DE1931042A1 - Sphaerisches Radial-Pendellager - Google Patents

Description

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Textron Inc., 1o Dorranca Street, Providence, Rhode Island, USA

899 Lindau (Bodensee) Rennerle 10 Pottfach 365

19. Juni 1969

Sphärisches Radial-Pendellager

Diese Erfindung betrifft sin sphärisches Lager und insbesondere ein sphärisches Radial-Pendellager

und ein Verfahren der Montage desselben.

Sphärische Lager uerden nach einer Anzahl verschiedener l/erfahren zusammengebaut. Bei einem l/erfahren, dem Fließpressen^ ist die äussere Lagerfläche aus einem Material

mit niedriger Fließgrenze hergestellt, welches dann um eine gehärtete Stahlkugel fließgepresst wird. Eine Schwierigkeit bei dieser Art des Lagers und dem Verfahren des Zusammenbaus besteht darin, daß die Uahl des Lagermaterials begrenzt ist, da das innere Lagerglied hart genug sein muss, um als ein Formwerkzeug zu dienen, während das äussere Glied weich genug sein muss, um sich der Form anzupassen. Bei diesem Verfahren ist es nicht möglich, Kugeln \/on weicheren Materialien zu verwenden, wie z.B. poröse, mit Schmiermittel imprägnierte Kugeln, oder sehr harte äussere Glieder, welche die zum Formen der äusseren Lauffläche um die Kugel nötige Bearbeitung nicht zulassen können.

Ein anderes bekanntes Verfahren zur Herstellung eines sphärischen Lagers umfasst das Ausbilden des äusseren Laufgliedes in zwei Ringen, welche die Kugel dazwischen umschliessen, wobei die Ringe in einem Gehäuse aufgenommen sind. Die ringförmigenGlieder sind durch einen Preßsitz in einer dafür in dem Gehäuse vorgesehenen Vertiefung in dem Gehäuse gehalten oder durch Verformung des Gehäuses um die ringförmigen Einsätze zu sichern« Solche Lager leiden wieder an dem Nachteil, daß das -äussere Lauf glied aus einem

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verformbaren Material hergestellt ist. Sie schliessen die Verwendung eines gehärteten Gehäuses und einer solchen äusseren Lauffläche aus. Ferner vermindert der l/erlaß auf ein Preßglied die Fähigkeit des Lagers, Belastungen parallel zur Ringachse aufzunehmen und die Kugel springt leicht aus dem Lager heraus.

Eine andere Lagerkonstruktion umfasst das Formen der Kugel durch Vorsehen darauf gegenüberliegend angeordneter zylindrischer Abschnitte mit separaten gegenüberstehend angeordneten sphärischen Teilen. Die Kugel uird seitlich in eine Laufbahn eingesetzt und darin verdreht, um die axiale Halterung des Lagers zu erreichen. Die Kugel wird sehr stark verformt, um ihr Einbringen in die ringförmige Laufbahn zu ermöglichen. Folglich geht ein beträchtlicher Betrag der axialen Belastbarkeit verloren.

Im Hinblick auf die Erhaltung einer sphärischen Lagerstruktur, worin eine maximale Belastbarkeit mit minimalen physikalischen Dimensionen erreicht uird, ist gemäss der vorliegenden Erfindung ein sphärisches Radial-Pendellager vorgesehen, das ein Gehäuse mit einer Bohrung enthält, in welcher eine ringförmige Buchsenanordnung befestigt ist, auf deren Innenfläche

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eine sphärisch geformte Laufbahn zum dichten- Umschliessan einer Lagerkugel vorgesehen ist^ uobei sich das Lager dadurch auszeichnet, daß die Buchsenanordnung mit" einem beträchtlichen axialen Teil ihres äusseren Umfanges mit der Uanö der Bohrung verschmolzen ist,'um ^: einen zusammenhängenden, lastaufnehmenden Teil des Gehäuses zu bilden.

Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen· ersichtlich. ■"'· ' ■ ' ^:

Figur 1 eine Vorderansicht eines gemäss der Erfindung ■■ \:■' hergestellten Stangenendes, '·■' . ;-'■■'■'■"'■■

Figur 2 eine .auseinandejrgenommene Seitenansicht des · -." Sfcangenöndes von; Figur V vor' dem- Zusammenbau, wobei Teile geschnitten dargestellt sind, " "

Figux 3 eine teilweise geschnittenen Seitenansicht --,-.. ^; j des zusammengesetzten Stangenendes,-

Figur 4 eine Ansicht ähnlich Figur 2, jedoch um eine Modifikation darzustellen,

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Figur 5 eine Ansicht -ähnlich Figur 3, um die

zusammengesetzte.Modifikation uon Fig. 4 darzustellen und

Figur 6 aina vergrösserte Längsschnittansicht

eines Teiles eines Stangenendes gsmäss einer weiteren Modifikation.

In Fig. 1 ist ein Stangenende mit einem Lagergehäuse 1o auf einer Saite und einem mit Gewinde v/ersehenen Schaft 12 auf der anderen Seite dargestellt, um mit einem zugehörigen (nicht dargestellten) Bauteil verbunden zu uarden. Das Lagergehäuse 1o ist im allgemeinen ringförmig· In dem Gehäuse 1o ist eine Bohrung ausgebildet, in ualche ein Paar uon ringförmigen Buchsen 14 und 16 eingesetzt ist, wobei in der Darstellung uon Fig. 1 nur die Buchse 14 sichtbar ist. Eine beidseitig abgeschnittene Kugel 18 ist zwischen den Buchsen 14 und 16 eingeschlossen, wie in Figur 3 dargestellt· Eine ringförmige verschmolzene Zone 2o ist an dem Umfang der Buchse 14 und entlang der zwischen der Buchse 14 und der Bohrung 2o hergestellten Schueisanaht ausgebildet. Die Innenfläche der ringförmigen Buchsen und 16 sind so geformt und bemessen, um einen sphärisch

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geformten Lagerkugelsitz zu bilden, wenn sie koaxial nebeneinander angebracht sind.

Das Lagergehäuse 1o des sphärischen Lagers von Fig. ist aus einem vorzugsweise feinkörnigen Material hoher Festigkeit hergestellt, um einen Hauptteil der Belastung aufnehmen zu können. Die Korngrösse des Lagergehäuses 1o ist vorzugsweise nach ASTiI 5 oder kleiner ausgewählt, um in dem uarro behandelten Bereich ein Reissen in der Nähe der Schueisszone zu vermeiden. Eine darin ausgebildete Bohrung 11 ist vorzugsweise konzentrisch in dem Gehäuse angebracht und durch einen einfachen Bohrvorgang hergestellt« Die Bohrung 11 ist somit zylindrisch·

Die Buchsen 14 und 16 in Fig. 2 sind vorzugsweise gleich oder ähnlich und sind aus eins« Material hergestellt, wie z.B. rostfreier Stahl, das wegen seiner hohen Werschleissfestigkeit gewählt ist· Die Innenflächen 22 und 24 der Buchsen 14 und 16 sind so ausgebildet, daß sie im zusammengebauten Zustand ; zusammenpassende Teile einer kugelzonenför&nigen Lauffläche bilden. Der Krümmungsradius dar Innenflächen 22 und 24 ist ausgewählt, um beim Einsetzen in die Bohrung 11 einen Haftsitz mit der Kugel 18 vorzusehen.

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Die Aussenf lachen der ßuch&en 14 und 15 sind ^; ·■■'■·" "-.".

zylindrisch und so bemessen, daß sie' eine · "

enge, ringförmige Verbindungsstelle mit leichtem Übermaß zur I'mteriuäftö·" der'Bohrung 11 darstellen. ■"-./-In dem Fall eitier Öoh'rung -11 mit einem Durchmesser ■ - ■ uon 25,4 mm (1 inch) beträgt dieses· Übermaß' -: ■

etua o,oo25'4^rmm ■ (α,οαοΐ inti-h)-.-"· ' ' ^; -

Nach dem' Herstellen öerEirisatzringe -14 und 16 uerden sie auf Rockuell^; "C¹¹VOtT etwa 3o bis 36' gehärtet, z.B» '- ■ ■ -durch ein geeignetes"⁵UMrmebehand'lungsuer^;rahren, in - ■ einem Härteofen. Bei- der Anwendung uon GberfläGhenhärte*-" .·■-verfahren uird im uesentliehen nur die· sphärische Lauffläche gehärtet, z.B. durch InduktiansheiZerV und Abschrecken.

Die Kugel 18 ;-ist zur -Befestigung auf"-einem nicht" : . dargestellten Stif-ty e'i-riersi Bolzen Oder .dergleichen, j -. mit einer Zeritralbobrüog ^r2S ausgebildet_o .Die Kugel 18 ist ausihäutbarenj Platerial: hergestellt und «or dem · Zusammenbau: auf Rocküel-1 ¹¹C" u,on> 53 bis .58 gehäEtet.. :

Um das Lager ··zusammenzubauen» ueuden die ringförmigen Buchsen 14 und 16jtnxt der dazwischen'eingeschlossenen Kugel 18 in leichtetfi Preßsitz in die Bohrung 11 eingesetzt.

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Es muss Sorgfalt darauf verwendet werden, daß die ' Uände dar Verbindungsstelle frei von Verunreinigungen sind und eine Fertigbearbeitung von niedrigem quadratischen Mittelwert aufweisen. Die Buchsen 14 und 16 werden durch Heftschweissen in ihrer Stellung befestigt, um während des anschliessenden Nahtschweissens Verspannungen zu vermeiden.

Ein unter Energie stehender stahlgeladener Partikel wie z.Bο ein Elektronenstrahl 28 ist axial auf die Naht 3o gerichtet, d.h» auf die Paßstelle der Buchse 14 in der Bohrung 11« Der Elektronenstrahl 28 ist so auf die Naht 3o focusiert, daß deren benachbarte Seiten verschmelzen. Die Leistung des Strahles ist so eingestellt, um die benachbarten Uände auf eine Tiefe

zu verschmelzen, deren Ausmaß vorzugsweise auf einen beträchtlichen Teil der axialen Breite einer Buchse gewä'It ist. Uie in Figur 3 dargestellt, erstreckt sich die verschmolzene Zone 2o über etwa Bo % der Dicke oder Breite der Buchse 14. Die ringförmige Schweissung wird entweder durch Ablenken des Elektronenstrahls 28 oder durch Rotieren des Lagergehäuses 1o hergestellt und die Leistung des Strahls ist unter Berücksichtigung der Schweissgeschwindigkeit eingestellt, um sicherzustellen, daß sich die Schweissung auf die gewünschte Tiefe erstreckt.

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Nach der Beendigung der Schueissung der Buchse 14 an das Gehäuse 1o und nach dem Abkühlen der Anordnung uird der Strahl auf die gegenüberliegende Nahtseite 3o* gerichtet, das heisst, zwischen die Buchse 16 und die Bohrung 11, um eine ringförmige Schueisszone 32 ähnlich der Zone 2o herzustellen.

Nach Beendigung des Schueissvorganges uird der ursprüngliche Haftsitz der Kugel 18 in der sphärischen Laufbahn durch die Schrumpfuirkung beim Abkühlen des geschueissten Metalls automatisch entlastet, um eine frei bewegbare Lagerkugel vorzusehen. Der herkömmliche, zusätzliche Arbeitsgang des Freimachens der Kugel ist beseitigt worden» Die Strahlkonzentration und -leistung sind gesteuert, um die Breite der verschueissten Zone und somit den·Betrag des Schrumpfens zum Befreien der Kugel zu wählen. Darüberhinaus geht durch Begrenzen der Strahldurchdringung auf die erwähnten So % die konzentrische Lagenbestimmung des Haftsitzes der Buchsen 14 und in dec Bohrung 11 niemals verloren und verbleibt erhalten, um eine durch die Schuaissungen unbeeinträchtigte zentrale Zone der radialen Lastaufnahme sicherzustellen.

Obwohl ein Elektronenstrahl eingestellt werden kann, um die gesamte axiale Naht 3o - 3ol in einer ringförmigen

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.Bewegung zu schueissen, uird der bevorzugte und leichter steuerbare Arbeitsgang, wie oben beschrieben, in zuai SchweiQschritten ausgeführt, uobei eine durch Schueissen unbeeinträchtigte mittlere Zone freigelassen uird.

Der Strahl ist relativ zur Naht radial leicht versetzt, um das Schmelzen des Buchsenmateriäls zu bevorzugen und das Schmelzen des Gehäusematerials zu vermindern. Es versteht sich, daß leichte Variationen dieses radialen Uersetzens den Grad des Spielraumes nach dem Abkühlen der Schueissung herstellen uird.

Figur 4 veranschaulicht ein allgemeineres sphärisches Lager. In dieser Darstellung ist ein ringförmiges Gehäuse 34 mit einer Senkung 36 und einem Kugelzonenförmigen inneren Sitz 38 versehen. Der innere Sitz 38 ist durch Flammenhärten oder durch den Zusatz einer harten Beschichtung darauf oberflächengehärtet. Das Gehäuse 34 ist allgemein aus einem Material mit hoher Festigkeit hergestellt.

Eine ringförmige Buchse 4o ist hergestellt und weist einen derart gewählten Aussendurchmesser auf, um eine

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enge Verbindungsstelle zu bilden, wenn sie in die Senkung 36 eingesetzt ist. und ist auf der Innenseite mit einer kugelzonenförmigen Lauffläche 42
versahen. Die inneren Flächen 38 und 42 bilden
eine ähnliche einheitliche Lauffläche uie die
Innenflächen 22 und 24 der Buchsen 14 und 16. Die Buchse 4o wird Vor dem Einbau in die Senkung 36
gehärtet.

Eine gehärtete Lagerkugel 44 ist mit einem Durchmesser hergestellt oder ausgewählt, um im Haftsitz in der durch die Innenfläche 42 der Buchse und der
Gehäusefläche 38 gebildeten kugelzonenförmigen
Lauffläche zu sitzen. Figur 5 veranschaulicht den Zusammenbau, wobei die Kugel zwischen dem Gehäuse 34 und der Buchse 4o. eingesetzt, ist«

Nachdem die Lagerelemente zusammengesetzt sind, uie in Fig. -5. dargestellt, wird ein Elektronenstrahl auf die zwischen der Buchse, und der Innenwand der Senkung 36 gebildeten Verbindungsstelle 46 gerichtet. Die Konzentration und Leistung des Strahls werden eingestellt _r um die Buchse 4o an das Gehäuse 34 zu schweissen, Uorzugs-weise erstreckt sich die axiale Tiefe

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der Schweisszone 5p über die gesamte axiale ' Breite der_ Buchse 4o. Nach der. Beendigung der ringförmigen Schueissung kann sich die Kugel 44 innerhalb der Lauffläche 42 frei bewegen.

Das Lager dieser Erfindung ist vorteilhafterweise mit einer Laufflächen-Auskleidung versehen, die eine gewünschte Eigenschaft aufweist und im allgemeinen nicht verformbar ist. Fig. 6 veranschaulicht ein mit einer solchen Auskleidung versehenes Lager. Jede der ringförmigen Buchsen 14 und 16 ist auf ihrer inneren fcugelzonenförmigen Lauffläche mit einer Auskleidung 52, 52¹ oberflächengehärtet. Diese Auskleidungen sind durch den Zusatz eines wärmebeständigen gehärteten, spröden Materials vorgesehen, wie es beispielsweise durch Flammensprühen von UoIframkarbit erhalten wird. Uo eine Fläche mit niedriger Reibung gewünscht ist, wird ein trockener Film verwendet, wie z.B. eine Auskleidung, die aus Tetrafluoräthylen oder Nylon besteht. Die Auskleidungen werden nach der Herstellung der Buchsen 14 und 16 aufgetragen und die Dicken der BBschichtungen werden bei der Bestimmung des Durchmessers der Laufflächen der Buchsen in Rechnung gestellt. Eine.Beschädigung der Auskleidungen während

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des Zusammenbaues ist v/ollständig ausgeschaltet, da die Hochgeschwindigkeits-Elektronenstrahischweissung eine übermässigs Wärmeentwicklung vermeidet und den früheren Arbeitsgang des Kaltverformens ausschliesst.

Andere Hochtemperatur-Trockenfilmschmiermittel und /oder korrosions- und abriebfeste Beschichtungen können auf die Laufflächen aufgetragen werden. Aluminiumoxyd-Chromkarbitfilme und dergleichen sind bei der Lagerkonstruktion der vorliegenden Erfindung möglich.

Die elektronenstrahlgaschweisste Konstruktion erlaubt die Verwendung einer gewünschten Oberflächenbehandlung der Lauffläche entweder gedreht, geschliffen oder poliert und erlaubt ferner die genaue Kontrolle der Laufflächengeometrie mit oder ohne Schmiernuten. Eine glatt bearbeitete Lauffläche erhöht die tatsächliche lastaufnehmende Berührungsfläche, vermindert die Abnutzung und die Neigung zur Rillenbildung und zum Scheuern« Das Schwaissen der Einsätze an das Gehäuse ergibt eine erhöhte Belastbarkeit das Lagers für ein gegebenes Gewicht, da der Einsatz ein zusammenhängendes Teil des lastaufnehmenden Teils des Gehäuses wird.

Patentansprüche

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   ί1.JSphärisches Radial-Pendellager, das ein Gehäuse mit einer Bohrung enthält, innerhalb uelcher ringförmige Buchsen befestigt sind, die auf ihrer Innenseite mit einer sphärisch geformten Lauffläche versehen sind, um eine Lagerkugel eng zu umschliessen, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchsen (14,16) mit einem beträchtlichen axialen Teil ihres äusseren Umfanges mit der Uand der Bohrung (11) verschmolzen sind, um einen zusammenhängenden lastaufnehmenden Teil des Gehäuses (io) zu bilden.

   2· Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Lauffläche (22,24, 38,42) der Buchsen uerhältnismässig hart und formänderungsunfähig ist.

   3. Lager nach Anspruch 1 oder 2, da d u r c h gekennzeichnet, daß die Buchsenanordnung

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   ein Paar won gleichen Buchsen (14,16) enthält,· von denen jede auf ihrer Innenfläche eine Hälfte einer kugelzonenförmig ausgebildeten Lauffläche (22,24) von einer Abmessung aufweist, um eine Lagerkugel (18) fest zu umschliessen, uobei die Kugel von einem Durchmesser ist, der axial aus den Buchsen hervorsteht.

   4, Lager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Laufflächen der Buchsen (14,16) mit einer Auskleidung (52,52^f) versehen ist.

   5. Lager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede.der Laufflächen der Buchsen (14,16) mit einem nicht deformierbaren spröden, hochtemperaturbeständigen, gehärteten O'b'erfläehenmaterial versehen ist.'

   6. Verfahren zur Herstellung eines sphärischen Rädial-Pendellagers nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

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   g a. kennzeichnet durch das Ausbilden eines lastaufnehmenden Gehäuses (io), das eine Bohrung (11) aufweist, das Ausbilden wenigstens einer ringförmigen Buchee (14,16) mit einer kugelzonenförmigen inneren Lauffläche (22, 24) und einer derart bemessenen äusseren Umfangsuand, um in die Bohrung (11) zu passen, wobei die innere Lauffläche so bemessen ist, um eine Lagerkugel (18) fest zu umschliessen, das Eindringen der Buchsen (14,16) in dia Bohrung (11), wobei die Kugel (18) in der Lauffläche (22,24) eingeschlossen ist, wobei die Umfangswand der Buchse und die Bohrungswand eine sich axial erstreckende, ringförmige Verbindungsstelle bilden und das Richten eines Energiestrahls (28) auf die Verbindungsstelle, um deren benachbarte Seiten auf eine axiale Tiefe zu schmelzen, die sich über einen beträchtlichen Teil der axialen Breite der Buchse erstreckt, um dis Buchse mit dem lastaufnehmenden Gehäuse zu uerschweissen und einen zusammenhängenden Teil davon, zu bilden.

   7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Nahtschwaissvorgang

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   das Richten eines v/okusierten Elektronenstrahls (28) auf die Naht umfasst.

   8. l/erfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Buchsen-Herstellungsvorgang die Beschichtung der sphärisch geformten inneren Fläche der Buchse mit einem spröden, hochtemperaturbeständigeri, gehärteten Material umfasst.

   9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch das Ausbilden eines Stangenendengehauses (io) von vorgewählter Breite, wobei sich die Bohrung (11) über die Breite des Stangenendes erstreckt, das Ausbilden eines Paares von gleichen Buchsen (14,16) , uobei deren innere Flächen mit zusammenpassenden Hälften einer kugelzonenförmigen, gehärteten Lauffläche einer Abmessung versehen sind, um eine Lagerkugel (18) zuischen den ringförmigen Laufflächenhälften fest zu umschliessen, uobei die axiale Breite der Buchsen kleiner ist als der Durchmesser der Kugel und die äusseren

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   Umfangsflachen der Buchsen bemessen sind, um fest in die Bohrung zu passen,·sowie der Energiestrahl auf die Verbindungsstelle gerichtet ist, um die Buchsen mit dem Stangenende zu verschmelzen.

   1o, Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die sphärischen Laufflächenteile der Buchsen mit einem Durchmesser ausgebildet sind, der etwas kleiner ist, als der Kugeldurchmesser, um einen Preßsitz zwischen der Kugel und den Buchsen vorzusehen und die Kugel innerhalb der sphärischen Laufbahn frei bewegbar gemacht ist, wobei eine vorgewählte Toleranz des radialen Spieles durch die Kontrolle der Breite der Verbindungszone entlang der Nähte vorgesehen ist.

   11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 1o, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiestrahl ein Elektronenstrahl (28) ist, der längs einer ersten axialen Richtung auf die Verbindungsstelle gerichtet ist, die durch eine erste der Buchsen und die Bohrungsuand gebildet wird, um die äussere Umfangswand der ersten Buchse auf eine beträchtliche axiale Tiefe damit zu verschmelzen und der Elektronen—

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   strahl längs einer zuaiten axialen Richtung entgegengesetzt der ersten Richtung auf die Verbindungsstelle gerichtet uird, die durch die zweite der Buchsen und die Bohrungsuand gebildet ist, um die äussere Umfangsuand der zuzeiten Buchse auf eine beträchtliche axiale Tiefe damit zu verschmelzen.

   12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl (28) die Verbindungsstellen auf eine Tiefe schmilzt, die sich über etua Bo % der axialen Breite der Buchsen erstreckt.

   13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Buchsen-Ausbildungsvorgang das Beschichten der kugelzonenförmigen Laufflächen mit einem Auskleidungsmaterial enthält.

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   14. Verfahren nach einem der Ansprüche B bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial UoIframkarbit, Chromkarbit oder Aluminiumoxyd enthält.

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