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Die Erfindung betrifft ein Verschiebegelenk für Kraftfahrzeuge. Das Gelenk verfügt dabei wenigstens über eine Innennabe und eine Außennabe. Die Innennabe weist eine Innennabenachse und Innenlaufrillen auf. Umfasst wird die Innennabe zumindest teilweise von der Außennabe, welche eine Außennabenachse und Außenlaufrillen aufweist. Dabei liegen jeweils eine Innenlaufrille und eine Außenlaufrille einander gegenüber und bilden ein Laufrillenpaar. Die Innenlaufrillen weisen jeweils mindestens einen Verschiebeabschnitt und einen Funktionsabschnitt und die jeweils den Innenlaufrillen gegenüberliegenden Außenlaufrillen jeweils mindestens einen Verschiebeabschnitt und einen Funktionsabschnitt auf. Dabei entfernt sich mindestens eine Innenlaufrille im Funktionsabschnitt in radialer Richtung von der Innennabenachse unter einem Funktionsabschnitt-Winkel und mindestens eine gegenläufige Innenlaufrille nähert sich im Funktionsabschnitt in radialer Richtung an die Innennabenachse unter dem Funktionsabschnitt-Winkel an. Weiterhin ist ein im Wesentlichen ringförmig ausgestalteter und entsprechend der Anzahl der Laufrillenpaare Fenster aufweisender Käfig zwischen der Innennabe und der Außennabe angeordnet und in den Fenstern des Käfigs sind Kugeln geführt.
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Verschiebegelenke zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass sie Beuge- und Verschiebebewegungen erlauben. Verschiebegelenke, die in Form von Gegenbahngelenken ausgeführt sind, beschreibt beispielsweise die Patentschrift
DE 10 2009 043 578 B3 . Die dort beschriebenen Kugelbahnen der Innennabe sind abwechselnd einmal als sich in ihrem Verlauf der Achse der Innennabe annährend bzw. sich davon entfernend ausgestaltet. Die Kugelbahnen der Außennabe sind ebenfalls abwechselnd verlaufend ausgeführt, um jeweils die Kugeln in ihrem Verlauf zu führen.
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Die Laufbahnen der Innen- und Außennabe verfügen dabei jeweils über einen Verschiebe- und einen Funktionsabschnitt. Die Funktionsabschnitte zeichnen sich jeweils durch den unterschiedlich geneigten Verlauf aus und die Verschiebeabschnitte verlaufen jeweils parallel zu den Nabenachsen und erlauben einen verlängerten Montageweg für die Herstellung des Gelenks. Der Winkel, unter dem die Laufbahnen in ihren Funktionsabschnitten relativ zur Längsachse der Innen- bzw. Außennabe geneigt sind, wird dabei auch als Steuerwinkel bezeichnet, unter dem der Käfig gesteuert wird.
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Dass die Laufbahnen in den Verschiebe- bzw. Montagebereichen einen konstanten radialen Abstand zur Gelenkmittelachse haben, bringt den Nachteil mit sich, dass der Käfig in diesem Montagebereich nicht gesteuert wird und deshalb verklemmen kann.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verschiebegelenk vorzuschlagen, das eine erleichterte Montage erlaubt.
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Das erfindungsgemäße Verschiebegelenk, bei dem die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist zunächst und im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Innenlaufrille sich im Verschiebeabschnitt in radialer Richtung von der Innennabenachse unter einem Verschiebeabschnitt-Winkel entfernt und dass die mindestens eine gegenläufige Innenlaufrille sich im Verschiebeabschnitt in radialer Richtung an die Innennabenachse unter dem Verschiebeabschnitt-Winkel annähert. Dabei ist der Betrag des Verschiebeabschnitt-Winkels größer Null und unterschiedlich zum Betrag des Funktionsabschnitt-Winkels.
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Bei dem erfindungsgemäßen Gelenk verfügen die Innenlaufrillen nicht wie im Stand der Technik über Verschiebeabschnitte parallel zur Innennabenachse, sondern über Verschiebeabschnitte, die unter einem Verschiebeabschnitt-Winkel von der Innennabenachse weg- bzw. ihr zugeneigt sind.
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Der Funktionsabschnitt-Winkel ist dabei unterschiedlich zum Verschiebeabschnitt-Winkel. In einer Ausgestaltung ist der Verschiebeabschnitt-Winkel kleiner und in einer zusätzlichen Ausgestaltung sogar deutlich kleiner als der Funktionsabschnitt-Winkel. Der Verschiebeabschnitt-Winkel führt dazu, dass der Kugelkäfig auch im Verschiebeabschnitt gesteuert und damit ein Verklemmen verhindert wird.
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In einer Ausgestaltung gehören alle Innenlaufrillen der Innennabe entweder zu der Gruppe der Innenlaufrillen, die sich unter dem Verschiebeabschnitt-Winkel und dem Funktionsabschnitt-Winkel von der Innennabenachse entfernen, oder zu der Gruppe von gegenläufigen Innenlaufrillen, die sich unter dem Verschiebeabschnitt-Winkel und dem Funktionsabschnitt-Winkel der Innennabenachse annähern. Die Innenlaufrillen wechseln sich dabei um den Umfang der Innennabe herum miteinander ab.
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In einer Ausgestaltung sind die Verschiebe- und die Funktionsabschnitte miteinander unmittelbar benachbart bzw. grenzen aneinander an.
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Für die Dimensionierung der Neigungswinkel ist in einer Ausgestaltung vorgesehen, dass der Betrag des Verschiebeabschnitt-Winkels im Wesentlichen zwischen 1/3 und 1/4 des Betrags des Funktionsabschnitt-Winkels liegt. Der Verschiebeabschnitt-Winkel ist somit deutlich kleiner als der Funktionsabschnitt-Winkel. Alternativ oder ergänzend liegt der Betrag des Verschiebeabschnitt-Winkels zwischen 1° und 3° und der Betrag des Funktionsabschnitt-Winkels zwischen 10° und 6°. Je nach der Art der restlichen Geometrie des Gelenks können sich die beiden Winkel somit auch zwischen 1:2 und 1:10 verhalten. In einer Ausgestaltung beträgt der Betrag des Funktionsabschnitt-Winkels im Wesentlichen 8° und der des Verschiebeabschnitt-Winkels im Wesentlichen 2°.
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Der Verlauf der Innenlaufrillen der Innennabe wird in den folgenden Ausgestaltungen auch für die Außenlaufrillen der Außennabe übernommen. Die Betrachtung des Verlaufs geschieht dabei in den folgenden Ausgestaltungen entgegen der Richtung der Innenlaufrillen. Verlaufen daher die Innenlaufrillen in der Betrachtung jeweils vom der Außennabe abgewandten Bereich zum der Außennabe zugewandten Bereich der Innennabe, so verlaufen in der im Folgenden verwendeten Definition der Winkel die Außenlaufrillen axial vom der Innennabe abgewandten zum der Innennabe zugewandten Bereich der Außennabe.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die der mindestens einen Innenlaufrille gegenüberliegende Außenlaufrille sich im Funktionsabschnitt in radialer Richtung von der Außennabenachse unter dem Funktionsabschnitt-Winkel entfernt und dass die Außenlaufrille sich im Verschiebeabschnitt in radialer Richtung von der Außennabenachse unter dem Verschiebeabschnitt-Winkel entfernt. Damit verfügen die Außenlaufrillen ebenfalls über zwei geneigte Abschnitte, die bei der Montage bzw. beim eingebauten und damit funktionierenden Gelenk durch ihre Neigung die Führung des Kugelkäfigs übernehmen.
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In einer alternativen oder ergänzenden Ausgestaltung nähert die der mindestens einen gegenläufigen Innenlaufrille gegenüberliegende gegenläufige Außenlaufrille sich im Funktionsabschnitt in radialer Richtung an die Außennabenachse unter dem Funktionsabschnitt-Winkel an und ist weiterhin die gegenläufige Außenlaufrille derartig ausgestaltet, dass sie sich im Verschiebeabschnitt in radialer Richtung an die Außennabenachse unter dem Verschiebeabschnitt-Winkel annähert.
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In einer weiteren Ausgestaltung teilen sich die Außenlaufrillen entsprechend den Innenlaufrillen in die zwei unterschiedlichen Gruppen auf, die sich entweder an die jeweilige Achse annähern oder sich von dieser entfernen.
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Die weiteren Ausgestaltungen befassen sich mit dem Schutz des Innenraums des Gelenks gegenüber Verschmutzungen oder Wasser oder weiteren äußeren Einflüssen bzw. der Hinderung eines Schmierstoffs, der sich im Gelenk befindet, auszutreten.
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In einer Ausgestaltung ist mindestens ein Abdichtelement vorgesehen. Das Abdichtelement weist mindestens einen im Wesentlichen zylindrisch ausgestalteten Abschnitt und einen im Wesentlichen wellenartig ausgestalteten Abschnitt auf. Weiterhin ist das Abdichtelement zumindest im Bereich des im Wesentlichen zylindrisch ausgestalteten Abschnitts mit der Innennabe verbunden. Vorzugsweise ist die Verbindung mit der Innennabe in einem Bereich vorgesehen, in welchem auch die Innennabe einen im Wesentlichen zylindrischen Verlauf aufweist.
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Im Stand der Technik werden zumeist entweder funktionell reine Falten- oder Rollbälge für die Abdichtung von Verschiebegelenken verwendet. Nachteilig an den reinen Faltenbälgen ist, dass ihre komplexe Geometrie eine aufwendige Herstellung bedingt und dass zwei Anbindungselemente für die Befestigung am Gehäuse benötigt werden. Rollbälge wiederum erlauben nur begrenzte Verschiebewege und haben die Gefahr des Ausbeulens bei hohen Drehzahlen. Zudem wird zumeist durch eine Anbindung mit Klemmelementen (oft eine Klemmschelle) eine Unwucht erzeugt.
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Für die Verbindung ist in einer Ausgestaltung mindestens ein Klemmelement vorgesehen, welches den im Wesentlichen zylindrisch ausgestalteten Abschnitt gegen einen Bereich der Innennabe drückt. Das Klemmelement liegt daher außerhalb des Abdichtelements und drückt das Abdichtelement gegen die Innennabe und fixiert es damit relativ zur Innennabe. In einer Ausgestaltung ist das Klemmelement ringförmig ausgestaltet, vorzugsweise entsprechend zu dem im Wesentlichen zylindrischen Bereich der Innennabe, an dem das Abdichtelement fixiert wird.
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Für eine verbesserte Anbindung, die auch auf einen teilweisen Formschluss setzt, ist in einer Ausgestaltung vorgesehen, dass der im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltete Abschnitt mindestens eine Innenkontur aufweist, welche passend zu der Außenkontur der Innennabe in dem Bereich ausgestaltet ist, in dem der im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltete Abschnitt mit der Innennabe verbunden ist. Die Konturen von Abdichtelement und Innennabe sind daher in dieser Ausgestaltung in dem Bereich, in dem sie miteinander verbunden werden, aufeinander abgestimmt.
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In einer Ausgestaltung ist der im Wesentlichen wellenartig ausgestaltete Abschnitt derartig ausgestaltet, dass er sich radial von der Innennabenachse entfernt und eine vorgebbare Anzahl von Erhebungen aufweist. Dieser Abschnitt, der sich in einer Ausgestaltung im Wesentlichen direkt an den im Wesentlichen zylindrisch ausgestalteten Abschnitt anschließt, ragt in dieser Variante im Wesentlichen auf einem beschränkten axialen Abschnitt von innen nach außen und verfügt in diesem Erstreckungsbereich über eine vorgebbare Anzahl von Wellen bzw. Erhöhungen und Vertiefungen. Die Wellenstruktur erlaubt es, dass das Abdichtelement den Bewegungen der Innennabe unter einer Beugung des Gelenks folgt, indem die Wellen sich auf der einen Seite zusammenstauchen und auf der anderen Seite aufweiten. In einer Ausgestaltung bei einem maximalen Beugewinkel von 10° sind beispielsweise zwei Falten vorgesehen. in einer Ausgestaltung ist der im Wesentlichen wellenartig ausgestaltete Abschnitt zusätzlich in Form einer gewellten Ringscheibe ausgestaltet, wobei an den das mittige Loch umgrenzenden Bereich der im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltete Abschnitt angrenzt.
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In einer weiteren Ausgestaltung schließt sich an den im Wesentlichen wellenartig ausgestalteten Abschnitt des Abdichtelements ein weiterer im Wesentlichen zylindrisch ausgestalteten Abschnitt an. Dieser Abschnitt befindet sich radial weiter außerhalb als der im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltete Abschnitt, über den das Abdichtelement mit der Innennabe verbunden ist. In einer Ausgestaltung hat der weitere im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltete Abschnitt eine solche axiale Erstreckung, dass er bis zur Außennabe reicht.
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Damit geht eine weitere Ausgestaltung einher, in der das Abdichtelement einen - insbesondere an den weiteren im Wesentlichen zylindrisch ausgestalteten Abschnitt anschließenden - Endbereich aufweist. Dabei ist die Außennabe zumindest teilweise von einem Gehäuse umgeben und der Endbereich ist zwischen dem Gehäuse und einer das Gehäuse zumindest teilweise umgebenden - insbesondere aus einem Blech bestehenden - Umhüllung zumindest teilweise eingeklemmt. Für diese Fixierung ist somit kein zusätzliches Bauteil erforderlich.
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Insgesamt verfügt das Abdichtelement zumindest über einen im Wesentlichen zylindrisch ausgestalteten Abschnitt. Dies in Verbindung mit einer vorgebbaren Anzahl von Wellen bzw. Falten in dem im Wesentlichen wellenartig ausgestalteten Abschnitt ermöglicht einen großen axialen Längenausgleich und einen großen Beugewinkel. In einer Ausgestaltung wird das Abdichtelement an dem der Außennabe zugewandten Ende im Wesentlichen ohne zusätzliche Anbindungselemente radial und axial nur über eine - in einer Ausgestaltung als Blechteil ausgeführte - Umhüllung fixiert. Am gegenüberliegenden Ende wird das Abdichtelement an der Innennabe des Gelenks über ein vorzugsweise zylindrisches Klemmelement, das vorzugsweise weder unterbrochen in seinem Querschnitt noch mit einer Unwucht versehen ist, radial und axial fixiert.
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Im Einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Antriebsanordnung auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die folgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. in der Zeichnung zeigen
- 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verschiebegelenks im Schnitt,
- 2 einen vergrößerten Ausschnitt des Gelenks der 1 und
- 3 einen vergrößerten Ausschnitt der 2.
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In den 1 bis 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verschiebegelenks 1 eines Fahrzeugs dargestellt. Dabei zeigt die 1 einen Schnitt, von dem in der 2 ein Ausschnitt vergrößert dargestellt ist. in der 3 ist wiederum ein vergrößerter Ausschnitt der 2 gezeigt.
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Die 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Verschiebegelenk 1, das als Gegenbahngelenk ausgestaltet ist. Der Ausdruck Gegenbahn bezieht sich dabei darauf, dass sich die Kugelbahnen entlang der Längsachse des Gelenks 1 in unterschiedliche Richtungen öffnen.
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Das Gelenk 1 verfügt über eine Innennabe 2 und eine Außennabe 5. Die Innennabe 2 weist an einem Ende über eine Innenkontur auf, über die die Anbindung beispielsweise an eine Welle eines Antriebsstrangs möglich ist. An dem das eigentliche Gelenk 1 bildenden Ende der Innennabe 2 sind sich entlang der Innennabenachse 3 erstreckende Innenlaufrillen 4, 4' vorgesehen. Diese Innenlaufrillen 4, 4' verlaufen dabei vorzugsweise in Richtung der Innennabenachse 3 in einer Ebene, in der auch die Innennabenachse 3 liegt.
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Die Außennabe 5 verfügt entsprechend über sich entlang einer Außennabenachse 6 erstreckende Außenlaufrillen 7, 7'. Dabei liegen die Innenlaufrillen 4, 4' und die Au-ßenlaufrillen 7, 7' einander gegenüber und bilden jeweils gemeinsam Laufrillenpaare.
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Der Verlauf der Innenlaufrillen 4, 4' ist jeweils derartig ausgestaltet, dass ein Verschiebeabschnitt 8, 8' und ein Funktionsabschnitt 9, 9' vorhanden ist. Die Verschiebeabschnitte 8, 8' dienen insbesondere der Montage des Gelenks 1, so dass die Innennabe 2 in die Außennabe 5 eingeschoben werden kann. Die Funktionsabschnitte 9, 9' dienen der eigentlichen Funktion des Gelenks 1, d. h. der Ermöglichung des Beugens und des axialen Ausgleichs. Gut zu erkennen ist, dass sich die Funktionsabschnitte 9, 9' entlang der Innennabenachse 3 von der Innennabenachse 3 entfernen - Funktionsabschnitte 9 - bzw. sich an diese annähern - Funktionsabschnitte 9' -. Somit handelt es sich offensichtlich um ein Gegenbahngelenk. Entsprechend verfügen auch die Außenlaufrillen 7 über Verschiebeabschnitte 10, 10' und Funktionsabschnitte 11, 11', die entlang der Außennabenachse 6 in Richtung auf die Innennabe 2 betrachtet die gleiche Abfolge wie die Abschnitte 8, 9 bzw. 8', 9' der Innennabe 2 aufweisen.
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Die Laufrillenpaare nehmen die in einem Käfig 12 gehaltenen Kugeln 13 auf, wodurch die eigentliche Übertragung eines Drehmoments bzw. einer Kraft zwischen der Außennabe 5 und der Innennabe 2 realisiert wird. Der Käfig 12 verfügt über Fenster, in denen sich die Kugeln 13 befinden und hält die Kugeln 13 jeweils in einer Ebene, um ein Verklemmen zu verhindern.
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Bei dem dargestellten gestreckten Gelenk 1 fallen die Innennabenachse 3 und die Außennabenachse 6 zusammen.
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Für die weitere Diskussion der Neigungswinkel α und β sei auf die Abbildungen 2 und 3 verwiesen.
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Erfindungsgemäß sind sowohl die Funktionsabschnitte 9 als auch die Verschiebeabschnitt 8 der Innenlaufrillen 4 gegenüber der Innennabenachse 3 geneigt und insbesondere bei den in den Abbildungen 2 und 3 dargestellten Innenlaufrillen 4 von der Innennabenachse 3 fort. Dabei gelten die folgenden Aussagen entsprechend für den Verlauf der gegenläufigen Innenlaufrillen 4' als auch für die Außenlaufrillen 7, 7'. Dabei ist jeweils die Richtung der Winkel umzukehren (bezüglich der gegenläufigen Innenlaufrillen 4') bzw. die Richtung der Betrachtung des Verlaufs (bezüglich der Außenlaufrillen 7, 7').
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Die Innenlaufrille 4 entfernt sich im Verschiebeabschnitt 8 unter dem Verschiebeabschnitt-Winkel β und im Funktionsabschnitt 9 unter dem Funktionsabschnitt-Winkel β von der Innennabenachse 3. Der abgewinkelte Verlauf erlaubt jeweils eine Führung der Kugeln 13. Dabei sind die beiden Winkel α, β unterschiedlich zueinander und der Winkel β ist insbesondere deutlich kleiner als der Winkel α. Um dies zu erkennen, sind die Winkel in der weiteren Vergrößerung der 3 eingetragen. Zu erkennen ist, dass der Verschiebeabschnitt-Winkel β sehr klein, jedoch größer Null ist, so dass die Verschiebeabschnitte 8 insbesondere nicht wie im Stand der Technik parallel zueinander und parallel zur Innennabenachse 3 verlaufen.
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Die gegenläufigen Innenlaufrillen 4' der 1 nähern sich entsprechend über die beiden Winkel α und β der Innennabenachse 3 an.
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Auch die Außenlaufrillen 7 verfügen über geneigte Verschiebeabschnitte 10 und Funktionsabschnitte 11. Wie in der 2 dargestellt, entfernen sich diese - entgegen dem Verlauf der Innenlaufrillen 4 betrachtet - ebenfalls unter den beiden Winkeln α und β von der Außennabenachse 6.
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In der 1 ist zusätzlich das Abdichtelement 14 eingezeichnet, das den Innenraum des Gelenks 1 abschließen soll. Das Abdichtelement 14 ist dabei im Wesentlichen einstückig ausgestaltet und verfügt über einen im Wesentlichen zylindrisch ausgestalteten Abschnitt 15, an den sich ein im Wesentlichen wellenartig ausgestalteter Abschnitt 16 anschließt. Über den im Wesentlichen zylindrisch ausgestalteten Abschnitt 15 wird das Abdichtelement 14 mit einem Klemmelement 17, bei dem es sich beispielsweise um einen Klemmring handelt, gegen die im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltete Innennabe 2 gedrückt und somit befestigt.
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Um die Kontaktierung zu erhöhen, verfügen die Innennabe 2 auf der Außenseite und der im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltete Abschnitt 15 auf der Innenseite über zueinander korrespondierende Strukturierungen. Der im Wesentlichen wellenartig ausgestaltete Abschnitt 16 erstreckt sich in radialer Richtung über einen gewissen Bereich und führt damit von der Innennabe 2 zur Außennabe 5. Dabei sind in dieser Ausgestaltung insbesondere zwei Wellen bzw. Erhebungen in diesem im Wesentlichen wellenartig ausgestalteten Abschnitt 15 vorgesehen.
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Das Klemmelement 17 liegt dabei axial vor dem Abdichtelement 14 und damit auch außerhalb des Innenbereichs des Gelenks 1, der durch das Abdichtelement 14 auf einer Seite verschlossen wird.
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Radial weiter außerhalb führt ein weiterer im Wesentlichen zylindrisch ausgestalteter Abschnitt 18 in Richtung der Außennabe 5 und mündet dort in einem Endbereich 19. Der weitere im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltete Abschnitt 18 verläuft dabei im Wesentlichen konzentrisch zum im Wesentlichen zylindrisch ausgestalten Abschnitt 15, jedoch mit einem größeren Durchmesser.
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Auf der dem Abdichtelement 14 gegenüberliegenden Seite des Gelenks 1 wird die Außennabe 5 von einem Gehäuse 20 umfasst, das beispielsweise über einen im Wesentlichen zylindrischen Bereich den Anschluss an eine andere - nicht dargestellte - Welle erlaubt. Darum herum befindet sich eine zusätzliche Umhüllung 21, die vorzugsweise als Blechteil ausgeführt ist und die auch räumlich das Abdichtelement 14 radial umschließt. Die Umhüllung 21 erstrecht sich dabei axial entlang der Gelenkachse, die beim gestreckten Gelenk 1 durch die zusammenfallenden Innennabenachse 3 und Außennabenachse 6 gebildet wird, zumindest über die axiale Länge der Außennabe 5 und in der dargestellten Ausgestaltung sogar noch darüber hinaus, so dass das Abdichtelement 14 im Wesentlichen innerhalb der Umhüllung 21 ruht.
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Der Endbereich 19 des Abdichtelements 14 ist daher zwischen dem Gehäuse 20 und der Umhüllung 21 eingeklemmt und wird dadurch fixiert.
