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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gelenkanordnung zumindest aufweisend ein Gelenkaußenteil mit einem Hohlraum, der eine Mehrzahl von Führungsbahnen bildet, ein Gelenkinnenteil mit einer Mehrzahl von Rollkörpern, das in dem Hohlraum entlang einer Achse verschieblich angeordnet eine Balganordnung, die den Hohlraum und das Gelenkinnenteil umgibt, ein Führungselement für Rollkörper sowie ein Kraftfahrzeug.
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Solche Gelenkanordnungen, die z.B. als so genanntes Tripode-Gelenke ausgeführt sind, erlauben eine Drehmomentübertragung, wobei die Antriebswelle und die Abtriebswelle nicht nur gegeneinander abgebeugt werden können, sondern es wird gleichzeitig eine axiale Verschiebung beider Wellen zueinander ermöglicht. Zu diesem Zweck weist das Gelenkaußenteil einen Hohlraum mit einer Mehrzahl von Führungsbahnen auf, wobei bei einem Tripode-Gelenk regelmäßig drei Führungsbahnen in dem tulpen- bzw. glockenförmig gestalteten Gelenkaußenteil ausgebildet sind. Dementsprechend sind auf dem Gelenkinnenteil drei Rollkörper positioniert, die auf seitlichen Flanken der Führungsbahn zur Anlage gebracht werden können, so dass das Drehmoment in Umfangsrichtung übertragen wird.
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Derartige Gelenkanordnungen werden regelmäßig vormontiert, bevor sie in ein Kraftfahrzeug integriert werden. Diese Vormontage erfolgt beispielsweise so, dass auch der Faltenbalg sicher an der Welle und dem Gelenkaußenteil befestigt ist. Bei der Montage kann es jedoch nun dazu kommen, beispielsweise durch eine starke Abwinklung der Welle und des Gelenkaußenteils sowie durch eine große axiale Relativbewegung beider Komponenten zueinander, dass die Rollkörper (teilweise) aus den Führungsbahnen hervortreten. Es besteht dann das Problem, die Rollkörper für den Einbau im Kraftfahrzeug wieder in die Führungsbahnen einzuführen. Dieses Problem resultiert einerseits daraus, dass der Faltenbalg keine Einsicht in die innen liegenden Bereiche ermöglicht. Zum anderen tritt wegen der relativ hohen Passgenauigkeit auch schnell ein Verkanten der Gelenkbauteile ein. Demzufolge ist es mitunter schwierig und zeitaufwändig, eine so vormontierte Gelenkanordnung wieder in den gewünschten Zustand zurückzuführen.
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Die
US 5,529,538 A ist auf ein Gelenkaußenteil mit darin verschieblich angeordneten Rollkörpern gerichtet. Es wird dort eine Führungshilfe beschrieben, die die geraden Führungsflächen für den Rollkörper verlängert. Durch diese Führungsflächen wird keine Auflagekraft radial auswärts auf den Rollkörper ausgeübt.
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Die
US 4,320,632 A ist ebenfalls auf ein Gelenkaußenteil mit darin verschieblich angeordneten Rollkörpern gerichtet, wobei ein Führungsbahnbegrenzungselement vorgesehen ist, das die Führungskörper daran hindern soll, die Führungsbahn zu verlassen. Dieses Begrenzungselement dient weiterhin dazu, die Führungsbahn der Rollkörper in axialer Richtung zu verlängern, so dass das Gelenkaußenteil möglichst kurz ausgeführt werden kann. Eine Auflage für den Rollkörper, die eine Auflagekraft radial auswärts auf den Rollkörper bewirkt, ist hier nicht vorgesehen.
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Die
US 4 196 598 A beschreibt ein Gelenkaußenteil mit darin verschieblich angeordneten Rollkörpern, wobei hier ein Begrenzungselement vorgesehen ist mit sphärischen Innenflächen, so dass die sphärisch geformten Rollkörper durch den Kontakt mit der Begrenzungsfläche daran gehindert werden, aus der Bahn des Gelenkaußenteils auszutreten. Die sphärische Begrenzungsfläche ist radial außen von dem Rollkörper angeordnet und kann damit keine radial auswärts wirkende Auflagekraft auf den Rollkörper ausüben.
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Aus der
DE 101 23 216 A1 ist eine Faltenbalganordnung bekannt, bei der ein Faltenbalg über einen Adapterring an einem Gelenkaußenteil befestigt wird. Der Adapterring weist dabei eine innere Kontur auf, die der Form der Rollkörperbahnen entspricht. Eine Auflage für den Rollkörper, die eine Auflagekraft radial auswärts auf den Rollkörper bewirkt, ist hier nicht vorgesehen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll eine Gelenkanordnung angegeben werden, die eine vereinfachte Montage und verbesserte Führung der Gelenkkomponenten im vormontierten Zustand ermöglicht.
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Diese Aufgaben werden gelöst mit einer Gelenkanordnung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einer Balganordnung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen auch aus den abhängig formulierten Patentansprüchen hervor. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können, und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung erläutert den in den Patentansprüchen angegebenen Sachverhalt im Detail und gibt weitere besonders bevorzugte Ausführungsvarianten an.
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Die erfindungsgemäße Gelenkanordnung weist zumindest ein Gelenkaußenteil mit einem Hohlraum auf, der eine Mehrzahl von Führungsbahnen bildet. Ein Gelenkinnenteil mit einer Mehrzahl von Rollkörpern ist in dem Hohlraum entlang einer Achse verschieblich angeordnet. Zudem ist eine Balganordnung vorgesehen, die den Hohlraum und das Gelenkinnenteil umgibt. Dabei weist die Balganordnung zumindest eine Führungshilfe auf, mit der ein Rollkörper zur Führungsbahn ausrichtbar ist.
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Wie bereits einleitend erläutert, handelt es sich bei der Gelenkanordnung bevorzugt um ein so genanntes Tripode-Gelenk. Regelmäßig wird dabei die Balganordnung zumindest eine Führungshilfe für jeden Rollkörper bilden, es können jedoch gleichzeitig mehrere Führungshilfen für einen Rollkörper bereitgestellt werden. Die Führungshilfe ist dabei bevorzugt freitragend ausgebildet und erstreckt sich von der Balganordnung radial einwärts. Die Führungshilfen sind dabei insbesondere mit wenigstens einem Auflagepunkt für die Rollkörper ausgebildet, wenn diese nicht mehr (ausreichend) in den Führungsbahnen des Gelenkaußenteils geführt werden. Die Führungshilfen bewirken insbesondere, dass die Rollkörper über die Führungsbahn hinaus verschoben werden können, gleichwohl aber noch zu den Führungsbahnen ausgerichtet gehalten werden. Diese Führung der Rollkörper kann durch die Führungshilfe allein oder im Zusammenwirken mit anderen Elementen der Gelenkanordnung bewirkt werden. Insbesondere wird damit ermöglicht, dass die Gelenkanordnung über den maximalen Beugewinkel hinaus abgebeugt werden kann, wobei gleichwohl der heraustretende Rollkörper (der regelmäßig gelenkig bzw. verschwenkbar an dem Gelenkinnenteil angeordnet ist) seine axiale Ausrichtung beibehält, was auf einen Kontakt mit der Führungshilfe zurückzuführen ist. Damit kann der Rollkörper, insbesondere auch im vormontierten Zustand, wenn also die Balganordnung die Einsicht auf die innen liegenden Komponenten behindert, einfach wieder in die Führungsbahn zurückgeführt werden.
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Besonders bevorzugt ist dabei eine Ausgestaltung, wobei die zumindest eine Führungshilfe außerhalb des Gelenkaußenteils angeordnet ist. Damit ist insbesondere gemeint, dass sich die Führungshilfe nur in einem Bereich innerhalb der Balganordnung und außerhalb des Hohlraums des Gelenkaußenteils angeordnet ist. Die Führungshilfe kann dabei direkt angrenzend zum Gelenkaußenteil positioniert sein, es ist jedoch auch möglich, dass die Führungshilfe einige Millimeter vom Gelenkaußenteil axial beabstandet ausgeführt ist. Ebenso ist auch möglich, dass in axialer Richtung gesehen, mehrere Führungshilfen außerhalb einer Führungsbahn hintereinander angeordnet sind, so dass eine weitergehende Führungsbahn gebildet ist.
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Des Weiteren wird auch als vorteilhaft erachtet, dass die zumindest eine Führungshilfe mit zwei zum Hohlraum des Gelenkaußenteils beabstandeten und nach innen gerichteten Vorsprüngen gebildet ist. Dabei greifen die Vorsprünge zumindest teilweise um den Rollkörper, wenn dieser über die Führungsbahn des Gelenkaußenteils hinaustritt. Dadurch werden insbesondere Auflagepunkte gebildet, die den Rollkörper beidseitig gleichermaßen gut führen, so dass insbesondere eine Bewegung radial nach innen des Rollkörpers vermieden wird. Die Vorsprünge sind dabei bevorzugt einstückig mit der Führungshilfe selbst ausgebildet.
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Gemäß einer Weiterbildung der Gelenkanordnung wird vorgeschlagen, dass alle Führungshilfen in einer Ebene senkrecht zur Achse des Gelenkaußenteils und jeweils gegenüberliegend der inneren Begrenzung der Führungsbahnen positioniert sind. Diese Ebene bzw. Führungsebene grenzt bevorzugt unmittelbar außerhalb des Gelenkaußenteils an. Dadurch, dass die Führungshilfen in einer Eben liegen, werden alle Rollkörper bei beliebigen Abbeugungen der Gelenkanordnung gleichermaßen bei Austritt aus der Führungsbahn geführt. Darüber hinaus ist die Montage besonders einfach, weil keine spezielle Ausrichtung der Balganordnung zum Gelenkaußenteil vorgenommen werden muss. Es ist insbesondere möglich, dass die Führungshilfen an der Begrenzung der Führungsbahnen außen bzw. stimseitig anliegen. Dabei bedecken sie gegebenenfalls zumindest teilweise die Stirnseite des Gelenkaußenteils und weisen beispielsweise zumindest teilweise in Umfangsrichtung hin zur Mitte der Führungsbahn weisende Vorsprünge auf. Diese Vorsprünge dienen dann als Auflagepunkte für die hervortretenden Rollkörper.
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Des Weiteren wird bevorzugt, dass die Balganordnung einen Balg und einen Anschlussadapter umfasst, bei der die mindestens eine Führungshilfe mit dem Anschlussadapter gebildet ist. Bevorzugt weist dabei der Balg und der Anschlussadapter im Wesentlichen das gleiche Material auf, stellen aber separate Bauteile dar. Dabei ist der Anschlussadapter vorteilhafterweise teilweise zwischen dem Balg und dem Gelenkaußenteil positioniert. Bevorzugt ist dabei die Ausführungsvariante, dass durch die Befestigung des Balgs am Gelenkaußenteil gleichzeitig die Fixierung des Anschlussadapters an dem Gelenkaußenteil gesichert ist. Vorteilhafterweise ist die Befestigung der Balganordnung an dem Gelenkaußenteil lösbar ausgeführt.
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Gerade in diesem Zusammenhang ist bevorzugt, dass der Anschlussadapter eine sphärische Aufnahme für das Gelenkaußenteil und einen äußeren Verbindungsabschnitt für den Balg aufweist. Die sphärische Aufnahme entspricht dabei im Wesentlichen der äußeren Kontur des Gelenkaußenteils. Zur Fixierung des Anschlussadapters an dem Gelenkaußenteil können auf dem Gelenkaußenteil außen Nuten oder dergleichen eingebracht sein, in die entsprechend geformte Keile des Anschlussadapters von außen eingreifen. Bevorzugt hat der Anschlussadapter einen solchen Querschnitt, dass der äußere Verbindungsabschnitt im Wesentlichen einen kreisförmigen Verlauf hat. Damit wird besonders einfach das Anschließen eines, beispielsweise konischen, Faltenbalges ermöglicht. Die Verbindung zwischen Anschlussadapter und Balg kann form- und/oder kraftschlüssig sein.
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Darüber hinaus wird auch vorgeschlagen, dass die Führungshilfe und die Balganordnung aus einem Material gefertigt sind. Hierfür bietet sich insbesondere ein Harz, Kunststoff und/oder Gummi an, wobei ein thermoplastischer Kunststoff (TPE) besonders bevorzugt sind.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird auch eine Balganordnung für ein Gelenkaußenteil einer Gelenkanordnung mit einer Balgachse und zwei Stirnseiten vorgeschlagen, wobei im Bereich einer Stirnseite wenigstens eine Führungshilfe für die Ausrichtung eines aus dem Gelenkaußenteil austretenden Rollkörpers vorgesehen ist. Im Hinblick auf die konkrete Ausgestaltung der Balganordnung kann auf alle hier erläuterten Aspekte der Balganordnung zurückgegriffen werden.
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Schließlich ist ein weiterer Aspekt der Erfindung ein Führungselement für Rollkörper einer Gelenkanordnung mit einer Aufnahme für ein Gelenkaußenteil, die stirnseitig von zumindest einer Führungshilfe für die Rollkörper begrenzt ist. Dieses Führungselement kann insbesondere nach Art des Anschlussadapters ausgeführt sein, wobei nunmehr nicht zwingend ein Kontakt mit einem Faltenbalg erforderlich ist Somit kann das Führungselement separat an ein Gelenkaußenteil montiert werden und die Führungsaufgabe übernehmen. Zur konkreten Ausgestaltung der Führungshilfe selbst kann auf die erfindungsgemäßen Erläuterungen zurückgegriffen werden.
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Die hier erfindungsgemäß beschriebenen Gelenkanordnungen, Balganordnungen und/oder Führungselemente werden bevorzugt mit einem Kraftfahrzeug kombiniert.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nun anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Figuren gezeigten Darstellungen besonders bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung zeigen, diese jedoch nicht darauf begrenzt ist. Es zeigen schematisch:
- 1: einen Teillängsschnitt durch eine Ausführungsvariante der Gelenkanordnung,
- 2: einen Querschnitt durch eine Ausführungsvariante der Gelenkanordnung,
- 3: eine Draufsicht auf eine Gelenkanordnung mit einem Führungselement,
- 4: ein Detail zur Veranschaulichung der Wirkungsweise einer Ausführungsvariante der Führungshilfe,
- 5: eine Vorderansicht einer Ausführungsvariante eines Führungselements,
- 6: eine Rückseite des Führungselements aus 5, und
- 7: ein Kraftfahrzeug mit einer Gelenkanordnung.
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1 soll den grundsätzlichen Aufbau einer Ausführungsvariante einer Gelenkanordnung, hier als Tripode-Gelenk, veranschaulichen. Die Gelenkanordnung 1 weist dabei ein Gelenkaußenteil 2 mit einem Hohlraum 3 auf. Der Hohlraum 3 ist, wie auch aus 2 hervorgeht, mit drei Führungsbahnen 4 ausgebildet, in denen jeweils ein Rollkörper 6 in Richtung der Achse 7 verschieblich angeordnet ist. Die mit der Welle 19 eingeleitete Rotationsbewegung wird dabei über das Gelenkinnenteil 5 und die Rollkörper 6 auf das Gelenkaußenteil 2 übertragen.
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Um hier einen einwandfreien Betrieb zu gewährleisten, ist der Hohlraum 3 mit Schmierfett gefüllt, so dass die Relativbewegungen der Komponenten dauerhaft ohne beachtenswerten Verschleiß stattfinden können. Um dieses Schmierfett im Hohlraum 5 zu behalten und zusätzlich das Eindringen von Schmutz zu verhindern, ist eine Balganordnung 8 vorgesehen, die den Hohlraum 3 und das Gelenkinnenteil 5 umgibt. Bei der hier veranschaulichten Ausführugsvariante ist die Balganordnung 8 zweiteilig aufgebaut und umfasst einen Balg 13 und einen Anschlussadapter 14. Die Balganordnung 8 bzw. der Balg 13 ist mittels zweier Sicherungsringe 20 einmal an der Welle 19 und einmal an dem Gelenkaußenteil 2 befestigt. Dazu weist der Faltenbalg zwei Stirnseiten 18 auf, die unterschiedlich große Öffnungen bilden und in Umfangsrichtung einerseits mit der Welle 19 und dem Gelenkaußenteil 2 zur Anlage gebracht sind. In 1 ist ebenfalls die Führungshilfe 9 veranschaulicht, die benachbart zum Hohlraum 3 angeordnete Vorsprünge 10 zur Führung der Rollkörper 6 außerhalb der Führungsbahnen 4 aufweist.
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Eine Ausführungsvariante einer solchen Führungshilfe 9 geht aus der 3 hervor. Dies stellt eine stirnseitige Ansicht auf das Gelenkaußenteil 2 dar, auf das ein Führungselement 22 befestigt ist. Das Führungselement 22 bildet für jede der drei Führungsbahnen 4 eine Führungshilfe 9, die mit zwei Vorsprüngen 10 gebildet ist. Diese Vorsprünge 10 dienen als Auflage für den heraustretenden Rollkörper 6, so dass eine Auflagekraft radial auswärts auf die Rollkörper 6 einwirkt und diese in ihrer (axialen) Lage halten.
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4 veranschaulicht nun, wie die Führungshilfe 9 auf einen Rollkörper 6 einwirkt, wenn dieser im vormontierten Zustand erneut in die Führungsbahn eingeführt werden soll. Im Querschnitt lässt sich zunächst erkennen, dass die Balganordnung 8 wiederum zweiteilig ausgeführt ist, wobei der Anschlussadapter 14 zwischen dem Balg 3 und dem Gelenkaußenteil 2 positioniert ist. Dabei greift der Anschlussadapter 14 in das Gelenkaußenteil 2 teilweise ein und wird auch teilweise von dem Balg 13 umgeben. Diese Anordnung wird mit einem in Umfangsrichtung positionierten Sicherungsring 20 fixiert, der in einer entsprechenden Aufnahme des Balges 13 angeordnet ist.
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Tritt nun beispielsweise nach der Vormontage der Gelenkanordnung der Fall ein, dass die Welle über den maximalen Beugewinkel gegenüber dem Gelenkaußenteil abgebeugt wurde, so dass der Rollkörper 6 über die Führungsbahn 4 des Gelenkaußenteils 2 austritt, verlieren die Rollkörper 6 ihre zur Welle bzw. zur Führungsbahn parallele Ausrichtung und neigen sich hin zur Welle. Die Führungshilfe 9, die beispielsweise nahe der Begrenzung 12 der Führungsbahnen 4 ausgebildet ist, hält nun einerseits diese axiale Ausrichtung der Rollkörper 6 bzw. eines Rollkörpers 6 über den maximalen Beugewinkel hinaus aufrecht. Bei einer noch weiteren Abbeugung wird der Rollkörper 6 noch mit der Führungshilfe 9 gehalten, so dass dessen Bewegung nicht völlig frei ist. Betrachtet man nunmehr die gestrichelte Position des Rollkörpers 6 ganz links in 4, so liegt der Rollkörper 6 einerseits auf der Führungshilfe 9 auf und hat radial außen noch Kontakt zu dem Gelenkaußenteil 2. Während ohne die Führungshilfe 9 eine deutlich größere Neigung zur Führungsbahn eingetreten wäre, die die Gefahr des Verklemmens zur Folge hätte, kann der Rollkörper 6 so, wie mit dem Pfeil veranschaulicht, einfach wieder in die Führungsbahn eingeführt werden. Dabei wirkt die Führungshilfe 9 auch als Kipppunkt, um eine Ausrichtung des Rollkörpers 6 außerhalb der Führungsbahn bzw. des Gelenkaußenteils zu realisieren.
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Die 5 und 6 zeigen eine Ausführungsvariante eines Führungselementes 22. Bei diesem Führungselement 22 ist eine Aufnahme 15 für ein Gelenkaußenteil 2 einer Gelenkanordnung 1 ausgebildet. Diese Aufnahme 15, die im Wesentlichen der äußeren Gestalt des Gelenkaußenteils (insbesondere eines Tripode-GelenkAußenteils) entspricht. An einer Stirnfläche 23 sind nun in einer Ebene 11 mehrere Führungshilfen 9 vorgesehen. Die Führungshilfen 9 werden wiederum mit zwei Vorsprüngen 10 gebildet, die einen Auflagepunkt für die angedeuteten Rollkörper 6 darstellen. Außen an dem Führungselement 22 (das auch als Anschlussadapter 14 zum Einsatz gelangen kann) ist ein Verbindungsabschnitt 16 für einen Balg 13 oder eine andere Komponenten einer Gelenkanordnung vorgesehen.
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7 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug 21 mit einer Mehrzahl von Wellen 19 die mit Gelenkanordnungen 1 ausgeführt sein können. Insbesondere an diesen Stellen findet die Erfindung einen vorteilhaften Einsatz.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gelenkanordnung
- 2
- Gelenkaußenteil
- 3
- Hohlraum
- 4
- Führungsbahn
- 5
- Gelenkinnenteil
- 6
- Rollkörper
- 7
- Achse
- 8
- Balganordnung
- 9
- Führungshilfe
- 10
- Vorsprung
- 11
- Ebene
- 12
- Begrenzung
- 13
- Balg
- 14
- Anschlussadapter
- 15
- Aufnahme
- 16
- Verbindungsabschnitt
- 17
- Balgachse
- 18
- Stirnseite
- 19
- Welle
- 20
- Sicherungsring
- 21
- Kraftfahrzeug
- 22
- Führungselement
- 23
- Stirnfläche
