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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet von Dichtungen für sphärische Gelenklager und insbesondere eine Dichtung und ein Ankersystem, die zur Verwendung in sphärischen Gelenklagern ausgestaltet sind, umfassend, aber nicht begrenzt auf die in einer Lenkverbindungsbaugruppe eines Fahrzeugs und in Eisenbahnfahrzeugen.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Sphärische Winkelkontakt-Gelenklager sind ausgelegt, schwere unidirektionale Schubkräfte und Kombinationen von Radial-/Axialschubbelastungen zu stützen. Verschleiß tritt an Lagerkontaktoberflächen auf, die in Gleitkontakt miteinander sind. Hohe Lasten können die Verschleißrate beschleunigen. Herkömmliche Lager weisen Metall-auf-Metall-Gleitkontaktoberflächen auf. Derartige Lager erfordern Schmierung, um die Reibung zwischen den Gleitkontaktoberflächen zu verringern. Wenn die Oberfläche nicht ordnungsgemäß geschmiert ist, können das Lager und die zugehörigen Maschinen irreparabel beschädigt werden.
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Sphärische Gelenklager weisen typischerweise ein Innenelement auf, beispielsweise einen Innenring, einen inneren Laufring oder eine Kugel, der/die in einem Außenelement, beispielsweise einem Außenring, äußeren Laufring oder Gehäuse, positioniert ist. Das Außenelement definiert eine innere Kontaktoberfläche, die so konturiert ist, dass sie das Innenelement darin aufnimmt, welches eine Außenoberfläche aufweist, wobei ein Abschnitt oder alles davon eine äußere Kontaktoberfläche bildet. Zwischen dem Außenelement und dem Innenelement ist typischerweise ein Schmiermittel wie Schmierfett vorgesehen, um Reibung während des Betriebs zu verringern. Um den Schmierungsbedarf zu verringern oder anstatt ein Schmiermittel zu verwenden, erhält oder erhalten eine oder mehrere der inneren Kontaktoberfläche des Außenelements und der äußeren Kontaktoberfläche des Innenelements eine Behandlung für eine geringe Reibung. Ein weiteres Verfahren zum Verringern des Schmierungsbedarfs umfasst das Installieren oder Auftragen einer selbstschmierenden Beschichtung oder Auskleidung auf eine oder mehrere der inneren Kontaktoberfläche des Außenelements und der äußeren Kontaktoberfläche des Innenelements.
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Trotz jüngster Verbesserungen in dieser Technologie erleiden sphärische Gelenklager häufig ein Eindringen von Verunreinigungen, die das Lager verschlechtern. Allgemeine Verunreinigungen können Sand, Schlamm und Teilchenverunreinigung umfassen. Die Verunreinigungsstoffe gelangen in das Lager zwischen dem Außen- und Innenelement und verschlechtern die Gleitoberfläche zwischen der inneren Kontaktoberfläche des Außenelements und der äußeren Kontaktoberfläche des Innenelements. Dieses Problem herrscht insbesondere bei schweren Lastfahrzeugen vor, die in rauen Umgebungen verwendet werden, wie bei Militärausrüstung, Baufahrzeugen, Transportfahrzeugen, Minenausrüstung und Feuerwehrfahrzeugen. Die Verunreinigung der Beschichtungszusammensetzung führt zu einem schnellen Anstieg der Verschleißrate des Lagers und verringert wiederum die Lebensdauer des Lagers.
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In einigen Fällen werden Dichtungen so positioniert, dass sie sich zwischen dem Innenelement und dem Außenelement erstrecken, um das Eintreten von Verunreinigung zwischen dem Innenelement und dem Außenelement zu verhindern. Solche Dichtungen neigen jedoch dazu, sich von Ankerpunkten auf dem Innenelement und/oder dem Außenelement bei betriebsbedingter Falschausrichtung des Außenelements in Bezug auf das Innenelement zu lösen.
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Eine solche Lageranwendung in einem schweren Lastfahrzeug ist die Lenkverbindung, die einem Bediener die Fähigkeit verleiht, das Fahrzeug in eine gewünschte Richtung zu lenken. Ein Achsschenkelbolzen ist eines der Bauteile der Lenkverbindung. Der Achsschenkelbolzen befestigt eine Spindel, auf der ein Rad montiert ist, an einer Lenkachse. In einer typischen Lenkverbindung ist der Achsschenkelbolzen als eine Welle ausgestaltet, die in das Innenelement eines sphärischen Gelenklagers eingreift, um eine Achsschenkelbolzen- und eine Lagerbaugruppe bereitzustellen. Typischerweise umfasst die Lenkverbindung eines Fahrzeugs zwei Achsschenkelbolzen- und Lagerbaugruppen.
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Es besteht ein Bedarf nach einer Dichtung für ein sphärisches Gelenklager, die das Eintreten von Verunreinigung abschwächen kann und während einer betriebsbedingten Falschausrichtung des Außenelements in Bezug auf das Innenelement ihren Sitz beibehält.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem Gesichtspunkt verwirklicht sich die vorliegende Erfindung in einer Dichtung für ein sphärisches Gelenklager. Die Dichtung umfasst einen ringförmigen Körper, der einen schlangenlinienförmigen Querschnitt aufweist. Der ringförmige Körper erstreckt sich zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende davon. Das zweite Ende ist gegenüber dem ersten Ende radial nach innen positioniert. Der schlangenlinienförmige Querschnitt weist zwei oder mehr Ringe auf, die konzentrisch um eine Längsachse des ringförmigen Körpers positioniert sind. Benachbarte Ringe sind flexibel mittels eines elastischen Scharniers verbunden. Der ringförmige Körper ist zwischen einer gefalteten Position und einer ausgedehnten Position erweiterbar. Der ringförmige Körper umfasst ein oder mehrere Ankermerkmale, die ausgestaltet sind, zu verhindern, dass sich der ringförmige Körper von dem sphärischen Gelenklager löst.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt äußert sich die vorliegende Erfindung in einer sphärischen Gelenklagerbaugruppe. Die sphärische Gelenklagerbaugruppe umfasst ein Außenelement, das eine erste radial nach außen gewandte Nut in der Nähe eines axialen Endes davon aufweist; eine Innenelementbaugruppe, die mindestens teilweise in dem Außenelement angeordnet ist, wobei die Innenelementbaugruppe eine zweite radial nach außen gewandte Nut aufweist, die darin ausgebildet ist; und eine Dichtung, die sich zwischen dem Außenelement und der Innenelementbaugruppe erstreckt. Die Dichtung umfasst einen ringförmigen Körper, der einen schlangenlinienförmigen Querschnitt aufweist. Der ringförmige Körper erstreckt sich zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende davon. Das zweite Ende ist gegenüber dem ersten Ende radial nach innen positioniert. Der schlangenlinienförmige Querschnitt ist durch zwei oder mehr Ringe bestimmt, die konzentrisch um eine Längsachse des Ringkörpers herum positioniert sind. Benachbarte Ringe sind flexibel durch ein elastisches Scharnier verbunden. Der ringförmige Körper ist zwischen einer gefalteten Position und einer ausgedehnten Position erweiterbar. Der ringförmige Körper bestimmt ein oder mehrere Ankermerkmale, die ausgestaltet sind, zu verhindern, dass sich der ringförmige Körper von dem sphärischen Gelenklager löst.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Veranschaulichung einer Lenkungsverbindung, die für ein schweres Lastfahrzeug ausgestaltet ist, umfassend einen darin installierten Achsschenkelbolzen.
- 2 ist eine Illustration der Lenkungsverbindung von 1, die eine Achsschenkelbolzenneigung zeigt.
- 3A ist eine Seitenansicht eines Abschnitts eines sphärischen Gelenklagers, auf dem eine Dichtung der vorliegenden Erfindung installiert ist.
- 3B ist eine Draufsicht des sphärischen Gelenklagers, auf dem eine Dichtung von 3A installiert ist.
- 4A ist eine Querschnittsansicht des sphärischen Gelenklagers, das eine Dichtung von 3 entlang einer Linie 4A-4A von 3A aufweist.
- 4B ist eine Querschnittsansicht des sphärischen Gelenklagers, das eine Dichtung von 4A aufweist, wobei das Innenelement nicht mehr konzentrisch zu dem Außenelement ist.
- 5 ist eine Querschnittsansicht der Dichtung von 4A.
- 6 ist eine Querschnittsansicht eines sphärischen Gelenklagers in einer Neutralposition, das eine andere Ausführungsform der Dichtung aufweist, die darin positioniert ist.
- 7 ist eine Querschnittsansicht des sphärischen Gelenklagers von 6, das in einer betriebsbedingt falsch ausgerichteten Position und ohne die Dichtungen gezeigt ist, die darin installiert sind.
- 8 eine Querschnittsansicht eines Abschnitts der Dichtung von 6.
- 9 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts der Dichtung von 6, gezeigt in einem vollständig ausgedehnten Zustand.
- 10 ist eine vergrößerte Ansicht des Details 10 der Dichtung von 8, gezeigt in einer Nut in dem Außenelement der sphärischen Gelenklagerbaugruppe von 6.
- 11 ist eine vergrößerte Ansicht des Details 11 der Dichtung von 8, gezeigt in einer Nut in der Innenelementbaugruppe der sphärischen Gelenklagerbaugruppe von 6.
- 12 ist eine Querschnittsansicht der Dichtung von 6, gezeigt in einem freien Zustand.
- 13 ist eine Querschnittsansicht der Dichtung von 6, gezeigt in einem ausgedehnten Zustand.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Eine Lenkungsverbindung 10 eines schweren Lastfahrzeugs ist in 1 gezeigt und umfasst eine Lenkachse 12, einen Achsschenkel 14 und einen Achsschenkelbolzen 16, der eine Spindel (nicht gezeigt) befestigt, und ein Rad 18, das darauf auf der Lenkachse 12 gelagert ist. Wie in 2 gezeigt, ist der Achsschenkelbolzen bei einer Lenkachsenneigung oder Achsschenkelbolzenneigung eines Winkels α oder β in Bezug auf eine echte vertikale Linie Y eingestellt. Die Achsschenkelbolzenneigung sorgt dafür, dass die Lenkrichtung in die Geradeaus- oder Mittelposition zurückkehrt.
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Ein Lager 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 3A und 3B gezeigt. Das Lager 100 umfasst eine Dichtung 200 der vorliegenden Erfindung, die darauf installiert ist. Ein Schaft 150, beispielsweise ein Achsschenkelbolzen, erstreckt sich von dem Lager 100 und der Dichtung 200 axial nach außen. In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst eine Dichtung 200 Abschnitte 200A-200G, wie nachfolgend mit Bezug auf 4A und 4B beschrieben.
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Wie in 4A und 4B gezeigt, umfasst das Lager 100 ein Außenelement oder einen Außenring 110 und ein Innenelement oder einen Innenring 120, das oder der teilweise oder vollständig darin angeordnet ist. Das Außenelement 110 umfasst eine Außenoberfläche 116 mit einem Außendurchmesser D1, und eine Bohrung 111, die sich dadurch erstreckt. Das Außenelement 110 weist ein erstes axiales Ende 111A mit einem ersten Innendurchmesser D2 auf, und ein zweites axiales Ende 111B mit einen zweiten Innendurchmesser D3. Das Außenelement 110 umfasst überdies eine innere Oberfläche 112, von der mindestens ein Abschnitt eine innere Kontaktoberfläche 114 bildet. Das Innenelement 120 weist eine Außenoberfläche 122 auf, von der mindestens ein Abschnitt eine äußere Kontaktoberfläche 124 bildet. Das Innenelement 120 weist überdies eine Durchbohrung 121 auf, die eine im Wesentlichen zylindrische Innenoberfläche oder eine innere Kontaktoberfläche 126 zum Empfangen und Eingreifen in eine Außenoberfläche 152 des Schafts 150, beispielsweise durch Presspassen, Verbolzen, Verkerben oder Ähnliches bildet. Während das Innenelement 120 so gezeigt und beschrieben ist, dass es die Durchbohrung 121 zum Empfangen des Schafts 150 darin aufweist, ist die vorliegende Erfindung in dieser Hinsicht nicht begrenzt, sodass das Innenelement 120 integral mit dem Schaft 150 gebildet sein kann, ohne von den breiteren Aspekten der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Die innere Kontaktoberfläche 114 ist ausgestaltet oder konturiert, um gleitend in die äußere Kontaktoberfläche 124 einzugreifen oder ausgestaltet oder konturiert, um sie zu empfangen. In einer Ausführungsform ist die Größe des ersten Innendurchmessers D2 der Bohrung 111 geringer ist als die des zweiten Innendurchmessers D3, sodass die innere Kontaktoberfläche des Außenelements 114 ausgestaltet oder konturiert ist, um gleitend in die äußere Kontaktoberfläche 124 des Innenelements 120 einzugreifen oder sie zu empfangen. Wenn das Innenelement 120 in dem Außenelement 110 angeordnet ist, ergibt sich eine Kontaktfläche 130 durch die Grenzfläche zwischen der inneren Kontaktoberfläche 114 und der äußeren Kontaktoberfläche 124. Ein Schmiermittel 132 wie Schmierfett ist innerhalb der Kontaktfläche 130 angeordnet. Die Bezeichnung „Schmiermittel“, wie sie in diesem Dokument verwendet wird, umfasst das Installieren einer Beschichtung, die geringe Reibungs- und hohe Verschleißeigenschaften aufweist, eines reibungsarmen Belags, eines selbstschmierenden Belags, eines schmierenden Gewebeüberzugs und dergleichen in der Kontaktfläche 130 oder auf einer oder beiden der inneren Kontaktoberfläche 114 und äußeren Kontaktoberfläche 124. Optional ist eine Dichtungsplatte 140 in einem Sitz 118 des Außenelements 110 angeordnet, die dabei ein erstes axiales Ende 111A der Bohrung 11 abdichtet. Während das Innenelement 110 so gezeigt und beschrieben ist, dass es den Sitz 118 aufweist, in dem die Dichtungsplatte 140 angeordnet ist, ist die vorliegende Erfindung in dieser Hinsicht nicht begrenzt; das Außenelement 110 kann integral mit der Dichtungsplatte 140 gebildet sein, ohne von den breiteren Aspekten der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Das Innenelement 120 ist aus einem Stahl oder einer Stahllegierung hergestellt, umfassend aber nicht begrenzt auf AISI 52100, AISI 440C, 4340 oder 4130 Stahllegierung, 17-4PH, 15-5PH, 13PH-8MO. Das Innenelement 120 kann aus anderen Materialien hergestellt sein, die ausreichend hart sind oder ausreichend gehärtet werden können, beispielsweise durch Wärmebehandlung, Kaltumformung, Kaltverfestigung, Oberflächenbehandlung und dergleichen. Das Innenelement kann plattiert oder beschichtet sein, und eine selbstschmierende Behandlung kann auf die konturierte Oberfläche des Innenelements 120 aufgetragen werden.
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Das Außenelement 110 ist aus einem Stahl oder einer Stahllegierung hergestellt, umfassend aber nicht begrenzt auf 4340, 4130, 17-4PH, 15-5PH, 13PH-8MO oder einem anderen geeigneten Material. In einigen Ausführungsformen kann das Material eine geringere Härte aufweisen als das Innenelement 120, das erlaubt, dass das Außenelement 110 in einem Pressbetrieb um das Innenelement 120 gebildet wird, während es noch immer eine adäquate Festigkeit aufweist, um Kräfte während des Betriebs des Lagers 100 zu handhaben. Das Außenelement 110 kann aus einem Material hergestellt sein, das eine ausreichende Kontaktfläche für eine selbstschmierende Beschichtungszusammensetzung ist. Das Innenelement 120 und das Außenelement 110 können aus den gleichen oder unterschiedlichen Materialien hergestellt sein.
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Wie überdies in 4A und 4B gezeigt, umfasst das Lager 100 die Dichtung 200, die sich zwischen dem Außenelement 110 und dem Innenelement 120 erstreckt und dichtend zwischen ihnen eingreift. Die Dichtung 200 hemmt den Eintritt von Verunreinigungen in das Lager 100, insbesondere in die Kontaktfläche 130, und verhindert, dass solche Verunreinigungen auf die innere Kontaktoberfläche 114 und die äußere Kontaktoberfläche 124 treffen. In einer Ausführungsform und wie in 4A und 4B gezeigt, umfasst die Dichtung 200 sieben Abschnitte, beziehungsweise Abschnitte 200A-200G. Abschnitt 200A der Dichtung 200 greift bei einem axialen ersten Ende 202 der Dichtung 200 dichtend in die Außenoberfläche 116 des Außenelements 110 ein. Abschnitt 200G der Dichtung 200 greift bei einem axialen zweiten Ende der Dichtung 200 dichtend in die Außenoberfläche 122 des Innenelements 120 ein. Abschnitte 200B-200F der Dichtung 200 erstrecken sich zwischen Abschnitten 200A und 200G.
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Wenn das Innenelement 120 in dem Außenelement 110 angeordnet ist, wie in 4A gezeigt, stimmt jede jeweilige Mittelachse mit einer Mittelachse A1 an einem Lager 100 überein. In dieser Ausgestaltung sind die Abschnitte 200A-200G der Dichtung 200 in einer ersten Betriebsposition oder einer gefalteten Position. Das Innenelement 120 und das Außenelement 110 sind zueinander drehbar und/oder falsch ausrichtbar. Wenn das Innenelement 120 und das Außenelement 110 in Bezug zueinander falsch ausgerichtet sind, wie in 4B gezeigt, bildet eine Mittelachse A2 des Innenelements 120 in Bezug auf eine Mittelachse A3 des Außenelements 110 einen Winkel θ von ungefähr 45 Grad. In dieser Ausgestaltung sind die Abschnitte 200A-200G der Dichtung 200 in einer zweiten Betriebsposition oder einer ausgedehnten Position. Abschnitt 200A der Dichtung 200 bleibt dichtend mit dem Außenelement 110 in Eingriff, Abschnitt 200G bleibt dichtend mit dem Innenelement 120 in Eingriff und Abschnitte 200B-200F bleiben dazwischen ausgedehnt, wie ausführlich mit Bezug auf 5 beschrieben. Während der Winkel θ so gezeigt und beschrieben ist, dass er ungefähr 45 Grad aufweist, ist die vorliegende Erfindung in dieser Hinsicht nicht begrenzt, da der Winkel θ in dem Bereich von ungefähr -45 Grad bis ungefähr 45 Grad (d. h. ein Schwenkradius von 90 Grad) sein kann, ohne von den breiteren Aspekten der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Wenn das Innenelement 120 und das Außenelement 110 in Bezug zueinander falsch ausgerichtet sind, wie in 4B gezeigt, bewegen sich die Abschnitte 200A-200G der Dichtung 200 in mindestens einer radialen Richtung R1 oder R2 oder einer axialen Richtung X1 oder X2. Beispielsweise bleibt der Abschnitt 200G dichtend mit dem Innenelement 120 in Eingriff, in dem er sich in der radialen Richtung R1 und der axialen Richtung X2 bei einer ersten radialen Position 100A des Lagers 100 bewegt, wodurch sich der Abschnitt 200E ausdehnt und sich der Abschnitt 200C der Dichtung 200 zusammenzieht. Entsprechend bleibt der Abschnitt 200G dichtend mit dem Innenelement 120 in Eingriff, indem er sich bei einer zweiten radialen Position 100B des Lagers 100 in der radialen Richtung R1 und der axialen Richtung X1 bewegt, wodurch sich der Abschnitt 200E der Dichtung 200 zusammenzieht.
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Eine detaillierte Querschnittsansicht der Dichtung 200 ist in 5 gezeigt. Die Dichtung 200 umfasst einen ringförmigen Körper 210, der einen schlangenlinienförmigen Querschnitt aufweist, der jeweils an dem axialen ersten Ende 202 und dem axialen zweiten Ende 204 endet. Der Dichtungskörper 210 umfasst einen radial äußeren ersten Abschnitt 220, der sich zwischen einem axialen ersten Ende 220A des ersten Abschnitts und einem axialen zweiten Ende 220B des ersten Abschnitts erstreckt. Der Dichtungskörper 210 umfasst einen radial mittleren zweiten Abschnitt 230, der sich zwischen einem axialen ersten Ende 230A des zweiten Abschnitts und einem axialen zweiten Ende 230B des zweiten Abschnitts erstreckt. Der Dichtungskörper 210 umfasst einen radial inneren dritten Abschnitt 240, der sich zwischen einem axialen ersten Ende 240A des dritten Abschnitts und einem axialen zweiten Ende 240B des dritten Abschnitts erstreckt. Bei dem axialen zweiten Ende 220B des ersten Abschnitts und dem axialen ersten Ende 230A des zweiten Abschnitts geht der erste Abschnitt 220 durch einen ersten krummlinig verlaufenden Teilabschnitt oder eine erste Faltung 225 in den zweiten Abschnitt 230 über. Bei dem axialen zweiten Ende 230B des zweiten Abschnitts und dem axialen ersten Ende 240A des dritten Abschnitts geht der zweite Abschnitt 230 durch einen zweiten krummlinig verlaufenden Teilabschnitt oder eine zweite Faltung 235 in den dritten Abschnitt 240 über. Bei dem axialen zweiten Ende 240B des dritten Abschnitts geht der dritte Abschnitt 240 durch einen dritten krummlinienförmigen Teilabschnitt oder eine dritte Faltung 245 in eine Dichtlippe (eine zweite Dichtlippe 214 wie nachfolgend beschrieben) über. Wie überdies in 5 gezeigt, bildet jede der ersten Faltung 225, der zweiten Faltung 235 und der dritten Faltung 245 des Dichtungskörpers 210 ein elastisches Scharnier, dessen Mitte einen Ring bildet, der konzentrisch um eine Längsachse A4 des Dichtungskörpers positioniert ist.
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Der erste Abschnitt 220 des Dichtungskörpers 210 bildet eine erste radial nach innen gewandte Oberfläche 222A und eine erste radial nach außen gewandte Oberfläche 222B. Der zweite Abschnitt 230 des Dichtungskörpers 210 bildet eine zweite radial nach innen gewandte Oberfläche 232A und eine zweite radial nach außen gewandte Oberfläche 232B. Der dritte Abschnitt 240 des Dichtungskörpers 210 bildet eine dritte radial nach innen gewandte Oberfläche 242A und eine dritte radial nach außen gewandte Oberfläche 242B.
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Das axiale erste Ende 202 des Dichtungskörpers 210 bildet eine erste Dichtungslippe 212, die ausgestaltet ist, dichtend in die Außenoberfläche 116 des Außenelements 110 einzugreifen. Die erste Dichtungslippe 212 erstreckt sich von dem ersten Abschnitt 220 des Dichtungskörpers 210 radial nach innen. In einer Ausführungsform und wie in 5 gezeigt, erstreckt sich die erste Dichtungslippe 212 von dem ersten Abschnitt 220 radial nach innen und bildet einen Winkel δ von ungefähr 90 Grad dazwischen. Während der Winkel δ so gezeigt und beschrieben ist, dass er ungefähr 90 Grad aufweist, ist die vorliegende Erfindung in dieser Hinsicht nicht begrenzt, da der Winkel δ in dem Bereich von weniger als 90 Grad bis zu 180 Grad sein kann, ohne von den breiteren Aspekten der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Eine erste Dichtungslippe 212 bildet eine vierte radial nach innen gewandte Oberfläche 212A und eine vierte radial nach außen gewandte Oberfläche 212B, die an der ersten radial nach innen gewandten Oberfläche 222A des ersten Abschnitts 220 anliegt. In einer Ausführungsform ist eine erste Dichtungslippe 212 integral mit dem Dichtungskörper 210 gebildet. In einer Ausführungsform umfasst eine erste Dichtungslippe 212 einen ersten Dichtungshaltering 213, der fest an der ersten radial nach innen gewandten Oberfläche 222A, beispielsweise unter Verwendung eines Klebstoffs, befestigt ist.
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Das axiale zweite Ende 204 des Dichtungskörpers 210 bildet eine zweite Dichtungslippe 214, die ausgestaltet ist, dichtend in die Außenoberfläche 122 des Außenelements 110 einzugreifen. Die zweite Dichtungslippe 214 erstreckt sich von dem dritten Abschnitt 240 des Dichtungskörpers 210 radial nach innen. In einer Ausführungsform und wie in 5 gezeigt, erstreckt sich die zweite Dichtungslippe 214 von dem dritten Abschnitt 240 radial nach innen und bildet einen Winkel ε von ungefähr 90 Grad dazwischen. Während der Winkel ε so gezeigt und beschrieben ist, dass er ungefähr 90 Grad aufweist, ist die vorliegende Erfindung in dieser Hinsicht nicht begrenzt, da der Winkel ε in dem Bereich von weniger als 90 Grad bis zu 180 Grad sein kann, ohne von den breiteren Aspekten der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die zweite Dichtungslippe 214 bildet eine fünfte radial nach innen gewandte Oberfläche 214A und eine fünfte radial nach außen gewandte Oberfläche 214B, die an der dritten radial nach innen gewandten Oberfläche 242A des dritten Abschnitts 240 anliegt. In einer Ausführungsform ist die zweite Dichtungslippe 214 integral mit dem Dichtungskörper 210 gebildet. In einer Ausführungsform umfasst die zweite Dichtungslippe 214 einen zweiten Dichtungshaltering 215, der fest an der dritten radial nach innen gewandten Oberfläche 242A, beispielsweise unter Verwendung eines Klebstoffs, befestigt ist.
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Der Dichtungskörper 210 der Dichtung 200 ist aus einem geeignet flexiblen, biegsamen und federnden Material hergestellt. In einer Ausführungsform ist der Dichtungskörper 210 als eine einstückige Einheit mittels eines Formprozesses gebildet.
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Das sphärische Gelenklager und die Dichtung von 6 sind ähnlich dem Lager 100 und der Dichtung 200 von 4A, somit sind ähnliche Elemente mit ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei jedoch die erste Ziffer „1“ mit der Ziffer „3“ ersetzt und die erste Ziffer „2“ mit der Ziffer „4“ ersetzt ist. Wie in 6 gezeigt, umfasst eine sphärische Gelenklagerbaugruppe 300 ein Außenelement 310, das eine erste radial nach außen gewandte Nut 366 in der Nähe jedes axialen Endes davon aufweist. Die sphärische Gelenklagerbaugruppe 300 umfasst eine Innenelementbaugruppe, die eine Kugel 320 umfasst, die eine Durchbohrung 321 aufweist, die sich dadurch erstreckt. Ein Schaft 350 ist in der Durchbohrung angeordnet, beispielsweise durch Presspassung in die Durchbohrung 321. Die Innenelementbaugruppe ist mindestens teilweise in dem Außenelement 310 angeordnet. Beispielsweise ist die Kugel 320 in dem Außenelement 310 angeordnet. Der Schaft 350 weist eine darin gebildete zweite radial nach außen gewandte zweite Nut 355 auf. Während die Innenelementbaugruppe so gezeigt und beschrieben ist, dass sie die Kugel 320 und den Schaft 350 mit der zweiten radial nach außen gewandten zweiten Nut 355 umfasst, die an dem Schaft 350 gebildet ist, ist die vorliegende Erfindung in dieser Hinsicht nicht begrenzt, da die Innenelementbaugruppe eine einstückige Konstruktion sein kann, bei der die Kugel integral in den Schaft eingeformt ist.
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Wie in 6 gezeigt, weist eine Dichtung 400 einen ringförmigen Körper 410 auf, der einen schlangenlinienförmigen Querschnitt aufweist. Die Dichtung 400 erstreckt sich zwischen dem Innenelement 320 und dem Außenelement 310. Der ringförmige Körper 410 erstreckt sich zwischen einem ersten Ende 402 zu einem zweiten Ende 404 davon. Das zweite Ende 404 ist gegenüber dem ersten Ende 402 radial nach innen positioniert. Das erste Ende 402 ist in der ersten radial nach außen gewandten Nut 366 verankert und das zweite Ende 404 ist in der zweiten radial nach außen gewandten Nut 355 verankert. Wie weiter in diesem Dokument beschrieben, umfasst die Dichtung 400 ein oder mehrere Ankermerkmale, die von dem ringförmigen Körper 410 gebildet werden. Jedes der Ankermerkmale ist so ausgestaltet, dass verhindert wird, dass sich der ringförmige Körper 410 von dem sphärischen Lager 300 löst.
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Wie am besten in 8 gezeigt ist, ist der schlangenlinienförmige Querschnitt von drei Ringen gebildet, beispielsweise einem ersten Ring 481, einem zweiten Ring 482 und einem dritten Ring 483, die konzentrisch um eine Längsachse A1 (Achse gezeigt in 6) des ringförmigen Körpers 410 positioniert sind. Während der schlangenlinienförmige Querschnitt so gezeigt und beschrieben ist, als hätte er drei Ringe 481, 481 und 483, ist die vorliegende Erfindung in dieser Hinsicht nicht begrenzt, da zwei Ringe oder mehr als drei Ringe verwendet werden können. Benachbarte der drei Ringe 481, 482 und 483 sind flexibel mittels eines elastischen Scharniers H1, H2 bzw. H3 verbunden. Beispielsweise sind der erste Ring 481 und der zweite Ring 482 mittels des flexiblen Scharniers H1 verbunden, der zweite Ring 482 und der dritte Ring 483 sind mittels des flexiblen Scharniers H2 verbunden. Das flexible Scharnier H3 verbindet den dritten Ring 483 mit dem zweiten Ende 404. Der ringförmige Körper 410 ist zwischen einer gefalteten Position, die in einem entspannten freien Zustand auftritt ( 6 und 8) und einer ausgedehnten Position erweiterbar, beispielsweise, wenn das Außenelement 310 betriebsbedingt in Bezug auf die Innenelementbaugruppe falsch ausgerichtet ist, wie in 7 gezeigt.
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Wie in 9 gezeigt, ist in einer Ausführungsform das Ankermerkmal so definiert, dass der ringförmige Körper 410 eine ausgedehnte Länge L1 aufweist, die mindestens 30 Prozent größer als eine maximale Falschausrichtungslänge L2 des sphärischen Lagers 400 ist, wie in 7 gezeigt. Beispielsweise ist, wie in 7 gezeigt, die Falschausrichtungslänge L2 als die Länge zwischen Punkt P1, der sich an einer Kante der ersten radial nach außen gewandten Nut 366 befindet, und einem Punkt P2 definiert, der sich an einer Kante der zweiten radial nach außen gewandten Nut 355 befindet, wenn das Außenelement 310 einen maximalen Winkel J (z. B. 16 Grad) der betriebsbedingten Falschausrichtung in Bezug auf die Innenelementbaugruppe aufweist.
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In einer Ausführungsform, wie in 8 gezeigt, ist das Ankermerkmal so definiert, dass der ringförmige Körper 410 eine Dicke T1 aufweist und die federnden Scharniere H1, H2 und H3 einen Krümmungsradius R1, R2 bzw. R3 aufweisen, und wobei jeder der Krümmungsradien R1, R2 und R3 eine Größe aufweist, die mindestens so groß wie die Dicke T1 ist.
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Wie in 8 veranschaulicht, umfassen Beispiele des Ankermerkmals eine Antirotationseinrichtung, die an dem ersten Ende 402 und/oder dem zweiten Ende 404 des ringförmigen Körpers 410 ausgebildet ist. Beispielsweise weist, wie in 10 veranschaulicht, die Antirotationseinrichtung, die an dem ersten Ende 402 ausgebildet ist, eine erste flache Oberfläche 402A auf, die sich zwischen Punkt J und Punkt K erstreckt; eine bogenförmige Oberfläche 402B (z. B. kreisförmiger Querschnitt), die sich von Punkt K zu Punkt L erstreckt; und eine zweite flache Oberfläche 402C, die sich von Punkt L zu Punkt M erstreckt. Wie in 10 gezeigt, weist die Nut 366 eine Form auf, die komplementär zu der der Antirotationseinrichtung ist, die an dem ersten Ende 402 ausgebildet ist. Die Antirotationseinrichtung, die an dem ersten Ende 402 ausgebildet ist, ist ausgestaltet, Rotation in der Richtung des Pfeils M1 in der Nut 366 als Reaktion auf eine Kraft F1 zu widerstehen, die auf den ringförmigen Körper 410 ausgeübt wird. Die Nut 366 weist eine erste Lippe 366L auf, die sich von einem gekrümmten Abschnitt der Nut 366 radial nach außen erstreckt. Die erste Lippe 366L ist ausgestaltet, zu verhindern, dass sich der ringförmige Körper 410 von der Nut 366 des sphärischen Gelenklagers löst. Beispielsweise weist, wie in 7 und 10 gezeigt ist, die Nut 366 eine Tiefe D16 auf (10) und ist so ausgestaltet, dass sich die Lippe 366L radial über eine Position eines Kraftvektors F5 hinaus nach außen erstreckt, die daher resultiert, dass sich die Dichtung 400 aufgrund der betriebsbedingten Falschausrichtung in einer ausgedehnten Position befindet, wie in 7 gezeigt.
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Mit Bezug auf 11 weist die Antirotationseinrichtung, die an dem zweiten Ende 404 ausgebildet ist, Folgendes auf: eine dritte flache Oberfläche 404A, die sich zwischen Punkt U und Punkt V erstreckt; eine bogenförmige Oberfläche 404B (z. B. kreisförmiger Querschnitt), die sich von Punkt V zu Punkt W erstreckt; eine vierte flache Oberfläche 404C, die sich von Punkt W zu Punkt X erstreckt; und eine Schulter 404D, die sich von der vierten flachen Oberfläche 404C (z. B. in einem Winkel von 90 Grad) zwischen Punkt X und Punkt Y nach außen erstreckt. Wie in 11 gezeigt, weist die Nut 355 eine Form auf, die komplementär zu der der Antirotationseinrichtung ist, die an dem zweiten Ende 404 ausgebildet ist. Die Antirotationseinrichtung, die an dem zweiten Ende 402 ausgebildet ist, ist ausgestaltet, Rotation in der Richtung des Pfeils M2 in der Nut 355 als Reaktion auf eine Kraft F2 zu widerstehen, die auf den ringförmigen Körper 410 ausgeübt wird. Eine Anlageoberfläche 355A erstreckt sich von einer flachen Seite der Nut (z. B. in einem Winkel von 90 Grad) nach außen. Die Anlageoberfläche 355A wirkt zusammen mit der Schulter 404D, um zu verhindern, dass sich der ringförmige Körper 410 von der Nut 355 in dem sphärischen Gelenklager 300 löst. Die Nut 355 weist eine zweite Lippe 355L auf, die sich von einem gekrümmten Abschnitt der Nut 355 radial nach außen erstreckt. Die zweite Lippe 355L ist ausgestaltet, zu verhindern, dass sich der ringförmige Körper 410 von der Nut 355 des sphärischen Gelenklagers löst. Die zweite Lippe 355L ist ausgestaltet, die Dichtung 410 vor Beschädigung, beispielsweise durch beeinflussende oder auf das Gelenklager 300 auftreffende Objekte, zu schützen. Wie in 7 und 11 gezeigt, weist die Nut 355 eine Tiefe D17 auf (11) und ist so ausgestaltet, dass sich eine Schulter 351 über eine Position eines Kraftvektors F6 hinaus erstreckt, die daher resultiert, dass sich die Dichtung 400 aufgrund der betriebsbedingten Falschausrichtung in einer ausgedehnten Position befindet, wie in 7 gezeigt.
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Mit Bezug auf 12 ist der ringförmige Körper 410 in einem freien Zustand gezeigt (zum Beispiel nicht gestreckt, nicht an dem sphärischen Gelenklager installiert). In dem freien Zustand weist der ringförmige Körper 410 einen ersten Innendurchmesser D11, gemessen zwischen gegenüberliegenden Oberflächen der bogenförmigen Oberfläche 402B nahe dem ersten Ende 402, und einen zweiten Innendurchmesser D12, gemessen zwischen gegenüberliegenden Oberflächen der bogenförmigen Oberfläche 404B in der Nähe des zweiten Endes 404 auf.
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Mit Bezug auf 13 ist der ringförmige Körper 410' in einem ausgedehnten Zustand gezeigt, entsprechend dem, wenn der ringförmige Körper 410' in der Nut 355 und der Nut 366 des sphärischen Lagers 300 von 6 installiert ist. In dem ausgedehnten Zustand weist der ringförmige Körper 410' einen ersten Innendurchmesser D11', gemessen zwischen gegenüberliegenden Oberflächen der bogenförmigen Oberfläche 402B', und einen zweiten Innendurchmesser D12', gemessen zwischen gegenüberliegenden Oberflächen der bogenförmigen Oberfläche 404B' auf. Wie in 6 gezeigt, hat die Nut 366 einen Durchmesser D13, gemessen zwischen Abschnitten der Nut 366, die am weitesten radial innen sind; und die Nut 355 hat einen Durchmesser D14, gemessen zwischen Abschnitten der Nut 355, die radial am weitesten innen sind. Der Innendurchmesser D11' ist ungefähr gleich dem Durchmesser D13; und der Durchmesser D12' ist ungefähr gleich dem Durchmesser D14. Der ringförmige Körper 410 ist aus einem geeignet flexiblen, biegsamen, elastischen und federnden Material hergestellt, das, wenn es gestreckt wird (z. B. radial nach außen gestreckt wird), dazu neigt, zu einem radial inneren freien Zustand zurückzukehren.
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In einer Ausführungsform ist das Ankermerkmal dadurch definiert, dass der ringförmige Körper 410 in einem freien Zustand einen Innendurchmesser D11 aufweist (12), der mindestens 15 % geringer als (z. B. ungefähr 15 bis 20 Prozent geringer als) der Innendurchmesser D11' in einem ausgedehnten Zustand ist (13), wenn er auf dem sphärischen Lager 300 von 6 installiert ist, damit das erste Ende 402 ohne irgendwelches Rutschen oder eine Bewegung des ersten Endes 402 in Bezug auf die Nut 366 während der betriebsbedingten Falschausrichtung des Außenelements 310 in Bezug auf die Innenelementbaugruppe (z. B. die Kugel 320 und der Schaft 350) sicher in die Nut 366 eingreift, wie in 7 gezeigt. Aufgrund der Federkraft und der Elastizität des ringförmigen Körpers 410 und dem Strecken des ringförmigen Körpers 410' wird der ringförmige Körper 410 hin zu dem freien Zustand vorgespannt und erzeugt, wenn er in der Nut 366 installiert ist, radial nach innen gerichtete Kräfte, um das erste Ende 402 in der Nut 366 zu sichern.
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In einer Ausführungsform ist das Ankermerkmal dadurch definiert, dass der ringförmige Körper 410 in einem freien Zustand einen Innendurchmesser D12 aufweist (12), der mindestens 15 % geringer als (z. B. ungefähr 15 bis 20 Prozent geringer als) der Innendurchmesser D12' in einem ausgedehnten Zustand ist (13), wenn er auf dem sphärischen Lager 300 von 6 installiert ist, damit das zweite Ende 404 ohne irgendwelches Rutschen oder eine Bewegung des zweiten Endes 404 in Bezug auf die Nut 355 während der betriebsbedingten Falschausrichtung des Außenelements 310 in Bezug auf die Innenelementbaugruppe (z. B. die Kugel 320 und der Schaft 350) sicher in die Nut 355 eingreift, wie in 7 gezeigt. Aufgrund der Federkraft und der Elastizität des ringförmigen Körpers 410 und dem Strecken des ringförmigen Körpers 410' wird der ringförmige Körper 410 hin zu dem freien Zustand vorgespannt und erzeugt, wenn er in der Nut 355 installiert ist, radial nach innen gerichtete Kräfte, um das zweite Ende 402 in der Nut 355 zu sichern.
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In einer Ausführungsform ist das Ankermerkmal dadurch definiert, dass der ringförmige Körper 410 in einem freien Zustand einen Innendurchmesser D11 aufweist (12), der ungefähr 4 bis 6 Prozent geringer als der Innendurchmesser D11' in einem ausgedehnten Zustand ist (13), wenn er auf dem sphärischen Lager 300 von 6 installiert ist, um während der betriebsbedingten Falschausrichtung des Außenelements 310 in Bezug auf die Innenelementbaugruppe (z. B. die Kugel 320 und der Schaft 350) gleitenden Eingriff des ersten Endes 402 in die Nut 366 zu erlauben, wie in 7 gezeigt. In einer Ausführungsform ist das Ankermerkmal dadurch definiert, dass der ringförmige Körper 410 in einem freien Zustand einen Innendurchmesser D11 aufweist (12), der ungefähr 3 bis 10 Prozent geringer als der Innendurchmesser D11' in einem ausgedehnten Zustand ist (13), wenn er auf dem sphärischen Lager 300 von 6 installiert ist, um während der betriebsbedingten Falschausrichtung des Außenelements 310 in Bezug auf die Innenelementbaugruppe (z. B. die Kugel 320 und der Schaft 350) gleitenden Eingriff des ersten Endes 402 in die Nut 366 zu erlauben, wie in 7 gezeigt. Aufgrund der Federkraft und der Elastizität des ringförmigen Körpers 410 und dem Strecken des ringförmigen Körpers 410' wird der ringförmige Körper 410 hin zu dem freien Zustand vorgespannt, und erzeugt, wenn er in der Nut 366 installiert wird, radial nach innen gerichtete Kräfte, um das erste Ende 402 in der Nut 366 gleitend zu sichern.
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In einer Ausführungsform ist das Ankermerkmal dadurch definiert, dass der ringförmige Körper 410 in einem freien Zustand einen Innendurchmesser D12 aufweist (12), der ungefähr 4 bis 6 Prozent geringer als der Innendurchmesser D12' in einem ausgedehnten Zustand ist (13), wenn er auf dem sphärischen Lager 300 von 6 installiert ist, um während der betriebsbedingten Falschausrichtung des Außenelements 310 in Bezug auf die Innenelementbaugruppe (z. B. die Kugel 320 und der Schaft 350) gleitenden Eingriff des zweiten Endes 404 in die Nut 355 zu erlauben, wie in 7 gezeigt. In einer Ausführungsform ist das Ankermerkmal dadurch definiert, dass der ringförmige Körper 410 in einem freien Zustand einen Innendurchmesser D12 aufweist (12), der ungefähr 3 bis 10 Prozent geringer als der Innendurchmesser D12' in einem ausgedehnten Zustand ist (13), wenn er auf dem sphärischen Lager 300 von 6 installiert ist, um während der betriebsbedingten Falschausrichtung des Außenelements 310 in Bezug auf die Innenelementbaugruppe (z. B. die Kugel 320 und der Schaft 350) gleitenden Eingriff des zweiten Endes 404 in die Nut 355 zu erlauben, wie in 7 gezeigt. Aufgrund der Federkraft und Elastizität des ringförmigen Körpers 410 und dem Strecken des ringförmigen Körpers 410' wird der ringförmige Körper 410 hin zu dem freien Zustand vorgespannt und erzeugt, wenn er in die Nut 355 installiert wird, radial nach innen gerichtete Kräfte, damit das zweite Ende 404 gleitend in die Nut 355 eingreift.
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Es ist vorgesehen, dass die verschiedenen Kombinationen von sicherem Eingriff und gleitendem Eingriff des ersten Endes 402 in die Nut 366 und des zweiten Endes 404 in die Nut 355 angewandt werden können, umfassend: 1) das erste Ende 402 wird dazu gebracht, sicher in die Nut 366 einzugreifen, und das zweite Ende 404 wird dazu gebracht, sicher in die Nut 355 einzugreifen; 2) das erste Ende 402 wird dazu gebracht, gleitend in die Nut 366 einzugreifen, und das zweite Ende 404 wird dazu gebracht, gleitend in die Nut 355 einzugreifen; 3) das erste Ende 402 wird dazu gebracht, sicher in die Nut 366 einzugreifen, und das zweite Ende 404 wird dazu gebracht, gleitend in die Nut 355 einzugreifen; und 4) das erste Ende 402 wird dazu gebracht, gleitend in die Nut 366 einzugreifen, und das zweite Ende 404 wird dazu gebracht, sicher in die Nut 355 einzugreifen.
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Die Dichtungen 200, 400 beherbergen einen wirksameren und wirtschaftlicheren Herstellungsprozess (z. B. Formpressen) als Dichtungen des Stands der Technik, weil die Dichtungen 200, 400 weniger krummlinige Teilabschnitte oder Faltungen umfassen als Dichtungen des Stands der Technik. Die Ausgestaltung des Dichtungskörpers 210, 410 bietet eine kompaktere Dichtungsumhüllung als Dichtungen des Stands der Technik. Die vergleichsweise kompakte Ausgestaltung des Dichtungskörpers 210, 410 zeigt aufgrund ihrer kleineren Umhüllung weniger Störung mit anderen Komponenten als die Umhüllung von Dichtungen des Stands der Technik, sowohl in der normalen Betriebsposition als auch in der ausgedehnten Betriebsposition. Unerwarteterweise bietet der Dichtungskörper 210, 410 verbesserte Haftung an dem Innenelement 120, 320 und dem Außenelement 110, 310 des Lagers 100, 300.
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Obgleich die vorliegende Erfindung mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen davon offenbart und beschrieben worden ist, sollte beachtet werden, dass andere Variationen und Abwandlungen vorgenommen werden können, und es ist beabsichtigt, dass die folgenden Ansprüche die Variationen und Abweichungen innerhalb des wahren Geltungsbereichs der Erfindung abdecken.
