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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Balg mit einem ersten Bindersitzbereich mit einer ersten Bindersitzfläche und einem zweiten Bindersitzbereich, wobei der zweite Bindersitzbereich einen größeren Innendurchmesser aufweist als der erste Bindersitzbereich, wobei der erste Bindersitzbereich auf einer Innenseite angeordnet genau einen Wulst aufweist, sowie ein Verfahren zur Montage eines derartigen Balges auf einer Welle mit einer Nut als auch eine Welle mit einem solchen Balg, insbesondere eine Gelenkwelle.
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Balge, insbesondere Faltbalge und Rollbalge, insbesondere solche, welche auf Gelenkwellen montiert werden, weisen in ihrem wellenseitigen Bindersitzbereich auf der der Welle zugewandten Innenseite in aller Regel mindestens einen Wulst auf, der nach Montage des Balges auf einer Welle in eine auf dieser angeordneten Nut eingreift. Zur Montage eines Balges auf einer Welle muss der Balg mindestens soweit im wellenseitigen Bindersitzbereich gedehnt werden, dass ein Innendurchmesser des Wulstes größer ist als ein Außendurchmesser der Welle. Der hierdurch notwendige Kraftaufwand verteuert die Montage von Balgen auf Wellen. Zudem kann bei der Montage der Wulst verletzt werden, wodurch dann die spätere Funktion des Welle und Balg umfassenden Systems beeinträchtigt sein kann. Schließlich muss auch der Binder, welcher für einen festen Sitz des Balges auf der Welle sorgt, und die im wellenseitigen Bindersitzbereich auf der von diesem zur Verfügung gestellten Bindersitzfläche angeordnet und geschlossen werden, bei Vormontage des Binders derart dimensioniert werden, dass er die notwendige Aufweitung des wellenseitigen Bindersitzbereiches des Balges nicht behindert.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Balg zur Verfügung zu stellen, welcher die vorgenannten Nachteile beseitigt oder aber zumindest mindert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Balg der eingangs genannten Art, wobei, im Querschnitt, bezogen auf eine Mittellängsachse des Balges, gesehen, mindestens ein dem Wulst benachbart angeordneter Teilbereich der Innenseite des ersten Bindersitzbereiches, bezogen auf eine durch die Innenseite des ersten Bindersitzbereiches definierte Normalfläche, als Rücksprung in Richtung der ersten Bindersitzfläche ausgebildet ist, wobei ein erster und ein zweiter als Rücksprung ausgebildeter Teilbereich, im Querschnitt gesehen, auf beiden Seiten des Wulstes angeordnet ist und der Wulst über eine durch die Normalfläche definierte Ebene übersteht, wobei der Wulst über die durch die Normalfläche definierte Ebene um 0,1 mm bis 0,25 mm übersteht.
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Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung der Innenseite des ersten, wellenseitigen Bindersitzbereiches mit einem Wulst, welcher aufgrund der als Rücksprung ausgebildeten ersten und/oder zweiten Teilbereiche als ”eingezogen” angesprochen werden kann, wird vorteilhafterweise eine Reduzierung der Höhe des Wulstes, bezogen auf eine durch die Normalfläche definierte Ebene der Innenseite, im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik üblichen Balgen, welche eine Höhe üblicherweise in einem Bereich von etwa 0,3 mm bis etwa 0,7 mm, bevorzugt etwa 0,5 mm, aufweisen, erzielt, wodurch der Kraftaufwand bei der Aufweitung des ersten Bindersitzbereiches des Ringwulstes sich verringert. Zudem kann durch diese Verringerung der Höhe des Wulstes ein vormontierter Binder im undeformierten Zustand mit einem geringeren Innendurchmesser und damit kostengünstiger ausgelegt werden. Und schließlich wird aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung des ersten Bindersitzbereiches Verletzungen der Wulst selbst vorgebeugt.
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Erfindungsgemäß übersteht der Wulst eine durch die Normalfläche definierte Ebene um 0,1 mm bis 0,25 mm, bevorzugt übersteht der Wulst eine durch die Normalfläche definierte Ebene bis etwa 0,2 mm. Hierdurch ergeben sich im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Balgen mit Wulsten im wellenseitigen ersten Bindersitzbereich, welche eine Höhe, bezogen auf die Normalfläche an der Innenseite des Bindersitzbereiches, von beispielsweise etwa 0,5 mm aufweisen, eine Reduzierung des Innendurchmessers um mindestens etwa 0,5 mm, bevorzugt etwa 1 mm im undeformierten Zustand. Dies wirkt sich erheblich bei Montage des Balges auf einer Welle in einer Reduzierung des aufzubringenden Kraftaufwandes aus. Auch kann in diesem Beispielsfall der Binder selbst um etwa 0,5 mm, bevorzugt etwa 1 mm kleiner, bezogen auf seinen Innendurchmesser, bei Vormontage desselben ausgelegt werden.
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Durch die Ausbildung der als Rücksprung ausgebildeten ersten und/oder zweiten Teilbereiche wird zudem vorteilhafterweise erreicht, dass bei Aufweitung des ersten, wellenseitigen Binderbereiches des erfindungsgemäßen Balges der Wulst sich über die Normalfläche herausdrückt und dadurch bei Aufschieben auf die Welle einen radialen Druck ausüben kann. Hierdurch kann bei der Montage des erfindungsgemäßen Balges auf einer Welle wie bei den üblichen aus der Technik bekannten Faltenbalgen durch ein Einschnappen des Wulstes in die auf der Welle angeordnete Nut das Erreichen der Endposition der Aufschiebung festgestellt werden.
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Der erfindungsgemäße Balg ist vorteilhafterweise als Faltenbalg mit einem Faltenbereich zwischen dem ersten und zweiten Bindersitzbereich, bevorzugt mit mindestens drei, weiter bevorzugt mit mindestens vier, weiter bevorzugt mit fünf oder mehr Falten, ausgebildet als Ringfalten, ausgebildet, oder aber als Rollbalg mit einer einzigen zwischen dem ersten und zweiten Bindersitzbereich angeordneten Rollfalte. Dabei ist jede mögliche Ausbildung des Faltenbereiches oder aber der Rollfalte im Sinne der vorliegenden Erfindung möglich, diese ist im Übrigen nicht auf die genannten Balge oder spezifische Anwendungen wie der bevorzugten Verwendung des erfindungsgemäßen Balges bei Gelenkwellen beschränkt.
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Der Wulst ist vorzugsweise als umlaufender Ringwulst auf der Innenseite des ersten Bindersitzbereiches ausgebildet, kann alternativ aber auch aus einzelnen Ringwulstabschnitten bestehen. Vorteilhafterweise weist der erste, wellenseitige Bindersitzbereich genau einen Ringwulst, vorzugsweise einen umlaufenden, auf. Dementsprechend ist die auf der Oberfläche der Welle angeordnete Nut vorzugsweise ausgebildet als Ringnut, wobei bevorzugt genau eine Ringnut auf der Welle angeordnet ist. Die ersten und/oder zweiten Teilbereiche sind als Ringnuten, benachbart zum Wulst, bevorzugt als Ringnuten, welche vorzugsweise umlaufend, aber auch abschnittsweise an der Innenseite des wellenseitigen, ersten Bindersitzbereiches ausgebildet sein können.
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Weiter bevorzugt weist der als Rücksprung ausgebildete erste und/oder zweite Teilbereich, im Querschnitt gesehen, ausgehend vom Wulst, mindestens eine radial ausgebildete Teilfläche und mindestens eine zweite planar ausgebildete Teilfläche auf. Dabei weist der erste und/oder zweite Teilbereich bevorzugt genau eine erste radial ausgebildete Teilfläche und eine zweite planar ausgebildete Teilfläche auf. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass insbesondere zwei oder drei zweite planar ausgebildete Teilflächen vorgesehen sind.
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Durch die erste radiale Teilfläche und die zweite unmittelbar an diese angrenzende zweite planare Teilfläche ist umlaufend oder abschnittsweise auf der Innenseite des ersten Bindersitzbereiches in dieser bevorzugten Ausführungsform eine (Ring-)Rille ausgebildet. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass zwischen der ersten Teilfläche und der zweiten planaren Teilfläche eine Verbindungsfläche ausgebildet ist, welche einen ebenen, konkav oder konvex oder sonstigen, im Querschnitt gesehen, ausgebildeten Untergrund bildet, bevorzugt einen umlaufenden.
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Besonders bevorzugt ist die erste, radial ausgebildete Teilfläche unmittelbar benachbart dem Ringwulst angeordnet, und geht weiter bevorzugt ohne jeden Versprung in den Wulst über. Weiter bevorzugt schließt sich an die solchermaßen ausgebildete erste radiale Teilfläche die mindestens eine zweite planar ausgebildete Teilfläche an, wobei zwischen diesen Teilflächen ein stumpfer Winkel ausgebildet ist. Der stumpfe Winkel wird dabei bestimmt durch eine Tangente der ersten, radial ausgebildeten Teilfläche, welche durch den Scheitelpunkt des Winkels verläuft, und der unmittelbar hieran angrenzenden zweiten planar ausgebildeten Teilfläche. Weitere zweite, planar ausgebildete Teilflächen, welche an die zweite, planar ausgebildete und unmittelbar an die erste radial ausgebildete Teilfläche angrenzende Teilfläche angrenzen, bilden bevorzugt einen noch stumpferen Winkel, als derjenige zwischen der ersten, radial ausgebildeten und der dieser unmittelbar benachbarten zweiten, planar ausgebildeten Teilfläche. Der Winkel zwischen einer zweiten planar ausgebildeten Teilfläche, unmittelbar benachbart der ersten radial ausgebildeten Teilfläche angeordnet, und einer an dieser gegenüberliegend der ersten radial ausgebildeten Teilfläche angrenzenden weiteren zweiten planar ausgebildeten Teilfläche wird dabei in Richtung auf die Außenseite des ersten Bindersitzbereiches bestimmt, wohingegen der Winkel zwischen der ersten planaren Teilfläche und der dieser unmittelbar benachbarten ersten radialen Teilfläche sich zur Innenseite des Balges hin öffnet. Es kann selbstverständlich auch vorgesehen sein, dass mehrere radiale Teilflächen vorgesehen sind und, dass noch weitere planare Teilflächen aneinander angrenzen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Montage eines erfindungsgemäßen Balges, wobei der erste Bindersitzbereich, insbesondere über seinen gesamten Umfang, aufgeweitet und dieser auf eine Welle mit mindestens einer Nut aufgeschoben wird, bis der Wulst in die Nut eingreift. Besonders bevorzugt weist das Verfahren weiterhin eine Befestigung des ersten Bindersitzbereiches mittels eines Binders auf der Welle auf. Weiter bevorzugt übt der Wulst bei Aufschiebung auf die Welle einen radialen Druck auf diese aus.
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Der Binder im Sinne der vorliegenden Erfindung kann in jeglicher aus dem Stand der Technik bekannten Form ausgebildet sein, und kann beispielsweise als Kompressionsring, Klemmschelle oder Spannband ausgebildet sein.
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Besonders bevorzugt drückt sich bei Aufweitung des ersten Bindersitzbereiches der Wulst über die Normalfläche hinaus, und zwar in Richtung auf das Innere des Balges. Besonders vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass durch die spezifische Ausbildung des erfindungsgemäßen Balges mit Vorsehung der als Rücksprung ausgebildeten ersten und/oder zweiten Teilbereiche unmittelbar benachbart des Wulstes bei Aufweitung des ersten Bindersitzbereiches sich der Wulst über die Normalfläche herausdrückt und durch den Wulst ein Druck auf die Welle bei Aufschiebung ausgeübt wird, so dass letztendlich bei Eingreifung des Wulstes in die Nut der Welle ein fühlbares ”Einschnappen” bei der Montage für eine Rückmeldung sorgt, dass der Aufschiebevorgang abgeschlossen ist.
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Weiter bevorzugt betrifft die vorliegende Erfindung eine Welle, umfassend einen erfindungsgemäßen Balg, und weiter bevorzugt eine Gelenkwelle, umfasst mit einem erfindungsgemäßen Balg. Der erfindungsgemäße Balg ist dabei vorteilhafterweise als Faltenbalg oder Rollbalg, einschließlich eines solchen für ein Verschiebegelenk, ausgebildet, weiter bevorzugt als Faltenbalg. Neben dem Balg kann die erfindungsgemäße Gelenkwelle weiterhin einen Binder wie vorstehend beschrieben aufweisen, wobei dieser Binder auf dem erfindungsgemäßen Balg vormontiert sein kann. Die Gelenkwelle ist dabei vorteilhafterweise mit einem Gelenkgehäuse verbindbar, wobei dann der erfindungsgemäße Balg mittels seines zweiten Bindersitzbereiches auf dem Gelenkgehäuseaußenteil mittels eines Binders wie vorstehend definiert befestigt ist.
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Diese und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Ansicht eines auf einer Welle montierten erfindungsgemäßen Faltenbalges in einer ersten Ausführungsform;
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2 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Faltenbalges in einer zweiten Ausführungsform;
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3 eine Halbschnittansicht des Faltenbalges entlang einer Mittellängsachse gemäß 2;
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4 zeigt die Einzelheit A der 3; und
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5 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren anhand des Beispiels der Montage des erfindungsgemäßen Faltenbalges gemäß den 2 bis 4 auf einer Welle.
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Zunächst sei vorausgeschickt, dass die in den Figuren gezeigten Merkmale nicht auf die einzelnen Ausgestaltungen beschränkt sind. Vielmehr sind die jeweils in der Beschreibung einschließlich der Figurenbeschreibung gezeigten angegebenen Merkmale zur Weiterbildung miteinander kombinierbar. Gleiche Merkmale werden hierbei mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet. insbesondere ist der Gegenstand der vorliegenden Erfindung auch mit beschränkt auf die in den Figuren gezeigte Ausführung des erfindungsgemäßen Balges als Faltenbalg für eine Gelenkwelle. Vielmehr ist die vorliegende Erfindung übertragbar auf Balge jeder Art, welche zu Abdichtungszwecken auf gleich welchen Teilen montiert werden. Insbesondere ist auch eine Beschränkung auf Gelenke in Automobilen weder vorgesehen noch gewollt, vielmehr können die erfindungsgemäßen Balge in einer Vielzahl von Anwendungsgebieten zum Einsatz kommen, insbesondere in Gleichlaufverschiebegelenken. Schließlich kann insbesondere auch der Faltenbereich derart ausgebildet sein, dass gegebenenfalls auch mehr oder weniger bzw. anders ausgebildeten Falten 22, auch beispielsweise Falten mit gleichen Innendurchmessern, vorgesehen sein können.
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1 zeigt einen insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichneten erfindungsgemäßen Faltenbalg mit drei Ringfalten und einem ersten Bindersitzbereich 12, der wellenseitig anordbar ist, und einem zweiten Bindersitzbereich 14, der gelenkseitig anordbar ist. Der Faltenbalg 10 ist über den ersten Bindersitzbereich 12 auf einer Welle 44 angeordnet sowie über den zweiten Bindersitzbereich 14 mit einem Außenteil 56 eines Gelenkgehäuses verbunden.
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2 zeigt in einer Ansicht eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Balges 10, ausgebildet als Faltenbalg mit einem Faltenbereich 20 mit insgesamt 7 Ringfalten 22.1 bis 22.7 mit teilweise gleichen Außen- und Innendurchmessern (Ringfalten 22.5 bis 22.7), sowie einem ersten Bindersitzbereich 12 mit einer ersten Bindersitzfläche 16, auf welcher ein nicht gezeigter Binder angeordnet werden kann, und einen zweiten Bindersitzbereich 14 mit einer zweiten Bindersitzfläche 18, auf welcher ebenfalls ein hier nicht gezeigter Binder angeordnet werden kann. Durch den Faltenbalg 10 verläuft eine Mittellängsachse 54.
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3 zeigt, im Halbquerschnitt entlang der Mittellängsachse 54 den Faltenbalg 10 gemäß 2 mit dem zweiten Bindersitzbereich 14. 3 ist auch eine Definition eines Innendurchmessers 60 zu entnehmen, welcher sich auf den zweiten Bindersitzbereich 14 bezieht. Dieser Innendurchmesser 60 ist größer als ein Innendurchmesser 58, welcher sich auf den ersten Bindersitzbereich 12 bezieht, wobei dieser Innendurchmesser 58 ebenfalls 3 entnommen werden kann. Zur besseren Verdeutlichung ist der Halbquerschnitt gemäß 3 in seiner Lage definiert über die Mittellängsachse 54, und des Weiteren ist ein Inneres 26 und ein Äußeres 28 des Balges 10 definiert. Auf einer in 3 nicht näher bezeichneten Innenseite 30 des ersten Bindersitzbereiches 16 ist genau ein als Ringwulst ausgebildeter Wulst 24 angeordnet.
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4 zeigt nun die Einzelheit A gemäß 3 mit dem durch Ausbildung von einem ersten Teilbereich 34 und einem zweiten Teilbereich 36 eingezogen ausgebildeten Wulst 24. Zur besseren Verdeutlichung ist in 4 als punktierte Linie 42 eine solche gezeigt, welche die aus dem Stand der Technik bekannten Ausbildungen der wellseitigen Bindersitzbereiche nachvollzieht. Dadurch ist zu erkennen, dass im Vergleich zu dieser Linie 42 der Wulst 24 eingezogen ausgebildet ist. Der Wulst 24 ist ebenso wie der erste und zweite Teilbereich 34 bzw. 36 auf der Innenseite 30 des ersten Bindersatzbereiches 12 des Balges 10 angeordnet. Durch die Innenseite 30 des ersten Bindersatzbereiches 12 wird im Übrigen eine Normalfläche 32, als gestrichelte Linie in 4 ausgeführt, definiert. Bezogen auf diese Normalfläche 32 steht der Wulst 24 gemäß der Ausführungsform des Balges 10 in 4 etwas über diese in Richtung des Inneren 26 des Faltenbalges über. Beispielsweise kann dieser Überstand 0,15 mm betragen. Der Überstand bei aus dem Stand der Technik bekannten Faltenbalges betreffend deren auf der Innenseite des ersten Bindesatzbereiches angeordnete Wulste beträgt üblicherweise etwa 0,5 mm, was aufgrund der fehlenden Einziehung im Sinne der vorliegenden Erfindung der Höhe des Wulstes, bezogen auf die Grundfläche der Innenseite des ersten, wellenseitigen Bindersatzbereiches, entspricht.
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Sowohl der erste als auch der zweite Teilbereich 34 bzw. 36 weist eine unmittelbar an den Wulst 24 angrenzende erste Teilfläche 38.1 bzw. 38.2 auf, welche radial ausgebildet ist, und ohne jeden weiteren Vorsprung in den Wulst 24 übergeht, so dass eine gleichmäßige Außenkontur insoweit zur Verfügung gestellt ist. Unmittelbar anschließend an diese radialen Teilflächen 38.1 bzw. 38.2 ist eine einzige zweite, planare Teilfläche 40.1 bzw. 40.2 im Ausführungsbeispiel gemäß 4 ausgebildet, welche einen wie in der Beschreibung definierten stumpfen Winkel mit der radialen ersten Teilfläche 38.1 bzw. 38.2 bildet. Vorteilhafterweise ist die Gesamtfläche der zweiten, planaren Teilfläche 40.1 bzw. 40.2 größer, bevorzugt mindestens doppelt so groß, wie die Gesamtfläche der radialen ersten Teilflächen 38.1 bzw. 38.2 ausgebildet. Im Querschnitt gesehen, wie dies in 4 der Fall ist, weist weiter vorteilhafterweise die zweite, planare Teilfläche eine größere Länge, bevorzugt eine mindestens doppelt so große Länge, wie die erste, radiale Teilfläche 38.1 bzw. 38.2 auf. Die ersten und zweiten Teilbereiche 34 und 36 sind umlaufend als Ringnuten abgebildet, und können aufgrund der fehlenden Zwischenfläche zwischen ersten und zweiten Teilflächen 38 und 40 auch als Ringrillen angesprochen werden.
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5 zeigt nun das erfindungsgemäße Verfahren am Beispiel der Aufschiebung eines Balges 10, wie dieser in den 2 bis 4 definiert ist. Dabei wird im Schritt A zunächst der erste Bindersitzbereich 12 in Richtung eines Pfeiles 48 aus gedehnt und dann in Richtung eines Pfeiles 46 auf eine Welle 44 mit einer Nut 45, ausgebildet als Ringnut, aufgeschoben. Schritt B der 5 ist dabei gut zu entnehmen, dass sich aufgrund der Aufweitung in Richtung des Pfeiles 48 der Wulst 24 über die Normalfläche (hier nicht gezeigt) weiter herausdrückt, so dass ein radialer Druck in Richtung des Pfeiles 52 durch den Wulst 24 auf die Außenfläche der Welle 44 ausgeübt wird. Gut ist dabei Schritt B auch zu entnehmen, dass im Unterschied zu aus dem Stand der Technik bekannten Faltenbalgen ohne Einziehung die Auswölbung der ersten Bindersitzfläche 16 bei dem erfindungsgemäßen Balg 10 geringer ausfällt, wie durch die punktierte Linie 42.2 verdeutlicht ist. Durch die weitere punktierte Linie 42.1 auf der der Außenfläche der Welle 44 zugeordneten Innenseite 30 des ersten Bindersitzbereiches 12 ist ebenfalls zu entnehmen, dass der erfindungsgemäße Balg 10 sich weniger stark nach Außen 28 herausdrückt.
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Schritt C ist nun der Endzustand des Aufschiebschrittes der Montage des Balges 10 auf der Welle 44 zu entnehmen, wobei der Wulst 24 in die Nut 25 eingepasst ist. Bei der Montage ist diese Endposition einfach durch ein fühlbares Einschnappen des Wulstes 24 in die Nut 45 aufgrund des von dem Wulst 24 ausgeübten radialen Druckes in Richtung des Pfeiles 52 (siehe Schritt B) festzustellen. Schritt C ist auch zu entnehmen, dass auf der Bindersitzfläche 16 eine leichte Einwölbung verglichen mit dem durch die punktierte Linie 42.2 dargestellten Verhältnis eines aus dem Stand der Technik bekannten üblichen Faltenbalges vorliegt, und dass zwischen Wulst 24 und Ringnut 45 ein Freiraum verbleibt, d. h. in diesem Bereich kein unmittelbarer Kontakt zwischen Wulst 24 und Nut 45 vorliegen muss.
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Schritt D der 5 zeigt nun den Endzustand der Befestigung des Faltenbalges 10 auf der Welle 44 mittels eines beispielsweise als Kompressionsband ausgebildeten Binders 50. Durch den durch den Binder 50 ausgeübten Druck wird die noch in Schritt C der 5 ersichtliche Einstülpung auf der Bindersitzfläche 16 als auch der Freiraum zwischen Wulst 24 und Nut 45 ausgeglichen.
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Durch den erfindungsgemäßen Balg sowie das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Welle, insbesondere Gelenkwelle, wird vorteilhafterweise die Montage von Balgen jeglicher Art auf Wellen erheblich erleichtert, da der Kraftaufwand reduziert und hierdurch Kosten gesenkt werden. Ebenso können etwas kleiner dimensionierte Binder vorteilhafterweise im vormontierten Zustand eingesetzt werden.
