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Die
Erfindung betrifft einen Faltenbalg aus elastischem Material zum
Abdichten eines mit Schmiermittel gefüllten ringförmigen Gelenkraums zwischen
einem Gelenkaußenteil
eines Drehgelenks und einer mit dem Gelenkinnenteil des Drehgelenks verbundenen
Welle.
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Faltenbälge haben
die Aufgabe, Gelenkräume
abzudecken und damit den Austritt von Schmiermittel und den Eintritt
von Schmutz zu verhindern. Ein häufiger
Anwendungsfall für
Faltenbälge
sind Gleichlaufdrehgelenke in Fahrzeugantriebssträngen.
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Bei
großen
Beugewinkeln der Drehgelenke werden die Ringfalten der sich mitbeugenden
Faltenbälge
stark verformt, wobei sich die äußeren Oberflächen benachbarter
Ringfalten berühren.
Durch eine Relativbewegung der sich berührenden äußeren Oberflächen zueinander
kommt es, insbesondere bei regennassen Bedingungen, zu Geräuschbildung,
die als unangenehm empfunden wird und heutigen Komfortanforderungen
im Fahrzeugbau widerspricht. Die Geräusche entstehen als Folge von
Adhäsionskräften zwischen
zwei sich berührenden
Ringflanken, welche bei Anwesenheit eines Wasserfilms mit einer Dicke
im Mikro- oder Nanobereich (stick-slip-Effekte) erzeugt werden.
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Aus
der
DE 197 50 376
A1 ist ein Faltenbalg aus thermoplastischem oder elastischem
Material bekannt, der mit einer Imprägnierung versehen ist. Durch
die Imprägnierung
des Faltenbalgs wird ein Reservoir von Schmiermittel für die äußere Oberfläche zur
Verfügung
gestellt, so daß sowohl
auftretende Geräusche
als auch Ver schleiß gering
gehalten werden. Diese Ausgestaltung bietet jedoch nur kurzzeitigen
Schutz vor ungewünschter
Geräuschentwicklung,
da nach einiger Zeit die Imprägnierung
abgewaschen bzw. abgetragen ist.
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In
der
DE 43 01 062 C1 wird
ein Faltenbalg vorgeschlagen, der eine einfach aufzutragende und die
Scheuerwirkung zwischen den Ringfalten reduzierende Beschichtung
aufweist. Auch bei dieser Ausführungsform
liegt der Nachteil darin, daß die
Beschichtung nach einiger Zeit abgewaschen ist, so daß kein Langzeitschutz
gegen Geräuschentwicklung
und Verschleiß gegeben
ist.
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Die
DE 34 39 972 C2 zeigt
einen elastischen Faltenbalg zum Schutz eines Gleichlaufgelenks.
Dieser weist einen starren kugelsegmentförmigen Abschnitt auf, welcher
eine ausgehend vom Anschluß an
die Welle in Richtung zum Gelenkaußenteil abnehmende Wandstärke aufweist.
In der Außenfläche dieses
Abschnitts sind umlaufende Rillen oder Noppen vorgesehen, welche
die Weiterbildung von Rißansätzen unterbinden
sollen. Es ist nicht vorgesehen, daß die Außenfläche dieses kugelsegmentförmigen Abschnitts
mit anderen Abschnitten des Faltenbalgs in Berührung kommt.
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Aus
der
EP 0 620 398 B1 ist
eine Gleitringdichtung mit einem Gummibalg als Träger eines
mit einer Welle rotierenden Gleitringes bekannt. Der Gummibalg ist
auf die Welle aufgezogen und hat einen wellenartigen Abschnitt,
wobei Teilbereiche dieses wellenartigen Abschnitts miteinander in
Berührung
treten. Um zu vermeiden, daß die
Teilbereiche dauerhaft aneinander haften, sind an der Innenseite des
wellenartigen Abschnitts Noppen vorgesehen, die von einer inneren
Oberfläche
der Teilbereiche nach innen abstehen.
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Hiervon
ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Faltenbalg
vorzuschlagen, der eine reduzierte Geräuschentwicklung in gebeugt umlaufendem
Zustand, insbesondere bei regennassen Bedingungen, aufweist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen
Faltenbalg aus elastischem Material zum Abdichten eines mit Schmiermittel
gefüllten
Ringraums zwischen einem Gelenkaußenteil und einer mit einem
Gelenkinnenteil des Drehgelenks verbundenen Welle gelöst, wobei
der Faltenbalg einen ersten Bund zum Befestigen an der Welle, einen
zweiten Bund zum Befestigen an einem Außenteil des Drehgelenks sowie
einen die beiden Bunde verbindenden Balgabschnitt mit einer Mehrzahl
von Ringfalten aufweist, wobei jede der Ringfalten eine dem ersten
Bund zugewandte erste Ringflanke und eine dem zweiten Bund zugewandte
zweite Ringflanke umfaßt,
wobei die Oberflächen
zumindest einer der beiden Ringflanken von zumindest einer der Ringfalten
eine Mehrzahl von Erhebungen aufweist, die aus einer gleichförmigen Ringfläche vorstehen.
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Ein
solcher Faltenbalg bietet den Vorteil, daß insbesondere bei regennassen
Bedingungen die Geräuschentwicklung
bei abgewinkeltem Gelenk minimiert sind. Dies wird dadurch gewährleistet,
daß die einander
gegenüberliegenden
Ringflanken zweier benachbarter Ringfalten durch die aus der gleichförmigen Ringfläche hervorstehenden
Erhebungen beabstandet zueinander gehalten sind. Mit gleichförmiger Ringfläche ist
dabei eine konische oder konvexe oder konkave Rotationsfläche mit
Ringform bezeichnet, aus der die Erhebungen örtlich hervortreten. Die Ringflanken
reiben bei Rotation des Drehgelenks nicht flächig aufeinander ab, da ein
Kontakt ausschließlich
punktförmig
an den Erhebungen stattfindet. Auf diese Weise sind die durch einen
Wasserfilm zwischen den Ringflanken wirksamen Adhäsionskräfte vermindert,
so daß unangenehme
Geräusche verhindert
werden. Weiterhin wirken sich – dadurch daß die Ringflanken
nicht mehr in flächigem
Kontakt miteinander sind – die
guten Schmiereigenschaften von Wasser, das in Form von Filmen mit
Dicken oberhalb des nanoskopischen Bereiches auf den Ringflanken
vorhanden ist, vorteilhaft aus. Die Erhebungen gleiten leicht an
der jeweils gegenüberliegenden Ringflanke
ab, so daß der
Verschleiß an
den Ringflanken minimiert und die Lebensdauer des Faltenbalgs erhöht wird.
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Nach
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Erhebungen
in Form von Noppen gestaltet. Die Noppen sind vorzugsweise kugelabschnittsförmig gestaltet
und weisen eine Höhe
von etwa 0,05 bis 1,3 mm über
der gleichförmigen
Ringfläche der
Ringflanke auf. Im Fußbereich
haben die Noppen vorzugsweise einen Durchmesser von in etwa 3 mm.
Nach einer hierzu alternativen Ausführungsform können die
Erhebungen – im
Querschnitt betrachtet – auch
linsenförmig
gestaltet sein. Dabei können
die linsenförmigen
Erhebungen entweder in radiale Richtung oder in Umfangsrichtung
ausgerichtet sein.
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In
Konkretisierung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Erhebungen über den
Umfang regelmäßig verteilt
sind. Dabei können
sie insbesondere auf mehreren koaxialen Kreisen auf der Ringflanke
angeordnet sein. Vorzugsweise sind 20 bis 120, insbesondere 60 bis
80 Erhebungen auf jeweils einem Kreis angeordnet, wobei die Erhebungen
vorzugsweise einen Abstand von maximal 10 mm zueinander aufweisen.
Wieviele Erhebungen auf einer Ringflanke vorzusehen sind, richtet
sich nach der Größe der Oberfläche der
Ringflanke. Bei Ringflanken mit mehreren Kreisen von Erhebungen
ist vorgesehen, daß die
Erhebungen auf einem ersten Kreis zu den Erhebungen auf einen hierzu
benachbarten koaxialen zweiten Kreis in Umfangsrichtung versetzt
angeordnet sind. Auf diese Weise wird eine gleichmäßige Verteilung
der Erhebungen auf der Oberfläche
der Ringflanke erreicht.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß an zumindest
einer Ringfalte beide Ringflanken mit Erhebungen versehen sind,
wobei die Erhebungen von zwei einander gegenüberliegenden Ringflanken radial
oder in Umfangslage versetzt zueinander angeordnet sind. Durch diese
Ausgestaltung wird sichergestellt, daß die Erhebungen zweier gegenüberliegender
Ringflanken sich bei Abwinklung des Gelenks nicht gegenseitig berühren, so
daß alle
Noppen zur Anlage mit der gegenüberliegenden
Ringfläche
kommen und ein Abrieb der Noppen verhindert wird. Nach einer bevorzugten
Ausgestaltung liegen die Erhebungen von zwei einander gegenüberliegenden
Ringflanken auf unterschiedlichen Radien.
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Eine
zweite Lösung
der Aufgabe besteht in einem Faltenbalg aus elastischem Material
zum Abdichten eines mit Schmiermittel gefüllten Ringraums zwischen einem
Gelenkaußenteil
und einer mit einem Gelenkinnenteil des Drehgelenks verbundenen Welle
gelöst,
wobei der Faltenbalg einen ersten Bund zum Befestigen an der Welle,
einen zweiten Bund zum Befestigen an einem Außenteil des Drehgelenks sowie
ei nen die beiden Bunde verbindenden Balgabschnitt mit einer Mehrzahl
von Ringfalten aufweist, wobei jede der Ringfalten eine dem ersten
Bund zugewandte erste Ringflanke und eine dem zweiten Bund zugewandte
zweite Ringflanke umfaßt,
wobei die Oberflächen
zumindest einer der beiden Ringflanken von zumindest einer der Ringfalten
eine Mehrzahl von Ausnehmungen aufweist, die gegenüber einer
gleichförmigen
Ringfläche
zurückversetzt sind.
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Ein
solcher Faltenbalg bietet den Vorteil, daß insbesondere bei regennassen
Bedingungen die Geräuschentwicklung
bei abgewinkeltem Gelenk minimiert sind. Dies wird dadurch gewährleistet,
daß die einander
gegenüberliegenden
Ringflanken zweier benachbarter Ringfalten durch die gegenüber den Ringflanken
zurückversetzten
Ausnehmungen bei Rotation des Drehgelenks nicht flächig aufeinander abreiben.
Mit gleichförmiger
Ringfläche
ist dabei eine konische oder konvexe oder konkave Rotationsfläche mit
Ringform bezeichnet, in welche die Ausnehmungen örtlich eingelassen sind. Vielmehr
findet der Kontakt unregelmäßig an den
zwischen den Ausnehmungen gebildeten Ergebungen statt. Auf diese
Weise sind die durch einen Wasserfilm zwischen den Ringflanken wirksamen
Adhäsionskräfte vermindert, so
daß unangenehme
Geräusche
verhindert werden. Außerdem
werden die wassereigenen Schmiereigenschaften zwischen den Ringflanken
verbessert, so daß der
Verschleiß an
den Ringflanken minimiert und die Lebensdauer des Faltenbalgs erhöht wird.
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Nach
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Ausnehmungen
in Form von Dellen gestaltet. Die Dellen sind vorzugsweise kugelabschnittsförmig gestaltet
und weisen eine Tiefe von maximal 1 mm gegenüber der gleichförmigen Ringfläche der
Ringflanke auf. Im Bereich der Ringfläche haben die Dellen vorzugsweise
einen Durchmesser von in etwa 3 mm.
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In
Konkretisierung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Ausnehmungen über den
Umfang regelmäßig verteilt
sind. Dabei können
sie insbesondere auf mehreren koaxialen Kreisen auf der Ringflanke angeordnet
sein. Vorzugsweise sind 20 bis 120, insbesondere 60 bis 80 Ausnehmungen
auf jeweils einem Kreis angeordnet, wobei die Ausnehmungen vorzugsweise
unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind. Wieviele Ausnehmungen
auf einer Ringflanke vorzusehen sind, richtet sich nach der Größe der Oberfläche der
Ringflanke. Bei Ringflanken mit mehreren Kreisen von Ausnehmungen
ist vorgesehen, daß die
Ausnehmungen auf einem ersten Kreis zu den Ausnehmungen auf einen
hierzu benachbarten koaxialen zweiten Kreis in Umfangsrichtung versetzt
angeordnet sind. Auf diese Weise wird eine gleichmäßige Verteilung
der Ausnehmungen auf der Oberfläche
der Ringflanken erreicht.
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Nachstehend
wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Hierin
zeigt:
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1 einen erfindungsgemäßen Faltenbalg in
perspektivischer Ansicht;
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2 den Faltenbalg nach 1
a) in Draufsicht
und
b) im Längsschnitt;
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3 das Detail X aus 2b;
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4 den Ausschnitt einer Ringflanke
mit einer alternativen Ausgestaltung von Erhebungen in Axialansicht;
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5 den Ausschnitt einer Ringflanke
mit einer weiteren Ausgestaltung von Erhebungen in Axialansicht;
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6 eine zweite Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Faltenbalgs
in perspektivischer Ansicht;
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7 den Faltenbalg nach 4
a) in Draufsicht
und
b) im Längsschnitt;
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8 Das Detail Y aus 7b).
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In
den 1 bis 3, welche im folgendem gemeinsam
beschrieben werden, sind entsprechende Einzelheiten mit gleichen
Bezugsziffern belegt. Die 1 bis 3 zeigen einen Faltenbalg 1 aus
elastischem Material, der zum Abdichten eines mit Schmiermittel
gefüllten
Ringraums zwischen einem Gelenkaußenteil eines Drehgelenks und
einer mit dem Gelenkinnenteil des Drehgelenks verbundenen Welle,
wobei das Drehgelenk und die Welle in den Zeichnungen nicht dargestellt
sind.
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Der
Faltenbalg 1 umfaßt
einen ersten Bund 2 zum Befestigen an der Welle, einen
zweiten Bund 3 zum Aufziehen auf das Gelenkaußenteil,
sowie einen die beiden Bunde verbindenden Balgabschnitt 4,
der fünf
Ringfalten 5 mit unterschiedlichem Radius umfaßt. Der
erste Bund 2 weist radial außen eine umlaufende Ringnut 6 zum
Aufnehmen eines Spannbandes und radial innen eine umlaufende Ringwulst 8 zum
Eingreifen in eine entsprechende Ringnut an der Welle auf. Der zweite
Bund hat ebenfalls radial außen
eine umlaufende Ringnut 7, in die ein nicht näher dargestelltes
Spannband eingreifen kann, sowie radial innen zwei umlaufende Ringwulste 9 die
dichtend in entsprechende Ringnuten in der Außenfläche des Gelenkaußenteils
eingreifen können.
Durch die Ringwulste 6, 8 wird gewährleistet,
daß die
Bunde 2, 3 an dem entsprechend zugehörigem Bauteil
axial fixiert sind.
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Die
Ringfalten 5, von denen eine im Detail in 3 gezeigt ist, haben eine in Richtung
zum ersten Bund 2 weisende erste Ringflanke 11 sowie
eine in Richtung zum zweiten Bund 3 weisende zweite Ringflanke 12.
Um bei Abwinklung des Drehgelenks ein flächiges Berühren zweier einander gegenüber liegender
Ringflanken 11, 12 zu vermeiden, weisen die Ringfalten 5 Erhebungen
in Form von Noppen 13 auf, die aus der gleichförmigen Ringfläche der
Ringflanke hervorstehen. Die Noppen 13 sind kugelabschnittsförmig gestaltet
und haben eine Höhe
von etwa 0,3 mm ausgehend von der gleichförmigen Ringfläche der
Ringflanke und im Fußbereich
einen Durchmesser von etwa 3 mm.
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Die – ausgehend
vom ersten Bund 2 in Richtung zum zweiten Bund 3 zählend – erste
und zweite Ringfalte 51 , 52 weisen keine Noppen 13 auf,
da die einander zugewandten Ringflächen 112 , 121 bei Abwinklung des Drehgelenks nicht
miteinander in Kontakt kommen. Beide Ringflächen 113 , 123 der dritten Ringflanke 53 weisen Nop pen 13 auf, wobei
die in Richtung zum ersten Bund 2 weisende Ringfläche 113 drei koaxiale Kreisringe mit Noppen 13 hat.
Bei Abwinklung des Faltenbalgs 1 werden die Ringflächen 122 der zweiten Ringfalte 52 und die Ringfläche 113 der
dritten Ringfalte 53 beabstandet
zueinander gehalten, so daß sie
nicht gegeneinander reiben und damit, insbesondere bei regennassen
Bedingungen, auch keine ungewünschten
Geräusche
erzeugt werden.
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Auch
bei den Paarungen von Ringflächen 114 , 123 zwischen
der dritten und der vierten Ringfalte 53 , 54 und den Ringflächen 115 , 124 zwischen der vierten und der fünften Ringfalte 54 , 55 sind
insgesamt jeweils drei koaxiale Kreisringe mit Noppen 13 vorgesehen,
welche die betreffenden Oberflächen
voneinander beabstandet halten. Dabei haben die verschiedenen Kreisringe
von Noppen 13 stets unterschiedliche Radien, so daß vermieden
wird, daß sich
die Noppen zweier gegenüberliegender
Ringflanken gegenseitig berühren,
was zur Abrasion und Verschleiß führen würde. Auf
einer der zweiten Ringflanke 125 der
fünften
Ringfalte 55 gegenüberliegenden
Anschlußringfalte 14 sind
zwei Kreisringe von Noppen 13 vorgesehen, welche die entsprechenden
gegenüberliegenden
gleichförmigen
Ringflächen
bei Abwinklung des Gelenks voneinander beabstandet halten. Auf diese
Weise wird auch hier ein flächiges
Reiben verhindert.
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In
Abhängigkeit
von der Größe der jeweils
in Kontakt tretenden Ringflanken wird die Anzahl der Kreisringe
mit Noppen so gebildet, daß die
Noppen eines Kreisrings einen Abstand von 2 bis 5 mm zueinander
aufweisen. Dies entspricht in etwa einer Anzahl von 20 bis 120,
insbesondere 60 bis 80 Noppen 13 je Kreisring.
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Die 4 und 5 zeigen alternative Ausführungsformen
von Erhebungen, die anstelle von kugelabschnittsförmigen Noppen
auch halblinsenförmig
gestaltet sein können.
Dabei können
sich die linsenförmigen
Erhebungen entweder in Umfangsrichtung, wie in 4 gezeigt, oder in radialer Richtung, wie
in 5 gezeigt, erstrekken.
Die linsenförmigen Erhebungen
können
ebenfalls auf koaxialen Kreisen angeordnet sein. Insofern wird auf
die obige Beschreibung verwiesen.
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In
den 6 bis 8, welche im folgenden gemeinsam
beschrieben werden, ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Faltenbalgs
gezeigt.
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Dieses
Ausführungsbeispiel
entspricht hinsichtlich seines Aufbaus im wesentlichen dem Faltenbalg
gemäß den 1 bis 3, auf deren Beschreibung insofern Bezug
genommen wird. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugsziffern
versehen. Im Unterschied zur Ausführungsform mit Ergebungen, weist
der Faltenbalg gemäß den 6 bis 8 Ausnehmungen auf, die gegenüber einer
gleichförmigen Ringfläche zurückversetzt
sind. Die Ausnehmungen sind in Form von Dellen 15 gestaltet,
welche unmittelbar benachbart zueinander auf um die Längsachse
A koaxialen Kreisen angeordnet sind. Je nach Größe der Ringflächen der
Ringflanken sind ein bis drei Kreise mit Dellen 15 vorgesehen,
wobei die Dellen 15 eines ersten Kreises zu den Dellen 15 eines
hierzu koaxialen zweiten Kreises in Umfangslage versetzt angeordnet
sind. Durch die gegenüber
den Ringflanken zurückversetzten
Dellen 15 wird gewährleistet, daß die Ringflanken 11, 12 nicht
flächig
aufeinander abreiben, da der Kontakt an den zwischen den Dellen 15 gebildeten
Erhebungen 16 unregelmäßig stattfindet.
Auf diese Weise wird, insbesondere bei regennassen Bedingungen,
die Geräuschentwicklung
bei abgewinkeltem Gelenk minimiert.
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- 1
- Faltenbalg
- 2
- Erster
Bund
- 3
- Zweiter
Bund
- 4
- Balgabschnitt
- 5
- Ringfalten
- 6
- Ringnut
- 7
- Ringnut
- 8
- Ringwulst
- 9
- Ringwulst
- 11
- Erste
Ringflanke
- 12
- Zweite
Ringflanke
- 13
- Erhebung/Noppe
- 14
- Anschlußringfalte
- 15
- Ausnehmung/Delle
- 16
- Erhebung