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Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor bzw. eine Messvorichtung,
insbesondere zur berührungslosen
Erfassung einer Drehzahl bzw. eines Drehwinkels, sowie ein Verfahren
zur Herstellung eines derartigen Sensors.
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Sensoren
sind in vielgestaltigen Ausführungsformen
bekannt. Üblicherweise
sind Sensoren derart aufgebaut, dass die Sensorelektronik von einer
aus Kunststoff bestehenden Spritzgussmasse ummantelt ist. Derartige
Sensoren sind einfach aufgebaut und können kostengünstig hergestellt
werden. Insbesondere bei der Verwendung derartiger Sensoren in Kraftfahrzeugen
ist jedoch nachteilig, dass die jeweiligen Kraftfahrzeughersteller
insbesondere spezifische Steckanschlüsse oder Einbaugeometrien vorschreiben,
so dass für
jeden Kraftfahrzeughersteller eine eigene Spritzgussform für den Sensor
notwendig ist. Dies verteuert die Herstellung der jeweiligen Sensoren,
da für
jeden Kunden ein anders ausgestalteter Sensor notwendig ist.
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Weiterhin
werden derartige Sensoren in Kraftfahrzeugen zum Teil unter extremen
Umgebungsbedingungen, z.B. bei hohen Temperaturen oder in Kontakt
mit externen Medien (z.B. Öl,
Kraftstoff) eingesetzt. Insbesondere ist beispielsweise ein Getriebesensor
ständig
vom Getriebeöl
umgeben. Daher müssen
derartige Spritzgussummantelungen aus einem medienbeständigen Material
hergestellt werden, welches die Herstellungskosten verteuert, da
die Verwendung eines kostengünstigen
Kunststoffes ein Durchdiffundieren des Mediums durch die Ummantelung
zur Elektronik nicht verhindern könnte und der Sensor somit zerstört würde.
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Um
Temperatureinflüsse
zu minimieren, wird beispielsweise in der
EP 0 632 897 B1 ein Sensor vorgeschlagen,
bei dem Teile der Elektronik von einem Körper aus temperaturbeständigem Material umgeben
sind. Ein derartiger Sensor ist jedoch in seiner Herstellung sehr
teuer.
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In
der Schrift
DE 299
16 221 U1 wird ein Kurbelwellengeber beschrieben, bei dem
zuerst die Vergussmasse in ein Schutzhülsenelement eingesetzt wird.
Anschließend
wird der Kunststoffgrundkörper mit
dem Sensorelement eingesetzt. Da während des Einsetzvorgangs Vergussmasse
entweicht, ist das Schutzhülsenelement
nicht vollständig
gefüllt,
so dass nach wie vor Hohlräume
vorhanden sind. Ferner wird der Kunststoffgrundkörper mit Hilfe einer Ring-Schnapp-Verbindung
an der Schutzhülse
festgehalten.
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Auch
bei der Ausbildung nach der
DE 196 186 31 A1 ist kein modularer Aufbau
möglich.
Die Elektronik ist nicht einsetzbar, sondern muss vorher in eine
der beiden Halbschalen eingesetzt werden. Mit Hilfe einer zweiten
Halbschale wird das Gehäuse geschlossen
und über
eine Öffnung
mit Kunststoff ausgefüllt.
Es ergeben sich hierbei Dichtungsprobleme bei der Kabelzuführung.
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Der
Positionssensor nach der
DE
195 04 608 A1 weist ein Rohr auf, in dem die auf einer
Platte befindliche Elektronik angeordnet ist. Das Rohr ist oben und
unten abgeschlossen. Über
kleine, an der Stirnseite ausgebildete Zwischenräume wird mittels hohem Druck
und hoher Temperatur ein Duroplastmaterial in das Rohrinnere hineingedrückt. Auf
der den Zwischenräumen
gegenüberliegenden
Stirnseite ist eine mit einer Dichtungs- oder Klebemasse versehene Steckerbuchse
angeordnet, um dort einen flüssigkeits-
oder gasdichten Abschluss zu erreichen.
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Der
Positionssensor nach der
DE
195 44 815 C1 weist ein mit Thermoplast-Formmasse angefülltes Gehäuse auf. Auch hier sind zur
Abdichtung zusätzliche
Dichtungen vorhanden.
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Beim
Sensor nach der
DE
195 46 865 C1 ist kein Becher vorhanden, sondern ein mehrteilig
aufgebautes Bauteil. Die Flüssigkeit
wird über
eine Öffnung
eingefüllt,
anschließend
wird das Bauteil geschwenkt, um alle Teile zu benetzen und einzubetten. Das
Bauteil ist hierbei nicht vollständig
mit Flüssigkeit aufgefüllt. Zum
Verschluss wird ein Stöpsel
in die Öffnung
eingesetzt. Auch hier gibt der unterschiedliche, spezielle Aufbau
keine Hinweise auf den Anmeldungsgegenstand.
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Vorteile der Erfindung
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Der
erfindungsgemäße Sensor
hat demgegenüber
den Vorteil, dass er auch unter extremen Bedingungen wie z.B. im
Getriebe, eingesetzt werden kann, wobei er trotzdem kostengünstig herstellbar
ist. Dies wird insbesondere durch einen modularen Aufbau des Sensors
erreicht, welcher aus einem Halteteil, einem becherartigen Element,
der Sensorelektronik und einem separaten Verguss aufgebaut ist. Aufgrund
des modularen Aufbaus können
das becherartige Element und die Sensorelektronik immer gleich aufgebaut
werden, und das Halteteil kann jeweils an die kundenspezifischen
Anforderungen, z.B. für
einen Steckeranschluss o.ä.,
ausgebildet sein. Die Elektronik des Sensors wird dabei im becherartigen
Element aufgenommen und anschließend durch einen Verguss mittels
eines Gießharzes
sicher im becherartigen Element eingebettet. Es sei angemerkt, dass
erfindungsgemäß unter
einem becherartigen Element ein Element mit einem Boden und im Wesentlichen
senkrecht dazu angeordneten Wandteilen verstanden wird. Die Elektronik
des Sensors kann dabei vollständig
oder auch nur teilweise in dem becherartigen Element aufgenommen
sein.
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Um
einen Einsatz des Sensors insbesondere bei extremen Umgebungsbedingungen,
wie z.B. in einem Getriebe, zu ermöglichen, ist das becherartige Element
vorzugsweise aus einem medienbeständigen Kunststoff und insbesondere
aus einem ölbeständigen Kunststoff
ausgebildet, welcher ein Diffundieren des Mediums durch den Kunststoff
zum elektronischen Bauteil verhindert.
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Vorzugsweise
umfasst die Elektronik des Sensors ein Hall-Element.
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Besonders
bevorzugt ist das Hall-Element unmittelbar am Boden des becherartigen
Elements angeordnet. Dadurch ist der Abstand zwischen dem Hall-Element
und beispielsweise einem Getriebezahnrad relativ gering, da zwischen
ihnen nur der Becherboden sowie der Abstand zwischen dem Becherboden
und dem Zahnrad liegt. Somit können
sehr genaue Signale aufgenommen werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist eine Einfüllöffnung zum
Einfüllen
des Gussmaterials für
den Verguss seitlich am Halteteil oder am oberen Rand des becherartigen
Elements angeordnet. Dadurch ist es möglich, dass der Verguss im
becherartigen Element eine große
Höhe erreicht,
so dass die Elektronik des Sensors sicher im Verguss eingebettet
ist. Da erfindungsgemäß auch für Sensoren
unterschiedlicher Kunden innerhalb von Sensorfamilien immer das gleiche
becherartige Element sowie die gleiche Elektronik verwendet werden
kann, ist für
alle kundenspezifisch hergestellten Sensoren die Vergussmenge immer
gleich. Dadurch ergeben sich große herstellungsbedingte Vorteile.
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Vorzugsweise
sind das Halteteil und das becherartige Element durch den ausgehärteten Verguss
miteinander befestigt. Es sei angemerkt, dass das Halteteil und
das becherartige Element auch z.B. mechanisch mittels Rastnasen
oder durch Anordnung eines Dichtrings und anschließendem Verklemmen
zwischen dem Halteteil und dem becherartigen Element befestigt werden
kann. Zusätzlich
zu den oben beschriebenen mechanischen Verbindungsarten zwischen
dem Halteteil und dem becherartigen Element kann schließlich noch
der ausgehärtete
Verguss die Verbindung weiter festigen.
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Besonders
bevorzugt weist der erfindungsgemäße Sensor eine Länge von ≥ 30mm auf.
Dadurch kann sichergestellt werden, dass die gesamte Elektronik
des Sensors im becherartigen Element aufgenommen ist und im Halteteil
nur noch Verbindungsleitungen zum Steckeranschluss geführt werden
müssen.
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Besonders
bevorzugt wird das Halteteil mittels Spritzgießen hergestellt. Dadurch ist
es sehr kostengünstig
herstellbar. Besonders bevorzugt wird dabei als Kunststoff PA66
verwendet.
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Besonders
bevorzugt wird der erfindungsgemäße Sensor
als Getriebesensor ausgebildet, welcher ständig im Kontakt mit dem Getriebeöl ist. Bei der
Verwendung als Getriebesensor lassen sich im Vergleich mit dem Stand
der Technik sehr große
Kosteneinsparungen realisieren.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum
Herstellen eines Sensors bzw. einer Messvorrichtung wird zuerst
das Halteteil z.B. mittels Kunststoffspritzen hergestellt. Besonders
bevorzugt werden dabei gleich die Verbindungsleitungen zur Elektronik
und die Steckkontakte mit eingespritzt. Anschließend wird die Elektronik am
Halteteil befestigt und das separat hergestellte becherartige Element über die
Elektronik geschoben. Dabei wird das becherartige Element am Halteteil
z.B. mittels Klemmen oder mittels Rastnasen befestigt. Somit wird
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
ein vormontiertes Bauteil erhalten, welches aus dem Halteteil, der
Elektronik und dem becherartigen Element besteht. Das derart vormontierte
Bauteil wird in einem nächsten Verfahrensschritt
schräggestellt
und anschließend wird
die Elektronik im becherartigen Element mittels eines Vergussmaterials,
wie z.B. Kunststoff oder Harz, vergossen. Dadurch ist die Elektronik
sicher im becherartigen Element eingebettet und von der Vergussmasse
umschlossen. Durch das Schrägstellen des
vormontierten Bauteils wird sichergestellt, dass die Vergussmasse
kontinuierlich am Rand des becherartigen Elements bzw. der Elektronik
entlangfließen
kann. Erfindungsgemäß erfolgt
das Vergießen somit
bei montiertem becherartigem Element am Halteteil. Dabei kann auch
zwischen dem becherartigen Element und dem Halteteil vorzugsweise
noch eine zusätzliche
Fixierung der beiden Teile zueinander von außen vorgesehen werden.
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Besonders
bevorzugt ist an einem seitlichen, mittleren Bereich des vormontierten
Bauteils eine Einfüllöffnung zum
Einfüllen
der Vergussmasse vorgesehen. Dadurch kann eine besonders kurze Einfüllzeit der
Vergussmasse verwirklicht werden. Weiterhin wird durch die Kombination
des Schrägstellens des
vormontierten Bauteils und der an einem seitlichen mittleren Bereich
angeordneten Einfüllöffnung die
Elektronik sicher im becherartigen Element eingebettet werden. Dadurch
wird auch sichergestellt, dass nur eine relativ geringe Menge an Vergussmaterial
verwendet werden muss, so dass auch die Aushärtzeit für das Vergussmaterial sehr
kurz ist.
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Besonders
bevorzugt ist die Einfüllöffnung zwischen
dem becherartigen Element und dem Halteteil ausgebildet. Dabei kann
am Halteteil vorzugsweise eine Aussparung o.ä. vorgesehen werden, welche
dann im montierten Zustand des becherartigen Elements am Halteteil
als Einfüllöffnung dient.
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Vorzugsweise
ist das vormontierte Bauteil zum Eingießen des Vergussmaterials in
einem Winkeln von ca. 15° schräggestellt.
Dadurch lassen sich besonders gute Fließeigenschaften des Vergussmaterials
erzielen.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erfolgt das Vergießen der Elektronik
im becherartigen Element unter Vakuum.
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Besonders
bevorzugt erfolgt beim Vergießen auch
ein Auffüllen
eines Innenbereichs des Halteteils mit der Vergussmasse. Dadurch
kann insbesondere eine zusätzliche
Verbindung zwischen dem Halteteil und dem becherartigen Element
realisiert werden.
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Erfindungsgemäß wird somit
ein modular aufgebauter Sensor bereitgestellt, welcher insbesondere
auch zur Verwendung bei aggressiven Umweltbedingungen geeignet ist.
Der Sensor ist relativ einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar.
Weiterhin können
auf einfache Weise kundenspezifische Anschlussgeometrien des Sensors
verwirklicht werden. Darüber
hinaus ermöglicht
das becherartige Element eine hohe mechanische Stabilität des Sensors,
da die Sensorelektronik vollständig
im becherartigen Element aufgenommen sein kann und durch dieses geschützt ist.
Weiterhin kann durch das erfindungsgemäße Verfahren der Sensor besonders
kostengünstig
hergestellt werden.
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Besonders
bevorzugt ist das becherartige Element als rotationssymmetrischer
Becher, d.h. mit einer Zylindermantelform und einem Boden ausgebildet.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
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1 zeigt
eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht eines Sensors
gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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2 zeigt
eine zur 1 gedrehte perspektivische Ansicht
des erfindungsgemäßen Sensors und
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3 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer Elektronik des erfindungsgemäßen Sensors.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In
den 1 bis 3 ist ein Sensor gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dargestellt.
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Wie
in 1 gezeigt, umfasst der Sensor 1 ein Halteteil 2 sowie
einen zylindrischen Becher 4. An einem Ende des Halteteils 2 ist
ein Steckeranschluss 3 mit Kontakten vorgesehen. Weiterhin
ist am Halteteil 2 eine Einfüllöffnung 8 vorgesehen,
durch welche ein Kunststoff zum Herstellen eines Vergusses eingeführt werden
kann, was später
beschrieben wird.
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In 3 ist
die Elektronik 6 des Sensors 1 genauer dargestellt.
Die Elektronik 6 umfasst ein Hall-Element 7, welches
sich an einem Ende der Elektronik befindet. Die Elektronik 6 wird
in den Becher 4 derart eingeschoben, dass sich das Hall-Element 7 am
Becherboden befindet. Dadurch ist der Abstand zwischen z.B. einem
Zahnrad und dem Hall-Element 7 sehr gering, da dazwischen
nur noch der Becherboden sowie der Abstand zwischen dem Becherboden
und dem Zahnrad liegt. Somit können sehr
genaue Signale aufgenommen werden. Die Elektronik 6 kann
dabei mit am Halteteil 2 angeordneten Kontakten z.B. mittels
Löten oder
Laserschweißen
verbunden werden.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist der Becher 4 derart gebildet, dass die Elektronik 6 vollständig im
Becher 4 aufgenommen werden kann. Somit sind im Halteteil 2 nur
noch Verbindungsleitungen zum Steckeranschluss 3 eingespritzt.
Es sei angemerkt, dass besonders bevorzugt die Elektronik samt Steckeranschluss 3 hergestellt
wird und das Halteteil 2 anschließend derart umspritzt wird,
dass der vordere Bereich der Elektronik 6 freiliegt. Dann
kann auf einfache Weise der Becher 4 über die Elektronik 6 geschoben
werden und beispielsweise an vorgesehenen Rastnasen am Halteteil
oder mittels Klemmen befestigt werden.
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Anschließend erfolgt
ein Vergießen
der Elektronik 6 im Becher 4 durch Einführen einer
Vergussmasse durch die Einfüllöffnung 8.
Hierzu wird das aus dem Becher 4, der Elektronik 6 und
dem Halteteil 3 bestehende vormontierte Bauteil um ca.
15° schräggestellt,
so dass die Einfüllöffnung 8 nach oben
gerichtet ist. Anschließend
wird die Vergussmasse durch die Einfüllöffnung 8 in den Becher 4 eingegossen,
so dass die Elektronik 6 vollständig von der Vergussmasse umgeben
ist. Dabei fließt
die Vergussmasse aufgrund der Schwerkraft nach unten in den Becher.
Nach dem Aushärten
der Vergussmasse ist die Elektronik 6 sicher eingebettet.
Der Becher 4 stellt dabei eine hohe mechanische Stabilität bereit.
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Durch
die Kombination des Schrägstellens des
vormontierten Bauteils sowie des Vorsehens der Einfüllöffnung 8 in
einem mittleren Bereich des Sensors zwischen dem Halteteil 2 und
dem Becher 4 können
insbesondere lange Sensoren mit einer Länge von ≥ 30 mm sehr gut vergossen werden.
Das Schrägstellen
des vormontierten Bauteils erleichtert dabei die Verteilung der
Vergussmasse im becherartigen Element, so dass die Elektronik vollständig und sicher
von der Vergussmasse eingebettet ist.
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In 1 ist
in der teilweise geschnittenen Ansicht der ausgehärtete Verguss 5 dargestellt,
welcher die Elektronik 6 umgibt.
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Erfindungsgemäß kann dabei
das Halteteil 2 mittels Kunststoffspritzen kostengünstig hergestellt werden.
Dabei ist es auch möglich,
den Steckeranschluss bzw. das Halteteil 2 an kundenspezifische Anforderungen
anzupassen und je nach Kunden ein eigenes Halteteil 2 zu
spritzen. Die restlichen Bauteile des erfindungsgemäßen Sensors
sind dann kundenunabhängig.
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Um
einen Einsatz beispielsweise als Getriebesensor zu ermöglichen,
ist der Becher 4 aus einem medienresistenten Material hergestellt.
Dadurch kann verhindert werden, dass das Getriebeöl durch den
Becher 4 hindurch diffundiert und die Elektronik des Sensors 1 schädigt.
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Somit
wird erfindungsgemäß ein kostengünstiger
Sensor zur berührungslosen
Aufnahme von Signalen bereitgestellt, welcher insbesondere auch
für Sensoren
mit einer relativ großen
Baulänge größer als
ca. 30 mm verwendet werden kann. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Sensors
bei derartigen Baulängen
ist, dass Temperaturschockerprobungen am Sensor auch bei unterschiedlichen Baulängen und
Sensoren für
unterschiedliche Kunden durchgeführt
werden können,
da der untere Teil des Sensors mit dem Becher 4 jeweils
für unterschiedliche
Sensoren gleich ausgebildet ist und das Halteteil 2 variabel
ausgestaltet ist. Dies ermöglicht einen
standardisierten Versuchsablauf mit einer Standardapparatur für alle Sensoren.
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Weiterhin
muss bei einem Einsatz bei extremen Umgebungsbedingungen nur der
Becher 4 aus einem derartigen (teueren) Material hergestellt
werden, welches den vorhandenen Umgebungsbedingungen widersteht,
ohne dass die Elektronik des Sensors geschädigt wird.
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Demnach
wird erfindungsgemäß ein Sensor 1 bereitgestellt,
welcher ein Halteteil 2, eine Elektronik 6 und
ein becherartiges Element 4 aufweist. Die Elektronik 6 des
Sensors ist im becherartigen Element 4 aufgenommen, wobei
die Elektronik 6 im becherartigen Element 4 in
einem Verguss 5 eingebettet und abgedichtet ist. Das becherartige
Element 4 ist dabei am Halteteil 2 befestigt.
weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Sensors
bereitgestellt.
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Die
vorhergehende Beschreibung des Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden
Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke
der Beschränkung
der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen
und Modifikationen möglich,
ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.