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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kopplungseinrichtung, insbesondere
für Einstellmittel
in einer Heiz-, Belüftungs-
und/oder Klimaanlage eines Fahrzeugs, mit zumindest zwei an unterschiedlichen Achsen
gelagerten Elementen, die jeweils zumindest einen zum wechselseitigen
Eingriff vorgesehene Eingriffsabschnitt aufweisen und die Verwendung
einer Kopplungseinrichtung in einer Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimaanlage
eines Fahrzeugs.
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Zur
Regelung und Steuerung von Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimaanlagen
bzw. von deren Luftstromsteuermitteln werden im Stand der Technik hauptsächlich Drehregeleinrichtungen
verwendet, die von einer maximal Kühlen bis zu einer maximal Heizen
Stellung hin und her verdrehbar gelagert sind.
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Bei
der Konzeption eines solchen Regelung müssen insbesondere die Haptik,
der Bedienkomfort, die Bauraumanforderungen und der zu regelnde Kennlinienverlauf
der Heiz-, Belüftung- und/oder Klimaanlage
bedacht werden. Zudem hat sich herausgestellt, dass auch Bedarf
besteht Bedienelemente bereitzustellen, die auch ausschließlich eine
Betätigung
in nur eine Richtung erlauben und dabei jedoch auch dem Kennlinienverlauf
des zu betätigenden Elements
genügen.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Kopplungseinrichtung
bereitzustellen, die den oben genannten Anforderungen entspricht, insbesondere
eine Betätigung
mit variabler Übersetzung,
wobei die Variabilität
bevorzugt auch einen Richtungs- oder Drehsinnwechsel ermöglichen
soll.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst, wobei zweckmäßige Weiterbildungen
durch die Merkmale der abhängigen
Ansprüche
beschrieben sind.
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Insbesondere
schlägt
die vorliegende Erfindung Kopplungseinrichtung, insbesondere für Einstellmittel
in einer Heiz-, Belüftungs-
und/oder Klimaanlage eines Fahrzeugs, mit zumindest zwei an unterschiedlichen
Achsen gelagerten Elementen, die jeweils zumindest einen zum wechselseitigen
Eingriff vorgesehene Eingriffsabschnitt aufweisen, wobei die Elemente
jeweils zumindest einen weiteren zum wechselseitigen Eingriff vorgesehene
Eingriffsabschnitt aufweisen, wobei zumindest zwei Eingriffsabschnitte
von zumindest einem Element, im wesentlichen in einer Ebene liegend,
zueinander jeweils Winkelabschnittsweise konstante Beabstandungen
zur Achse des Elementes aufweisen und/oder im wesentlichen in parallelen
Ebenen liegend, unstetig zueinander jeweils Winkelabschnittsweise
mit Bezug auf die Achse des anderen Elements gegenläufig gekrümmt sind,
um bei konstanter Winkelgeschwindigkeit des einen Elements in definierbaren
Winkelabständen
den Drehsinn und/oder die Winkelgeschwindigkeit des anderen Elementes
zu ändern.
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Die
zumindest zwei Eingriffsabschnitte des zumindest einen Elements,
die im wesentlichen in einer Ebene liegen und zueinander jeweils
Winkelabschnittsweise eine konstante Beabstandung aufweisen, sind
dabei derart ausgebildet, dass im Übergang von einem Winkelabschnitt
zu einem benachbarten eine nicht differenzierbare Sprungstelle im
Verlauf des Eingriffsabschnitts ausgebildet ist, wobei die entsprechend
korrespondierende Fläche
des anderen Elements ebenfalls mit derartigen Sprungstellen ausgebildet
sein kann. Neben der nichtdiffernzierbaren Sprugstelle kann auch
eine Unstetigkeit vorgesehen sein.
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In
dieser Ausgestaltung können
beide Achsen der Elemente ortsfest vorgesehen sein. Alternativ kann
auch zumindest eine Achse verschieblich gelagert sein, wobei dann
auch die Möglichkeit
besteht den korrespondierenden Eingriffsabschnitt des einen Elementes
zu dem Eingriffsabschnitt mit den Sprungstellen des anderen Elementes
kontinuierlich auszugestalten, soweit in diesem Fall die Achse des
korrespondierenden Elementes entsprechend den Sprungstellen des
anderen Elements verschoben wird. Dies kann beispielsweise mit einer
Federlagerung einer der Achsen auf einfache Weise bereitgestellt
werden.
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Durch
die unterschiedlichen Beabstandungen der Eingriffsabschnitte von
den Achsen der Elemente kann auf einfache Weise bei konstanter Betätigung bzw.
Winkelgeschwindigkeit eines der beiden Elemente ein je nach geometrischer
Ausgestaltung der Eingriffsabschnitte mit den Sprungstellen ein
beliebiges Geschwindigkeitsprofil an dem anderen Element dargestellt
werden, anders ausgedrückt
wird mittels dieser Geometrie eine Art treppenförmiges Geschwindigkeitsprofil
bereitgestellt, um dadurch beispielsweise einem gewünschten
Kennlinienverlauf einer Einrichtung, die mit einem der beiden Elemente
betätigbar
ist bereitzustellen.
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Ferner
ist festzuhalten, dass in dieser Ausführungsform die beiden Elemente
eine gegenläufige Bewegung
ausführen.
Dies kann beispielsweise für den
Fall, dass lediglich eine kleine Betätigungsstrecke bzw. Regelstrecke
notwendig ist bezüglich
der notwendigen Bauraumanforderung von Vorteil sein.
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Die
zumindest zwei Eingriffsabschnitte von zumindest einem Element können alternativ
oder ergänzend
in im wesentlichen parallelen Ebenen liegen und unstetig zueinander
jeweils Winkelabschnittsweise mit Bezug auf die Achse des anderen
Elements gegenläufig
gekrümmt
sein. In diesem fall sind die Eingriffsabschnitte bevorzugt derart
ausgebildet, dass die zwei Eingriffsabschnitte in einer Ebene gedacht
ebenfalls eine nicht differenzierbare Sprungstelle an den Übergängen von
einem Eingriffsabschnitt zum benachbarten ausbilden.
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Dadurch
das die unterschiedlich zu den Achsen beabstandeten Eingriffsabschnitte
in parallelen Ebenen angeordnet sind kann, wobei die korrespondierenden
ebenfalls in entsprechenden parallel angeordneten Ebenen vorgesehen
sind, eine der oben beschriebenen Ausgestaltung entsprechende Funktionalität bereitgestellt
werden, also insbesondere kann bei kontinuierlicher Betätigung eines
Elementes die Winkelgeschwindigkeit des anderen Elementes verändert werden.
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Durch
eine entsprechende Anordnung der unterschiedlichen Eingriffsebenen
der Elemente kann zudem eine Möglichkeit
bereitgestellt werden, bei kontinuierlicher Betätigung eines Elementes das andere
Element nur jeweils in einem bestimmten Winkelabschnitt zu betätigen, so
dass die Möglichkeit besteht,
beim Übergang
von einer der parallel angeordneten Eingriffsebene zur nächsten Eingriffsebene auch
ein Umkehrung einer Krümmung
einer Ebenen erfolgen kann und dadurch eine Umkehrung des Drehsinns
eines der Elemente bewirken kann.
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Ferner
besteht die Möglichkeit
beide beschriebenen Ausgestaltungen zu kombinieren. Dies kann beispielsweise
dann vorteilhaft sein, wenn die Winkelgeschwindigkeit eines der
Elemente in kleineren Schritten verändert bzw. angepasst werden
soll.
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Durch
die hier vorgeschlagene Kopplungseinrichtung kann somit auf einfache
Weise eine mit der Kopplungseinrichtung zu betätigenden Vorrichtung mit unterschiedlichen
Winkelgeschwindigkeiten und mit unterschiedlichem Drehsinn bereitgestellt werden
und dass bei kontinuierlicher Betätigung eines Elementes.
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Vorteilhafterweise
weisen zumindest ein paar von wechselwirkenden Eingriffsabschnitten
Verzahnungen auf. Dadurch kann auf einfache Art und Weise ein sicherer
Eingriff und ein vorteilhafter geringer Schlupf der beiden Elemente
kostengünstig
bereitgestellt werden.
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Weiterhin
ist es von Vorteils, dass die an unterschiedlichen Achsen gelagerten
Elemente zumindest in einem Teilbereich mittels zumindest einer Führungseinrichtung
relativ zueinander geführt
sind, insbesondere mittels zumindest einer Kulissenbahn geführt sind.
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Durch
eine Führungseinrichtung
kann beispielsweise in einem Bereich, in dem keine Eingriffsabschnitte
miteinander in Eingriff stehen eine entsprechende Führung der
beiden Elemente zueinander gewährleistet
werden, so dass korrespondierende Eingriffsabschnitte wieder in
einer definierten Position miteinander in Berührung kommen und ein verhacken
oder ähnliches
vermieden werden kann.
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Vorteilhafterweise
stehen die Elemente durch eine Zapfen-Nut-Verbindung miteinander
verschieblich in Eingriff. Durch eine Zapfen-Nut-Verbindung können die
Elemente in einer gewünschten
Relativbewegung zueinander verschoben werden. Beispielsweise kann
durch die Führung
mittels der Kulissenbahn ein Verschieben der Elemente in der Nut
ermöglicht
werden.
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Zudem
besteht durch einen derartigen Eingriff der Elemente eine einfache
Möglichkeit
bei ortsfesten Achsen eine Art Schaukelbewegung eines der Elemente
auszuführen,
bei der sich der Drehsinn schaukelnden Elementes beim hin und her
schaukeln ändert.
In diesem Fall ist die Achse des schaukelnden Elementes zudem Kreismittelpunkt
der dann als Ring- oder Kreisausschnitt ausgebildeten Nut.
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Zudem
ist es von Vorteil, dass der Zapfen der Zapfen-Nut-Verbindung die
Achse eines der Elemente ist. Dadurch besteht die Möglichkeit
eines der Elemente mittels eines Eingriffs mit der Kulissenbahn und
der festen Positionierung der Achse auf einfache Weise hin und her
zu bewegen.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Achse eines Elements zwischen
der anderen Achse und den Eingriffsabschnitten des anderen Elementes positioniert.
Dadurch besteht die Möglichkeit
den notwendigen Bauraum einer erfindungsgemäßen Kopplungseinrichtung möglichst
klein zu halten.
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Ferner
ist es von Vorteil, dass die oben beschriebene Kopplungseinrichtung
in einer Heiz-, Belüftungs-
und/oder Klimaanlage verwendet wird. Die oben beschriebene Kopplungseinrichtung
eignet sich besonders vorteilhaft für den Einsatz in einer Heiz-, Belüftungs-
und/oder Klimaanlage, da durch diese den Anforderungen bezüglich Kennlinienverlauf
und Bauraum auf einfache Weise entsprochen werden kann und dabei
mit den weiteren bereits oben beschriebenen Vorteilen einer erfindungsgemäßen Kopplungsvorrichtung.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlicher beim Lesen
der folgenden, lediglich beispielhaften und nicht einschränkend angeführten Beschreibung,
welche unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erfolgt.
Darin zeigt:
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1 eine
Ansicht einer ersten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Kopplungseinrichtung
in einer willkürlich
festgelegten Anfangsposition der beiden Elemente zueinander,
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2 die
Kopplungseinrichtung aus 1 in einer um 180° gedrehten
Rückansicht,
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3 die
Kopplungseinrichtung aus 1, wobei die Elemente um 60° bezüglich der
festgelegten Anfangsposition gedreht sind,
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4 die
Kopplungseinrichtung aus 3 in einer Rückansicht,
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5 die
Kopplungseinrichtung aus 1, wobei die Elemente um 120° bezüglich der
festgelegten Anfangsposition gedreht sind,
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6 die
Kopplungseinrichtung aus 5 in einer Rückansicht,
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7 die
Kopplungseinrichtung aus 1, wobei die Elemente um 180° bezüglich der
festgelegten Anfangsposition gedreht sind,
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8 die
Kopplungseinrichtung aus 7 in einer Rückansicht,
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9 die
Kopplungseinrichtung aus 1, wobei die Elemente um 240° bezüglich der
festgelegten Anfangsposition gedreht sind,
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10 die
Kopplungseinrichtung aus 9 in einer Rückansicht,
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11 die
Kopplungseinrichtung aus 1, wobei die Elemente um 300° bezüglich der
festgelegten Anfangsposition gedreht sind,
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12 die
Kopplungseinrichtung aus 11 in
einer Rückansicht,
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13 eine
weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Kopplungseinrichtung.
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1 zeigt
eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kopplungseinrichtung 1 in
einer willkürlich
festgelegten Anfangsposition der beiden Elemente 5, 6 zueinander.
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Die
Elemente 5, 6 weisen jeweils eine ortsfeste Achse 10, 11 auf,
die beispielsweise mit einem in 1 nicht
dargestellten Luftführungsgehäuse einer
Heiz-, Belüftungs-
und/oder Klimaanlage eines Fahrzeugs verbunden sein können. Das
erste Element 5 ist zudem an ei nem Schenkel 8 mit
einer ebenfalls in 1 nicht dargestellten Luftklappe
verbunden, die durch das erste Elemente 5 betätigt wird.
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Das
erste Elemente 5 dient in der in 1 gezeigten
Ausführungsform
als Abtriebselement, dass vom zweiten Element 6, dem Antriebselement, betätigt wird.
Die Drehrichtungen der beiden Elemente sind jeweils an den Achsen 10, 11 durch
Pfeile angedeutet.
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Die
Elemente 5, 6 stehen mittels einer Zapfen-Nut-Verbindung
miteinander in Eingriff, wobei das erste Elemente 5 eine
bogenförmige
Nut 15 aufweist, in dem ein Zapfen 16, der mit
der Achse 11 des zweiten Elementes 6 zusammenfällt, geführt wird.
An der Nut 15 des ersten Elementes ist ferner eine weiter
nutförmige
Aussparung 9 vorgesehen, die ein in Eingriff bringen der
Zapfen-Nut-Verbindung der beiden Elemente 5, 6 bei
der Montage erlaubt.
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Die
Elemente 5, 6 stehen zudem mittels eines Zapfens 20,
der an einem Schenkel der Achse 11 des zweiten Elements 6 vorgesehen
ist, und einer am ersten Element 5 angeformten zweiteiligen
Kulissenbahn 21 in Eingriff. Dieser Eingriff soll eine
definierte Positionierung der beiden Elemente 5, 6 während ihrer
Drehung bereitstellen.
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2 zeigt
die Kopplungseinrichtung aus 1 in einer
um 180° gedrehten
Rückansicht.
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In 2 besonders
gut zu erkennen sind die zwei angeformten Eingriffsabschnitte 25, 26 am
zuleiten Element 6 und die zwei Eingriffsabschnitte 30, 31 am
ersten Element 5. Die Eingriffsabschnitte 25, 26, 30, 31 sind
mit wechselwirkenden Verzahnungen ausgeführt.
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Die
Eingriffsabschnitte 25, 26, 30, 31 sind paarweise
in unterschiedlichen Ebenen und mit unterschiedlichen Radien bezüglich der
Achsen 10, 11 ausgebildet. Wie in 1 zu
erkennen, steht jeweils, je nach Winkelstellung der Elemente 5, 6 zueinander, nur
ein paar der Eingriffsabschnitte 25, 26, 30, 31 wechselwirkend
miteinander in Eingriff, wobei der Eingriff nur über einen Teilbereich während einer
Umdrehung vorgesehen ist.
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Das
erste Paar der wechselwirkenden Eingriffsabschnitte, dass in den 1 und 2 in
Eingriff dargestellt ist, führt
dabei zu einer gegenläufigen Drehung
der beiden Elemente. Bei orts festen Achsen 10, 11 schwenkt
somit das erste Element 5 und betätigt dadurch die am Schenkel 8 angeordnete
Luftklappe.
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In
dem Bereich einer Umdrehung, in dem keines der beiden wechselwirkenden
Paare von Eingriffsabschnitten 25, 26, 30, 31 miteinander
in Eingriff stehen, wird der Zapfen 20 des zweiten Elementes 6 in
einer der zwei Kulissenbahnen 21 geführt, so das auch in diesem
Bereich die Elemente 5, 6 definiert geführt werden.
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Durch
die paarweise unterschiedlichen Radien der Eingriffsabschnitte 25, 26, 30, 31 kann
bei gleichbleibender Winkelgeschwindigkeit des zweiten Elements 6 das
erste Element 5 je nach Radius der Eingriffsabschnitte 25, 26, 30, 31 mit
unterschiedlichen Abtriebsgeschwindigkeiten betätigt werden.
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Die 3 und 4 zeigen
die Kopplungseinrichtung 1 aus 1, wobei
die Elemente um 60° bezüglich der
festgelegten Anfangsposition gedreht sind, in einer Vorder- und-
einer Rückansicht.
Die Drehrichtungen der beiden Elemente 5, 6 sind
wiederum an den Achsen 10, 11 durch Pfeile angedeutet.
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Wie
in den 3 und 4 zu erkennen sind die Eingriffsabschnitte 25, 30 gerade
noch miteinander in Eingriff. Die Elemente 5, 6 sind
ausgehend von den in den 1 und 2 gezeigten
Darstellungen in der Nut 15 durch die Drehbewegung verschoben
worden, und damit ebenfalls die an dem Schenkel 8 angeordnete
Luftklappe.
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Wie
in 3 zu erkennen wird der Zapfen 20 beim
weiter Drehen in die Kulissenbahn 21 eingeführt, und
zwar spätestens
dann, wenn die Eingriffsabschnitte 25, 30 gelöst werden.
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Die 5 und 6 zeigen
die Kopplungseinrichtung 1 aus den obigen Figuren in einer
Vorder- und Rückansicht,
wobei die Elemente 5, 6 um 120° im Vergleich zu den in den 1 und 2 gezeigten
Darstellungen verdreht sind.
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In
dieser Darstellung ist das erste Element 5 am Wendepunkt
angelangt und ändert
beim weiterdrehen des zweiten Elementes 6 die Drehrichtung. Die
Elemente 5, 6 sind maximal in der Nut 15 verschoben
und werden in dieser Positionierung durch den Zapfen 20,
der in der Ku lissenbahn 21 geführt wird weitergedreht und
relativ zueinander positioniert. Die am Schenkel 8 des
ersten Elementes 6 angeordnete Luftklappe ist ebenfalls
in einer maximal offen oder geschlossen Position vorgesehen.
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Die 7 und 8 zeigen
die Kopplungsvorrichtung 1 aus den obigen Figuren, wobei
die Elemente um 180° bezüglich der
festgelegten Anfangsposition gedreht sind, in einer Vorder- und einer Rückansicht.
Die Drehrichtungen der beiden Elemente 5, 6 sind
wiederum an den Achsen 10, 11 durch Pfeile angedeutet,
wobei nun die Elemente 5, 6 den gleichen Drehsinn
aufweisen.
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Die
Eingriffabschnitte 26, 31, stehen in dieser Ansicht
gerade in Eingriff. Beim Weiterdrehen des zweiten Elementes 6 werden
die Elemente 5, 6 wieder in der Nut 15 verschoben,
jedoch in die entgegengesetzte Richtung als in den obigen Figuren.
Wie in 8 zu sehen fährt
der Zapfen 20 aus der Kulissenbahn 21 und die
Drehbewegung erfolgt ausschließlich
durch die Eingriffsabschnitte 26, 31, wobei die
Winkelgeschwindigkeit geringer ist als die durch die Eingriffsabschnitte 25, 30 bereitgestellte.
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Die 9 und 10 zeigen
die Kopplungseinrichtung 1 aus 1, wobei
die Elemente um 240° bezüglich der
festgelegten Anfangsposition gedreht sind, in einer Vorder- und
einer Rückansicht.
Die Drehrichtungen der beiden Elemente 5, 6 sind
wiederum an den Achsen 10, 11 durch Pfeile angedeutet.
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Die
Elemente 5, 6 werden von den Eingriffsabschnitten 26, 31 geführt, wobei
der Zapfen 20 nicht durch die Kulissenbahn 21 geführt wird.
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Die 11 und 12 zeigen
die Kopplungseinrichtung 1 aus 1, wobei
die Elemente um 300° bezüglich der
festgelegten Anfangsposition gedreht sind, in einer Vorder- und
einer Rückansicht. Die
Elemente 5, 6 sind in der zweiten maximal Position
und an dem entgegengesetzten Ende der Nut 15, im Vergleich
zu den in den 5 und 6 gezeigten
Darstellung, positioniert und entsprechend ist auch die am Schenkel 8 angeordnete
Luftklappe in einer maximal Positionierung.
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In
dieser Ansicht ist der Zapfen 20 gerade in der Kulissenbahn 21 geführt und
die Eingriffabschnitte 26, 31 sind gerade gelöst, so dass
die Führung
der beiden Elemente 5, 6 durch die Kulissenbahn 21 erfolgt.
Ausgehend von den in den 11 und 12 gezeigten
Darstellung wird das zweite Element 6 solange weitergedreht,
bis die in den 1 und 2 gezeigte
Positionierung wieder vorliegt.
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13 zeigt
eine weitere bevorzugte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Kopplungseinrichtung 1'.
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Die
Kopplungseinrichtung 1' weist
ebenfalls ein erstes Element 5' und ein zweites Element 6' auf, wobei
das erste Element 5' wiederum
als Abtriebselement vom zweiten Element 6' betätigt wird. Die Elemente 5', 6' umfassen jeweils
drei Eingriffabschnitten 25', 26', 27', 30', 31', 32'.
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Im
Unterschied zu den in den 1 bis 12 gezeigten
Eingriffsabschnitten 25, 26, 30, 31 sind
die Eingriffsabschnitte 25', 26', 27', 30', 31', 32' in einer Ebene
angeordnet, jedoch in den Übergängen der
wechselwirkenden Eingriffsabschnitte mit Sprungstellen ausgebildet,
so dass beim Übergang von
einem benachbarten wechselwirkenden Paar eine sprunghafte Änderung
der Winkelgeschwindigkeit erfolgt.
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Die
Elemente 5', 6' weisen jeweils
eine Achse 10', 11' auf. Die Drehrichtung
ist durch Pfeile an den Achsen 10', 11' angedeutet. Am ersten Element 5' ist eine Befestigungsmöglichkeit 8' für eine zu
betätigende
Luftklappe vorgesehen.
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Je
nach Bauart und Anforderung der durch das Kopplungselement 1, 1' zu betätigende
Elementes einer Anlage können
auch beide Ausführungsformen
miteinander verbunden bzw. kann das in der 13 gezeigte
Ausführungsbeispiel
in das Ausführungsbeispiel
aus den 1 bis 12 integriert werden,
wobei dann alle oder nur einzelne Paare der wechselwirkenden Eingriffsabschnitte 25, 26, 30, 31 entsprechend
der vorgeschlagenen Ausgestaltung in 13 ausgeführt sind.
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Zusammenfassend
ist festzustellen, daß das erfindungsgemäße Konzept
darauf beruht, einerseits eine Betätigung durch unterschiedlich
wirkende Elemente bereitzustellen und dabei den notwendigen verliersicheren
Eingriff der Elemente ebenfalls durch unterschiedlich verschiebliche
Elemente zu gewährleisten
und andererseits die unterschiedlichen erwünschten Winkelgeschwindigkeiten
mit unstetig ausgeführten
Eingriffsabschnitten bereitzustellen, um einem erwünschten
Kennlinienverlauf zu genügen
und eine optimale Wirkung der zu betätigenden Einrichtungen zu ermöglichen.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung vorangehend unter Bezugnahme auf die derzeit
bevorzugten Ausführungsformen
vollständig
beschrieben wurden, sollte der Fachmann erkennen, daß verschiedene Veränderungsmöglichkeiten
im Rahmen der beiliegenden Ansprüche
möglich
sind, ohne von dem erfindungsgemäßen Konzept
und dem beanspruchten Schutz abzuweichen, insbesondere können die
Eingriffsabschnitte an einen jeweiligen Kennlinienverlauf einer
zu betätigenden
Einrichtung angepasst werden, sowohl durch eine andere Geometrie
als der hier dargestellten Eingriffsflächen, als auch durch vorsehen
von weiteren Eingriffsflächen.