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Die
Erfindung betrifft einen Nockentrieb mit einer Nockenwelle und darauf
angeordneten Nocken sowie zumindest einen, einen Nockenfolger aufweisenden
Kipphebel gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Um
den Energieverbrauch von Kraftfahrzeugen weiter reduzieren zu können, können insbesondere
bei Verbrennungsmotoren mit einer größeren Zylinderanzahl, einzelne
oder mehrere Zylinder bei einem Teillastbetrieb des Kraftfahrzeuges
abgeschaltet oder zumindest energiereduziert betrieben werden. Dabei
sind Einrichtungen zum Beeinflussen einer Ventilsteuerung, insbesondere
zum Abschalten einzelner Zylinder, aus einer großen Anzahl von Veröffentlichungen
bekannt, wovon nachfolgend die nächstliegenden
kurz erläutert
sind.
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Aus
der
US 5,529,033 ist
eine Einrichtung für einen
Nockentrieb mit einer Nockenwelle und darauf angeordneten Nocken
bekannt, mit Hilfe welcher ein Ventilhub zumindest eines Gaswechselventils
verändert
werden kann. Der Nockentrieb besitzt dabei zumindest einen, einen
Nockenfolger aufweisenden Kipphebel, der über seinen ersten Arm mit einem
stößelartigen
Widerlager und über
seinen zweiten Arm mit dem wenigstens einen Gaswechselventil des
zugehörigen
Zylinders wirkungsverbunden ist. Der Kipphebel weist einen inneren
und einen äußeren Kipphebel
auf, der über
ein Langloch gelagert ist, so dass der innere Kipphebel relativ
zum äußeren Kipphebel
axial verschoben werden kann, was zu einem Verändern des Ventilhubs führt. Ausgelöst wird
eine derartige axiale Verschiebung des äußeren Kipphebels relativ zum
inneren Kipphebel durch ein Elektromagnet.
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Aus
der
US 5,682,848 ist
eine weitere Einrichtung zum Verändern
eines Hubes eines Gaswechselventils eines Verbrennungsmotors bekannt, welche
neben einer elektromagnetischen Feder zumindest einen weiteren Hebel,
insbesondere einen axial teleskopierbaren Aktuatorarm aufweist.
Gleichzeitig wird auch eine Kontrolleinheit zur Steuerung der Einrichtung
benötigt,
wobei alle voran genannten Komponenten mit Ausnahme der Kontrolleinheit
im Bereich des Zylinderkopfes untergebracht sind und daher einen
nicht zu unterschätzenden
Bauraumbedarf aufweisen. Darüber
hinaus ist die bekannte Einrichtung relativ aufwändig und dadurch kostspielig.
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Weitere
Einrichtungen zum Verändern
eines Hubes von Gaswechselventilen bei Verbrennungsmotoren sind
beispielsweise aus der
US 4,151,817 , aus
der
US 5,655,487 , aus
der
US 6,460,495 B1 ,
aus der
US 6,752,107
B2 und der
US
6,655,331 B2 bekannt.
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Die
Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, für
einen Nockentrieb der gattungsgemäßen Art eine verbesserte Ausführungsform
anzugeben, welche sich insbesondere durch eine konstruktiv einfache
Bauweise sowie eine Anordnung der Einrichtung zur Veränderung
des Hubes eines Gaswechselventils an unbewegten Teilen auszeichnet.
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Dieses
Problem wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruches 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem Nockentrieb
mit einer Nockenwelle und darauf angeordneten Nocken sowie zumindest
einem, einen Nockenfolger aufweisenden Kipphebel, der einerseits
mit einem stößelartigen
Widerlager und andererseits mit wenigstens einem Gaswechselventil
eines zugehörigen
Zylinders wirkungsverbunden ist, eine Einrichtung zum Verändern des Hubes
des wenigstens einen Gaswechselventils in der Art eines drehbaren
Betätigungselementes
auszubilden, wobei das Betätigungselement
zumindest zwischen zwei Stellungen, vorzugsweise zwischen zwei Endstellungen,
um eine Achse des stößelartigen
Widerlagers drehbar gelagert ist und wobei ein Ventilhub in einer
ersten Stellung des Betätigungselementes
kleiner oder größer ist
als im Vergleich zu einer zweiten Stellung des Betätigungselementes. Bei
zwei Endstellungen befindet sich der Kipphebel gegenüber dem
stößelartigen
Widerlager in einer Endstellung in einem eingekuppeltem Zustand
und in der anderen Endstellung in einem ausgekuppelten Zustand.
Denkbar ist hierbei, dass das Betätigungselement lediglich zwischen
den beiden Endstellungen verdrehbar gelagert ist, wobei es in einer
ersten Endstellung einen normalen, insbesondere maximalen, Ventilhub
des Gaswechselventils erzeugt, während es
in seiner zweiten Endstellung einen reduzierten oder gar keinen
Ventilhub erzeugt, wobei letzteres mit einer Zylinderabschaltung
gleichzusetzen ist. Denkbar sind hierbei selbstverständlich auch
unterschiedliche Zwischenstellungen zwischen den beiden Endstellungen,
wodurch eine besonders genaue Steuerung des Ventilhubes ermöglicht wird.
Ein derartiges drehbares Betätigungselement
ist konstruktiv einfach herzustellen und dadurch kostengünstig.
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Zweckmäßig ist
die Einrichtung zwischen dem ersten Arm des Kipphebels und dem stößelartigen
Widerlager angeordnet. Dies bietet den Vorteil, dass für die Anordnung
der erfindungsgemäßen Einrichtung
nahezu kein zusätzlicher
Bauraumbedarf entsteht, so dass die Einrichtung auch bei beengten Platzverhältnissen,
welche oftmals im Bereich von Zylinderköpfen anzutreffen sind, angewendet
werden können.
Eine Betätigungseinrichtung
zur Betätigung des
Betätigungselementes
kann beispielsweise in der Form eines Stellantriebes im Bereich
des Zylinderkopfes angeordnet werden und wahlweise für ein oder
mehrere Betätigungselement
genutzt werden. Denkbar ist hierbei insbesondere, dass jedem Betätigungselement
eine separate Betätigungseinrichtung zugeordnet
ist oder aber mehrere Betätigungselemente
von einer gemeinsamen Betätigungseinrichtung
betätigt
werden.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist
der Kipphebel zweiteilig ausgebildet und weist einen äußeren und
einen inneren Kipphebel auf, wobei sich das Betätigungselement in einer ersten
Stellung am äußeren Kipphebel
abstützt,
so dass dieser mit einem ersten Nocken der Nockenwelle in Kontakt
steht und eine oszillierende Kippbewegung ausführen kann, die ein Betätigen des
Gaswechselventils des zugehörigen
Zylinders bewirkt. Demgegenüber
ist das Betätigungselement
in einer zweiten Stellung, beispielsweise in einer zweiten Endstellung,
gegenüber
dem äußeren Kipphebel
verlagert und stützt
sich dabei ausschließlich
am inneren Kipphebel ab, so dass der innere Kipphebel mit einem
zweiten Nocken der Nockenwelle in Kontakt steht und eine oszillierende
Kippbewegung ausführen
kann, die ein im Vergleich zur ersten Stellung verändertes
Betätigen
des zugehörigen
Gaswechselventils bewirkt. Bei dieser Ausführungsform ist es somit möglich, je
nach Ausführungsform
der beiden Nocken Einfluss auf den Ventilhub des zugehörigen Gaswechselventils
zu nehmen. Dabei ist sowohl eine Zylinderabschaltung, also kein
Ventilhub vorstellbar oder aber eine sogenannte „Zylinderumschaltung", wobei hier der
zweite Nocken eine andere Form als der erste Nocken aufweist und
einen im Vergleich zur ersten Stellung des Betätigungselementes veränderten
Ventilhub, insbesondere reduzierten, erzeugt. Je nach Ausgestaltung des
inneren bzw. äußeren Kipphebels
sowie der beiden zugehörigen
Nocken auf der Nockenwelle gelingt dadurch eine besonders exakte
und fein abgestimmte Steuerung des Ventilhubes, wobei ein besonders
energiesparendes Betreiben des Verbrennungsmotors und dadurch eine
Reduzierung der Energiekosten erreicht werden können.
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Vorteilhafte,
nachstehend näher
erläuterte Ausführungsbeispiele
sind in den Zeichnungen dargestellt.
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Dabei
zeigen, jeweils schematisch und in perspektivischer Ansicht
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1 eine
Explosionsdarstellung einer ersten Ausführungsform einer Einrichtung
zum Verändern
eines Ventilhubes,
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2a eine Einrichtung gemäß 1 bei
einer Zylinderabschaltung,
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2b eine Darstellung wie in 2a, jedoch bei verändertem Ventilhub,
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3 eine
Explosionszeichnung einer Einrichtung zum Verändern eines Ventilhubes mit
einem anderen Aufbau,
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4a eine Einrichtung wie in 3 mit
einem sich in einer ersten Endstellung befindlichen Betätigungselement,
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4b eine Darstellung wie in 4a, jedoch mit einem sich in einer zweiten
Endstellung befindlichen Betätigungselement
und damit verändertem
Ventilhub,
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5 eine
Explosionszeichnung einer weiteren Ausführungsform einer Einrichtung
zum Verändern
des Ventilhubes,
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6a eine Einrichtung gemäß der 5 mit
einem Betätigungselement
in seiner ersten Endstellung,
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6b eine Darstellung wie in 6a, jedoch mit einem Betätigungselement
in dessen zweiter Endstellung damit verändertem Ventilhub.
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1, 2
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Gemäß 1 ist
ein Teil eines Nockentriebs 1 gezeigt, welcher eine nicht
gezeigte Nockenwelle mit darauf angeordneten Nocken 18,
ebenso wie einen, einen Nockenfolger 2 aufweisenden Kipphebel 3 umfasst.
Der Kipphebel 3 ist über
seinen ersten Arm 4 mit einem stößelartigen Widerlager 5 und über seinen
zweiten Arm 6 mit wenigstens einem Gaswechselventil 7 eines
zugehörigen,
nicht gezeigten Zylinders, wirkungsverbunden. Der Nockenfolger 2 ist
dabei gemäß der 1 als
Ring ausgebildet, welcher über
einen Bolzen 8 in einer Aufnahme 9 am Kipphebel 3 gehalten
ist. Zwischen dem ersten Arm 4 des Kipphebels 3 und
dem Widerlager 5 ist eine Einrichtung 10 zum Verändern des
Hubes des wenigstens einen Gaswechselventils 7 vorgesehen.
Die Einrichtung 10 zum Verändern des Hubes des Gaswechselventils 7 weist
dabei kipphebelseitig einen Führungsstift 11 auf,
mit welchem sie in eine zugehörige
Aufnahme 9' im
ersten Arm 4 des Kipphebels 3 eingreift. Widerlagerseitig
weist die Einrichtung 10 eine zu einem widerlagerseitigen
Kopf komplementär ausgebildete
Lagerfläche auf, über welche
sich die Einrichtung 10 am stößelartigen Widerlager 5 abstützt.
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Generell
weist die Einrichtung 10 zum Verändern des Hubes des wenigstens
einen Gaswechselventils 7 ein Betätigungselement 12 auf,
an welchem der Führungsstift 11 angeordnet
ist. Erfindungsgemäß ist das
Betätigungselement 12 zwischen
zwei Stellungen um eine Achse 13 des stößelartigen Widerlagers 5 drehbar
gelagert, wobei ein Ventilhub in einer ersten, eingekuppelten Stellung
(vergleiche 2a) des Betätigungselementes 12 im
Vergleich zu einer zweiten, ausgekuppelten Stellung (vergleiche 2b) verändert ist. Eine Drehbewegung
des Betätigungselementes
kann dabei über
einen Aktuatorarm 14 erfolgen, welcher beispielsweise an
einen nicht gezeigten Aktuator, insbesondere einen Stellantrieb,
angeschlossen beziehungsweise mit diesem wirkungsverbunden ist.
Dabei ist denkbar, dass jedem Aktuator ein Betätigungselement 12 zugeordnet ist
oder aber dass mehrere Betätigungselemente 12 von
ein und demselben Aktuator gesteuert werden.
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Am
ersten Arm 4 des Kipphebels 3 ist eine Federeinrichtung 15 vorgesehen,
welche den Kipphebel 3 bzw. den ersten Arm 4 des
Kipphebels 3 gegen den zugehörigen, nicht gezeigten Nocken
der Nockenwelle vorspannt. Dabei ist die Federeinrichtung 15 als
Schenkelfeder ausgebildet und greift einerseits an dem zweiten Arm 6 des
Kipphebels 3 und andererseits an dem Führungsstift 11 des
Befestigungselementes 12 als Widerlager an.
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Beim
Betrieb des Nockentriebs 1 führt der Kipphebel 3 eine
Kippbewegung aus, wobei die Kippachse in Abhängigkeit der Stellung des Betätigungselementes 12 variiert.
Bei der Stellung des Betätigungselementes 12 in
seiner zweiten Endlage (vergleiche 1 und 2a) taucht das Betätigungselement 12 während der
oszillierenden Kippbewegung des Kipphebels 3 in diesen
zumindest teilweise ein, wobei der Kipphebel 3 dann eine
Kippbewegung um das freie Ende des zweiten Armes 6 ausführt, ohne dabei
ein Betätigen
des zugehörigen
Gaswechselventils 7 zu bewirken. Wird dagegen das Betätigungselement 12 um
90° gedreht
(vergleiche 2b), so befindet sich
das Betätigungselement 12 in
einer ersten Stellung, insbesondere in einer ersten Endstellung,
wobei es sich am Kipphebel 3 abstützt, so dass dieser eine oszillierende
Kippbewegung ausführt,
welche ein Betätigen
des Gaswechselventiles 7 des zugehörigen Zylinders bewirkt.
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Das
Betätigungselement 12 kann
somit zwischen zumindest zwei Endstellungen verdreht werden, wobei
die erste Endstellung zu einem „normalen" Hub des Gaswechselventils 7 führt, während die zweite
Endstellung einen reduzierten Hub, insbesondere einen Nullhub, des
Gaswechselventils 7 bewirkt. Letzteres wird dabei als „Zylinderabschaltung" bezeichnet. Denkbar
ist dabei auch, zwischen den zwei genannten Endstellungen des Betätigungselementes 12 zumindest
eine Zwischenstellung vorgesehen ist, bei welcher das Betätigungselement 12 nicht
so tief in den zweiten Arm 4 des Kipphebels 3 eintaucht,
wie dies in der zweiten Endstellung der Fall ist und somit zu einem
im Vergleich zur ersten Endstellung reduzierten und im Vergleich
zur zweiten Endstellung erhöhten
Ventilhub des Gaswechselventils 7 führt. Somit ist eine besonders
exakte Steuerung des Ventilhubes des Gaswechselventiles 7 möglich.
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3
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Gemäß 3 ist
eine Einrichtung 10 zum Verändern des Hubes des Gaswechselventiles 7 gezeigt,
bei der der Kipphebel 3 zweiteilig ausgebildet ist und
ein Kipphebelelement 16 sowie ein innen im Kipphebelelement 16 liegender
Arm 17 vorgesehen ist. Ähnlich
wie in den 1 und 2 ist auch
bei der Einrichtung 10 gemäß der 3 ein Nockenfolger 2 vorgesehen,
welcher über
einen Bolzen 8 am Kipphebel 3 gelagert ist. Im
Unterschied zu den 1 und 2 weist
die Einrichtung 10 gemäß der 3 jedoch
den innenliegenden Arm 17 auf, der relativ zum Kipphebel 3 um
die Achse 13' verdrehbar ist.
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Auch
bei der Einrichtung 10 gemäß der 3 ist eine
Federeinrichtung 15 vorgesehen, welche vorzugsweise als
Schenkelfeder ausgebildet ist und welche im Bereich des zweiten
Armes 6 des Kipphebels 3 beziehungsweise dessen
freien Endes angeordnet ist und den Kipphebel 3 gegen den
zugehörigen
Nocken der Nockenwelle vorspannt und zwar gegenüber dem Widerlager 5 über den
innenliegenden Arm 17. Das Betätigungselement 12 zum Ändern des
Hubes des Gaswechselventiles 7 ist im Unterschied zu den 1 und 2 anders
ausgebildet, insbesondere in der Weise, dass zwischen einer ersten
Endstellung und einer zweiten Endstellung lediglich ca. 45° liegen.
Das Betätigungselement 12 weist
ebenfalls einen Führungsstift 11 auf,
welcher dem innenliegenden Arm 17 zugewandt am Betätigungselement 12 angeordnet
ist und bei montierter Einrichtung 10 in eine entsprechende
Aufnahme 9' am
innenliegenden Arm 17 eingreift. Auf seiner dem stößelartigen
Widerlager 5 zugewandten Seite weist das Betätigungselement 12 eine
komplementär
zu einem Kopf des stößelartigen
Widerlagers 5 ausgebildete Lagefläche auf, die ein zuverlässiges Zusammenwirken
zwischen Betätigungselement 12 und
Widerlager 5 gewährleistet.
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4
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Wie
in 4a gezeigt, befindet sich bei der Ausführung nach 3 das
Betätigungselement 12 in
seiner ersten Stellung, insbesondere in seiner ersten Endstellung
und stützt
sich dabei am Kipphebelelement 16 ab, so dass dieses eine
oszillierende Kippbewegung ausführt,
die ein Betätigen
des zugehörigen
Gaswechselventiles 7 bewirkt. Im Unterschied dazu ist das
Betätigungselement 12 gemäß der 4b um 45° gedreht und damit in einer
zweiten Stellung, insbesondere in seiner zweiten Endstellung, in
welcher es zumindest teilweise in das Kipphebelelement 16 eintaucht
und sich ausschließlich am
innenliegenden Arm 17 abstützt, so dass das Kipphebelelement 16 eine
Kippbewegung um das freie Ende seines zweiten Armes 6 ausführt, ohne
ein Betätigen
des zugehörigen
Gaswechselventiles 7 zu bewirken. Da ein Nocken 18 sowohl
in der 4a als auch in der 4b die gleiche Stellung einnimmt, lässt sich
ein zwischen den beiden Figuren unterschiedlicher Ventilhub deutlich
ablesen. Eine Ventilhubdifferenz zwischen der 4a und 4b ergibt sich durch eine Addition der
Ventilhubveränderungen
a und b gemäß den 4a und b. Auch hierbei ist denkbar, dass
ein Ventilhub bei sich in seiner ersten Endstellung befindlichem
Betätigungselement 12 deutlich
verändert
zu einem Ventilhub bei einem sich in seiner zweiten Endstellung
befindlichen Betätigungselement 12 ausfällt. Insbesondere
ist vorstellbar, dass der Ventilhub in der zweiten Endstellung des
Betätigungselementes 12 stark
reduziert ist oder im Extremfall null beträgt, so dass in diesem Fall
das zugehörige
Gaswechselventil 7 keinen Ventilhub verfährt, was
zu einer Zylinderabschaltung führt.
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Denkbar
sind zwischen den beiden Endstellungen des Betätigungselementes 12 weitere
Zwischenstellungen, zumindest jedoch eine, bei welcher ein Ventilhub
im Vergleich zur ersten Endstellung des Betätigungselementes 12 und
im Vergleich zur zweiten Endstellung des Betätigungselementes 12 verändert ist.
Somit kann eine besonders genaue Steuerung des Ventilhubes erreicht
werden.
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5, 6 Gemäß den 5 und 6 ist
eine Einrichtung 10 gezeigt, bei welcher der Kipphebel 3 zweiteilig
ausgebildet ist und zwei unabhängig
voneinander arbeitende Kipphebel 3' und 3'' mit zwei
unabhängig
voneinander arbeitenden Nockenfolgern 2' und 2'' aufweist.
Dabei wird im Folgenden zwischen einem inneren Kipphebel 3' und einem äußeren Kipphebel 3'' unterschieden. Der Nockenfolger 2' ist dabei gleich
oder zumindest ähnlich
ausgebildet wie der Nockenfolger 2 gemäß den 1 bis 4, während der
Nockenfolger 2'' als Gleitfläche 19 am äußeren Kipphebel 3'' angeordnet ist. Ebenfalls wiederum
vorgesehen ist eine Federeinrichtung 15, welche als Schenkelfeder
ausgebildet. Die Federeinrichtung 15 verspannt die beiden
Kipphebel 3' und 3'' in Richtung aufeinander zu.
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Am
zweiten Arm 6 ist der innere Kipphebel 3' drehbar über einen
Bolzen 8 am äußeren Kipphebel 3'' gelagert. Weiter unterschiedlich
zu den Ausführungsformen
der Einrichtung 10 gemäß den 1 bis 4 ist
bei den 5 und 6, dass
neben dem Nocken 18 weitere Nocken 18' vorgesehen
sind.
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Das
Betätigungselement 12 weist
wie in den 1 bis 4 auch gemäß 5 einen
Führungsstift 11 auf,
welcher in eine zugehörige
Aufnahme 9' am
inneren Kipphebel 3' eingreift,
wobei zusätzlich im
Bereich des Führungsstiftes 11 eine
teilkugelartige Gleitfläche 19 vorgesehen
ist. Ebenso wie in den vorangegangenen 1 bis 4 weist
auch das Betätigungselement 12 gemäß den 5 und 6 einen
Aktuatorarm 14 auf, welcher an einem nicht gezeigten Aktuator
angeschlossen werden kann.
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In
einer ersten Stellung, insbesondere seiner ersten Endstellung, stützt sich
das Betätigungselement 12 am äußeren Kipphebel 3'' ab (vergleiche 6a)
so dass dieser mit ei nem ersten Nocken 18 der Nockenwelle
im Kontakt steht und eine oszillierende Kippbewegung ausführt, welche
ein Betätigen des
Gaswechselventils 7 des zugehörigen Zylinders bewirkt. In
seiner zweiten Stellung hingegen, insbesondere in einer zweiten
Endstellung, taucht das Betätigungselement 12 zumindest
teilweise in den äußeren Kipphebel 3'' ein und stützt sich am inneren Kipphebel 3' ab, so dass
der innere Kipphebel 3' mit einem
zweiten Nocken 18' der
Nockenwelle in Kontakt steht und eine oszillierende Kippbewegung
ausführt,
die ein im Vergleich zur ersten Stellung verändertes Betätigen des zugehörigen Gaswechselventils 7 bewirkt
(vergleiche 6). Ebenso wie bei den Einrichtungen 10 gemäß den 1 bis 4 ist
bei der Einrichtung 10 gemäß den 5 und 6 denkbar, dass
zwischen den beiden Endstellungen Zwischenstellungen vorgesehen
sind, bei welchen der Ventilhub des Gaswechselventils 7 im
Vergleich zur erste Endstellung und im Vergleich zur zweiten Endstellung
verändert
ist. Je nach Ausführungsform
der ersten Nocken 18 bzw. der zweiten Nocken 18' kann dabei
eine Reduzierung des Ventilhubes bis hin zu einem völligen Abschalten
des zugehörigen
Zylinders in der zweiten Endstellung des Betätigungselementes 12 erreicht
werden.
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Mit
der Einrichtung gemäß den 5 und 6 kann
somit je nach Ausführungsform
der beiden Nocken 18 und 18' Einfluss auf den Ventilhub genommen
werden, wodurch eine im Vergleich zu den 1 bis 4 erreichbare
Steuerung des Ventilhubs deutlich präzisier möglich ist, sofern unabhängig von
den Ausführungsformen
der Einrichtung 10 keine Zwischenstellungen zwischen den
beiden Endstellungen vorgesehen sind.
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Allen
Ausführungsformen
gemäß den 1 bis 6 ist
dabei gemein, dass die Einrichtung 10, insbesondere das
Betätigungselement 12 konstruktiv einfach
ausgebildet sind und Bauraum minimierend im Bereich des ersten Armes 4 des
Kipphebels 3 zwischen diesem und dem Widerlager 5 angeordnet sind.
Gleichzeitig handelt es sich bei dem Betätigungselement 12 um
ein im normalen Betrieb des Verbrennungsmotors nicht bewegtes Bauteil,
so dass im wesentlichen eine ruhende Einrichtung 10 zum Verändern des
Ventilhubes geschaffen wird, welche im Vergleich zu einem Verbrennungsmotor
ohne erfindungsgemäßer Einrichtung 10 keine
erhöhten
Energiekosten aufgrund von zu bewegenden Mehrmassen erzeugt.
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Alle
in der Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen dargestellten
Merkmale können sowohl
einzeln als auch in beliebiger Form miteinander kombiniert erfindungswesentlich
sein.