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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Rotorblech eines Rotors eines
Elektromotors, wobei das Rotorblech einen Schwerpunkt und bezüglich des Schwerpunkts
eine Innenkontur und eine Außenkontur
aufweist, wobei die Außenkontur
vom Schwerpunkt einen Radialabstand aufweist, der größer als der
Radialabstand der Innenkontur vom Schwerpunkt ist.
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Rotatorische
Elektromotoren sind in der Regel entweder als Innenläufermotoren
oder als Außenläufermotoren
ausgebildet. Bei Innenläufermotoren weist
der Elektromotor ein Motorgehäuse
auf, in dem der Stator des Elektromotors angeordnet ist. Im Motorgehäuse ist
die Rotorwelle gelagert. Auf der Rotorwelle ist das Rotorblechpaket
befestigt. Es kann – je nach
Ausgestaltung des Elektromotors – Rotorwicklungen tragen oder
wicklungslos ausgebildet sein.
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Das
Rotorblechpaket besteht aus einzelnen Rotorblechen. Die Rotorbleche
werden miteinander zum Rotorblechpaket verbunden, beispielsweise
mittels Axialbolzen oder mittels Klammern. Das Rotorblechpaket wird
mit der Rotorwelle drehfest verbunden.
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Zum
Verbinden des Rotorblechpakets mit der Rotorwelle sind im Stand
der Technik verschiedene Vorgehensweisen bekannt.
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Zum
Einen ist bekannt, das Rotorblechpaket auf die Rotorwelle aufzuschrumpfen.
Hierzu ist es zunächst
erforderlich, die Rotorwelle mit hinreichender Genauigkeit auf ein
Sollmaß abzudrehen.
Sodann wird das Rotorblechpaket erwärmt und im erwärmten Zustand
auf die Rotorwelle aufgeschoben. Beim Abkühlen schrumpft das Rotorblechpaket
auf die Rotorwelle auf. Gegebenenfalls kann die Rotorwelle zusätzlich gekerbt
oder gerändelt
sein.
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Die
obenstehend beschriebene Vorgehensweise des Standes der Technik
weist mehrere Nachteile auf. Zunächst
ist ein relativ genaues Bearbeiten der Rotorwelle erforderlich.
Sodann ist der Erwärmungsvorgang
und der nachfolgende Schrumpfungsprozess erforderlich. Weiterhin
muss das Rotorblechpaket im erwärmten
(heißen)
Zustand gehandhabt werden. Vor allem aber muss das Rotorblechpaket
nach dem Aufschrumpfen radial außen nachbehandelt werden, um
einen Luftspalt zwischen Rotorblechpaket und Stator mit hinreichender
Genauigkeit einhalten zu können.
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Weiterhin
ist es im Stand der Technik bekannt, das Rotorblechpaket mit der
Rotorwelle zu verkleben. Wenn die Rotorwelle aus gezogenem Rundstahl
besteht, ist eine Drehbearbeitung der Rotorwelle nicht erforderlich.
Die Qualität
der Klebeverbindung ist jedoch in erheblichem Umfang von der Oberflächenqualität und der
Oberflächensauberkeit der
Rotorwelle und des Rotorblechpakets abhängig. Es ist daher unbedingt
erforderlich, das Rotorblechpaket und die Rotorwelle vor dem Kleben
zu waschen. Auch weitere Reinigungsprozesse können erforderlich sein.
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Bei
dieser Vorgehensweise ist zum einen nachteilig, dass das Aushärten des
Klebers abgewartet werden muss, bevor ein weiteres Verarbeiten des Rotors
(= Rotorwelle + Rotorblechpaket) erfolgen kann. Zum anderen ist
der Kleber nur bis zu einer Grenztemperatur hart und stabil. Bei
der Grenztemperatur beginnt der Kleber zu schmelzen und zu fließen. Auch
fertigungstechnisch ist der Klebeprozess umständlich.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Rotorblech
zur Verfügung
zu stellen, aus dem ein Rotorblechpaket herstellbar ist, das auf einfache
und zuverlässige
Weise mit der Rotorwelle stabil verbindbar ist.
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Die
Aufgabe wird durch ein Rotorblech mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Erfindungsgemäß weist
die Innenkontur vom Schwerpunkt einen Radialabstand auf, der mit
einem auf den Schwerpunkt und eine Referenzrichtung bezogenen Tangentialwinkel
zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert variiert. Der Radialabstand
der Außenkontur
vom Schwerpunkt ist unabhängig
vom Tangentialwinkel größer als
der Maximalwert des Radialabstands der Innenkontur vom Schwerpunkt.
Bei Tangentialwinkeln, bei denen der Radialabstand der Innenkontur
vom Schwerpunkt den Minimalwert annimmt (nachfolgend Minimumwinkel
genannt), sind in die Rotorbleche in der Nähe der Innenkontur Zwischenausnehmungen
eingebracht, so dass zwischen der jeweiligen Zwischenausnehmung und
der Innenkontur ein in Radialrichtung elastisch nachgebender Steg
verbleibt.
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Mit
derartigen Rotorblechen kann auf konventionelle Weise ein Rotorblechpaket
hergestellt werden. Die Abmessungen der Innenkontur der Rotorbleche
und der Rotorwelle sind derart aufeinander abgestimmt, dass die
Rotorwelle in die Innenkontur einführbar ist und dort von den
Stegen kraftschlüssig durch
Klemmung drehfest gehalten wird.
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Die
Zwischenausnehmungen weisen eine Tangentialerstreckung und eine
Radialerstreckung auf. Es ist möglich,
dass die Tangentialerstreckung ebenso groß wie die Radialerstreckung
ist oder sogar kleiner als die Radialerstreckung ist. In aller Regel
ist die Tangentialerstreckung jedoch größer als die Radialerstreckung.
Insbesondere ist die Tangentialerstreckung in der Regel zwei- bis
viermal so groß wie die
Radialerstreckung.
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Die
Stege weisen in Radialrichtung eine minimale Stegbreite auf. Es
ist möglich,
dass die Tangentialerstreckung der Zwischenausnehmungen ebenso groß wie die
minimale Stegbreite ist oder sogar kleiner als die minimale Stegbreite
ist. In der Regel ist die Tangentialerstreckung der Zwischenausnehmungen
jedoch größer als
die minimale Stegbreite. Vorzugsweise ist die Tangentialerstreckung
der Zwischenausnehmungen sogar min destens viermal so groß wie die
minimale Stegbreite, vorzugsweise sechs- bis zehnmal so groß.
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Auf
Grund der obenstehend beschriebenen bevorzugten Ausgestaltungen
ist in der Regel die Radialerstreckung der Zwischenausnehmungen
größer als
die minimale Stegbreite.
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Es
ist möglich,
dass die Zwischenausnehmungen eckig ausgebildet sind, beispielsweise
als Polygone und insbesondere als Rechtecke oder Sechsecke. Vorzugsweise
sind die Zwischenausnehmungen jedoch glatte, konvexe Zwischenausnehmungen,
beispielsweise Ellipsen oder Ovale.
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Die
minimale Anzahl an Zwischenausnehmungen ist Eins. Es können auch
zwei Zwischenausnehmungen vorhanden sein. Vorzugsweise ist die Anzahl
an Zwischenausnehmungen jedoch größer als zwei.
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Vorzugsweise
ist jeder Minimumwinkel von seinen unmittelbar benachbarten Minimumwinkeln gleich
weit beabstandet. Dadurch ergibt sich eine besonders gleichmäßige und
stabile Fixierung der Rotorwelle.
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In
der Regel sind die Zwischenausnehmungen, bezogen auf den jeweiligen
Minimumwinkel, symmetrisch ausgebildet. In Einzelfällen kann
jedoch alternativ eine asymmetrische Ausgestaltung der Zwischenausnehmungen
sinnvoll sein.
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Es
ist möglich,
dass die Stege als in Radialrichtung gesehen vor dem Einführen einer
Rotorwelle in die Innenkontur plastisch unverformte Stege ausgebildet
sind. Alternativ können
die Stege jedoch als in Radialrichtung gesehen bereits vor dem Einführen einer
Rotorwelle in die Innenkontur nach radial innen plastisch vorverformte
Stege ausgebildet sein.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen in Prinzipdarstellung:
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1 ein
Rotorblech in der Draufsicht,
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2 einen
Ausschnitt von 1 und
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3 einen
Ausschnitt von 2.
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Gemäß 1 ist
ein Rotorblech 1 im Wesentlichen rotationssymmetrisch um
einen Schwerpunkt 2. Um den Schwerpunkt 2 herum
weist das Rotorblech 1 eine Mittenausnehmung 3 auf.
Die Mittenausnehmung 3 ist im Wesentlichen kreisförmig, aber nicht
exakt kreisförmig.
Das Rotorblech 1 weist daher bezüglich des Schwerpunkts 2 eine
Innenkontur 4 auf, deren Radialabstand r vom Schwerpunkt 2 in
Abhängigkeit
von einem Tangentialwinkel α zwischen einem
Minimalwert rmin und einem Maximalwert rmax variiert. Der Tangentialwinkel α ist auf
den Schwerpunkt 2 und eine – prinzipiell beliebige – Referenzrichtung
x bezogen.
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Das
Rotorblech 1 weist weiterhin bezüglich des Schwerpunkts 2 eine
Außenkontur 5 auf.
Die Außenkontur 5 weist
vom Schwerpunkt 2 einen Radialabstand R auf, der unabhängig vom
Tangentialwinkel α größer als
der Maximalwert rmax des Radialabstands r der Innenkontur 4 vom
Schwerpunkt 2 ist. Dies gilt unabhängig davon, ob der Radialabstand
R der Außenkontur 5 vom
Schwerpunkt 2 vom Tangentialwinkel α abhängt oder konstant ist.
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Diejenigen
der Tangentialwinkel α,
bei denen der Radialabstand r der Innenkontur 4 vom Schwerpunkt 2 den
Minimalwert rmin annimmt, werden nachfolgend als Minimumwinkel αmin bezeichnet.
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Bei
den Minimumwinkeln αmin
sind in die Rotorbleche 1 in der Nähe der Innenkontur 4 Zwischenausnehmungen 6 eingebracht,
so dass zwischen der jeweiligen Zwischenausnehmung 6 und der
Innenkontur 4 jeweils ein Steg 7 verbleibt. Die
Anordnung und Ausgestaltung der jeweiligen Zwischenausnehmung 6 ist
derart, dass der Steg 7 in Radialrichtung (d.h. auf den
Schwerpunkt 2 zu bzw. vom Schwerpunkt 2 weg) elastisch
nachgebend ist.
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Gemäß den 1 bis 3 ist
eine Vielzahl von Zwischenausnehmungen 6 und korrespondierenden
Stegen 7 vorhanden. Konkret sind jeweils 10 Zwischenausnehmungen 6 und 10 Stege 7 vorhanden.
Es könnten
jedoch auch mehr oder weniger Zwischenausnehmungen 6 und
Stege 7 vorhanden sein. Minimal könnten sogar nur eine einzige
Zwischenausnehmung 6 und ein einziger Steg 7 vorhanden sein.
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Wenn
exakt zwei Zwischenausnehmungen 6 vorhanden sind, gibt
es für
die Anordnung der Zwischenausnehmungen 6 zwei Möglichkeiten.
Zum einen können
die beiden Zwischenausnehmungen 6 bezüglich des Schwerpunkts 2 diametral
gegenüberliegend
angeordnet sein. Zum anderen ist es alternativ möglich, dass die Zwischenausnehmungen 6 mit dem
Schwerpunkt 2 einen Winkel von ca. 90° bilden, insbesondere von exakt
90°.
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In
der Regel sind jedoch mehr als 2 Zwischenausnehmungen 6 und
hiermit korrespondierend mehr als zwei Stege 7 vorhanden.
Bei mehr als zwei Zwischenausnehmungen 6 sind die Zwischenausnehmungen 6 vorzugsweise
derart angeordnet, dass jeder Minimumwinkel αmin von seinen unmittelbar benachbarten
Minimumwinkeln αmin
gleich weit beabstandet ist. Die Zwischenausnehmungen 6 sind in
diesem Fall also gleichmäßig auf
einem Kreis um den Schwerpunkt 2 herum verteilt.
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Eine
Anzahl erfindungsgemäß ausgestalteter
Rotorbleche 1 wird in an sich bekannter Weise zu einem
Rotorblechpaket zusammengefügt.
Beispielsweise kann das Zusammenfügen durch Klammern oder mittels
Axialbolzen erfolgen. Sodann wird in die Mittenausnehmungen 3 der
Rotorbleche 1 eine Rotorwelle eingeführt. Die Rotorwelle ist in
den FIG der Übersichtlichkeit
halber nicht dargestellt. Die Rotorwelle weist ein Normmaß auf, das
zwischen einem Minimalmaß und
einem Maximalmaß liegt.
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Das
Minimalmaß und
der Minimalwert rmin des Radialabstands r der Innenkontur 4 vom
Schwerpunkt 2 sind derart aufeinander abgestimmt, dass
der Minimalwert rmin kleiner als das Minimalmaß der Rotorwelle ist. Das Einführen der
Rotorwelle ist daher stets mit einem elastischen – eventuell
einem elastisch-plastischen – radialen
Auslenken der Stege 7 vom Schwerpunkt 2 weg verbunden.
Die Rotorwelle wird daher durch die Stege 7 klemmend in
der Mittenausnehmung 3 gehalten.
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Das
Maximalmaß der
Rotorwelle ist mit dem Maximalwert rmax des Radialabstands r der
Innenkontur 4 vom Schwerpunkt 2 einerseits und
dem Minimalwert rmin des Radialabstands r der Innenkontur 4 vom
Schwerpunkt 2 und der Nachgiebigkeit der Stege 7 andererseits
derart abgestimmt, dass stets ein Einführen der Rotorwelle in die
Mittenausnehmung 3 möglich
ist.
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Es
ist möglich,
dass die Stege 7 vor dem Einführen der Rotorwelle in die
Innenkontur 4 nicht vorverformt werden. In diesem Fall
sind die Stege 7 als in Radialrichtung gesehen vor dem
Einführen
der Rotorwelle in die Innenkontur 4 plastisch unverformte Stege 7 ausgebildet.
Erst mit dem Einführen
der Rotorwelle in die Mittenausnehmung 3 werden die Stege 7 elastisch
oder elastisch-plastisch ausgelenkt. Diese Ausgestaltung entspricht
im Falle der 3 der Ausgestaltung, dass der
jeweilige Steg 7 zunächst
so verläuft,
wie dies in 3 anhand der durchgezogenen
Linien ersichtlich ist. Durch das Einführen der Rotorwelle wird in
diesem Fall der jeweilige Steg 7 nach radial außen ausgelenkt,
so dass er die Position annimmt, die in 3 gestrichelt
dargestellt ist.
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Alternativ
zu der zuletzt beschriebenen Vorgehensweise ist es möglich, dass
die Stege 7 bereits vor dem Einführen der Rotorwelle in die
Innenkontur 4 nach radial innen (also auf den Schwerpunkt 2 zu) plastisch
vorverformt werden. In diesem Fall sind die Stege 7 als
in Radialrichtung gesehen bereits vor dem Einführen der Rotorwelle in die
Innenkontur 4 nach radial innen plastisch vorverformte
Stege 7 ausgebildet. Durch das Einführen der Rotorwelle in die Mittenausnehmung 3 erfolgt
ein elastisches oder plastisch-elastisches Auslenken der Stege 7 nach
radial außen.
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Bei
dem zuletzt geschilderten Fall könnten beispielsweise
die Mittenausnehmung 3 und die Zwischenausnehmung 6 von 3 so
ausgestanzt werden, wie dies für
den Steg 7 aus den gestrichelten Linien ersichtlich ist.
Sodann wird – vor
dem Einführen der
Rotorwelle in die Innenkontur 4 – der jeweilige Steg 7 nach
radial innen plastisch vorverformt, so dass der Steg 7 die
Position einnimmt, die aus den durchgezogenen Linien in 3 ersichtlich
ist. Durch das Einführen
der Rotorwelle erfolgt später
ein Zurückdrücken wieder
nach radial außen.
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Die 1 bis 3 zeigen
verschiedene vorteilhafte Ausgestaltungen, die nachfolgend erläutert werden.
Diese Ausgestaltungen sind beliebig miteinander kombinierbar, sofern
sie nicht zwingend aufeinander aufbauen. Sie sind weiterhin für die Realisierung
der vorliegenden Erfindung zwar vorteilhaft, jedoch nicht zwingend
erforderlich.
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Gemäß den 1 bis 3 sind
die Zwischenausnehmungen 6, bezogen auf den jeweiligen Minimumwinkel αmin, symmetrisch
ausgebildet. Sie sind vorzugsweise als glatte, konvexe Zwischenausnehmungen 6 ausgebildet,
insbesondere als Ellipsen oder als Ovale.
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Die
Zwischenausnehmungen 6 weisen eine Tangentialerstreckung 1 und
eine Radialerstreckung h auf. Weiterhin weisen die Stege 7 in
Radialrichtung eine minimale Stegbreite b auf. In der Regel ist
die Tangentialerstreckung 1 größer als die Radialerstreckung
h. Insbesondere ist die Tangentialerstreckung 1 vorzugsweise
zwei- bis viermal so groß wie
die Radialerstreckung h. Weiterhin ist die Tangentialerstreckung 1 in
der Regel größer als
die minimale Stegbreite b. Insbesondere ist die Tangentialerstreckung 1 in
der Regel mindestens viermal so groß wie die minimale Stegbreite
b. Vorzugsweise ist die Tangentialerstreckung 1 sogar sechs-
bis zehnmal so groß wie die
minimale Stegbreite b, insbesondere sieben- bis achtmal. Auf Grund
der obenstehenden Abmessungsverhältnisse
ist in der Regel die Radialerstreckung h der Zwischenausnehmungen 6 auch größer als
die minimale Stegbreite b. Meist liegt das Verhältnis zwischen 2:1 und 4:1.
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Mittels
der erfindungsgemäß ausgestalteten Rotorbleche 1 sind
insbesondere kleinere Elektromotoren realisierbar, bei denen das
vom Rotorblechpaket auf die Rotorwelle zu übertragende Drehmoment nicht
zu groß ist.
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Falls
größere Drehmomente übertragen
werden müssen,
kann zusätzlich
eine formschlüssige Verbindung
zwischen Rotorblechpaket und Rotorwelle und/oder eine Verklebung
von Rotorblechpaket und Rotorwelle erfolgen. Im Falle eines Verklebens wird
der Kleber vorzugsweise – in
Tangentialrichtung gesehen – nur
in den Winkelbereichen aufgebracht, die zwischen den Stegen 7 liegen.
Durch die Stege 7 und die Zwischenausnehmungen 6 wird
eine Verbindung der Rotorwelle und des Rotorblechpakets mit hoher
Koaxialität
bei gleichmäßigen Klebespalten gewährleistet.
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Trotz
des Verklebens wird der Fertigungsprozess des Elektromotors nur
geringfügig
verzögert. Denn
auf Grund der Stege 7 wird die Rotorwelle bereits vor dem
Aushärten
des Klebers vom Rotorblechpaket drehfest gehalten.
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Die
Stege 7 und die Zwischenausnehmungen 6 ermöglichen
es, als Rotorwellen unbearbeitete Blankstahlerzeugnisse einzusetzen.
Die relativ hohen Toleranzfelder von Blankstahlerzeugnissen im Durchmesser,
im Rundlauf und in der Geradheit können durch die Verformbarkeit
(elastisch oder plastischelastisch) der Stege 7 kompensiert
werden.
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Die
vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbesondere werden
nicht nur die Nachteile des Standes der Technik vermieden. Weiterhin
ergeben sich auch nahezu keinerlei Verformungen der Außenkontur 5 beim
Einführen
der Rotorwelle. Denn die auftretenden Verformungen können nahezu
vollständig
auf die Stege 7 und die Zwischenausnehmungen 6 begrenzt
werden. Weiterhin können
die Zwischenausnehmungen 6 auch ander weitig genutzt werden,
beispielsweise als sogenannte Fädelnuten oder
als Kühlkanäle für das Durchtreten
eines Kühlmediums,
beispielsweise Luft, im Betrieb des Elektromotors.
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Die
obige Beschreibung dient ausschließlich der Erläuterung
der vorliegenden Erfindung. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung
soll hingegen ausschließlich
durch die beigefügten
Ansprüche bestimmt
sein.