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Die
Erfindung betrifft eine Schalteinheit für ein insbesondere elektronisch
geschaltetes Getriebe eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen in mehrere, bestimmten
Fahrstufen zugeordnete Stellungen bewegbaren Wählhebel, der in wenigstens
einer Stellung über
ein Sperrmittel feststellbar ist, wobei durch die Wählhebelbewegung
eine Sperrkontur und das zwei separat bewegbare Sperrelemente aufweisende
Sperrmittel relativ zueinander bewegbar sind, wobei die Sperrkontur
wenigstens eine erste und eine zweite Arretieraufnahme aufweist,
in die stellungsabhängig
die Stellelemente einbringbar sind.
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Über eine
derartige Schalteinheit können
die bei einem Automatikgetriebe üblichen
Fahrstufen „P" (Parkstufe), „R" (Rückwärtsfahrstufe), „N" (Neutralstufe) und „D" (Dauerfahrstufe)
geschaltet werden. Aus Sicherheitsgründen ist folglich eine mechanische
Verriegelung bestimmter Wählhebelpositionen, beispielsweise
der Position „P" oder der Position „N" (Shiftlock) vorgesehen, über die
eine Wählhebelbewegung
gesperrt wird und beispielsweise erst freigegeben wird, wenn zuvor
die Bremse getreten wird. Auch sind heute mechanische Gangsperren,
die über eine
Grifftaste gesteuert werden, bekannt. Nachteilig bei bekannten Schalteinheiten
ist jedoch der relativ hohe Bauaufwand, um die mechanischen Verriegelungen
zu realisieren.
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Eine
Schalteinheit der eingangs beschriebenen Art ist aus
US 6,508,090 B1 bekannt.
Der Wählhebel
ist dort mit einer Lochplatte verbunden, die über mehrere Bohrungen verfügt. Ferner
sind zwei Sperrelemente in Form von federgelagerten Sperrzapfen
vorgesehen, die stellungsabhängig
in jeweils eine der plattenseitigen Bohrungen zur Positionsfixierung
eingebracht werden können.
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Aus
DE 100 21 461 C1 ist
eine Schaltvorrichtung für
ein Kraftfahrzeuggetriebe bekannt, umfassend einen schwenkbar gelagerten
Wählhebel
sowie ein erstes und ein zweites Sperrglied mit gleichartiger Eingriffskontur, über die
die Bewegung des Wählhebels
in jeweils unterschiedlichen Schaltstellungen blockiert werden kann.
Beide Sperrglieder sind über ein
gemeinsames Stellglied zur gemeinsamen Verstellung gekoppelt. Ferner
ist ein drittes Sperrelement mit einer annähernd komplementären Gegenkontur
vorgesehen, in die in Abhängigkeit
vorgegebener Parameter in den zu blockierenden Schaltstellungen
des Hebels jeweils die Eingriffskontur des ersten oder zweiten Sperrglieds
eingreifen kann.
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Der
Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine Schalteinheit anzugeben,
die die vorderen Sperr-Funktionen zumindest in der „P"- und der „N"-Fahrstellung bei
gleichzeitig einfacher Konstruktion ermöglicht.
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Zur
Lösung
dieses Problems ist bei einer Schalteinheit der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die erste Arretieraufnahme zur Aufnahme nur eines Sperrelements
und die zweite Arretieraufnahme zur gleichzeitigen Aufnahme beider
Arretierelemente ausgebildet ist.
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Die
erfindungsgemäße Schalteinheit
kommt mit lediglich einer Sperrkontur und zwei separat bewegbaren
Sperrelementen aus, um die geforderten Verriegelungen in den „P"- und „N"-Positionen zu gewährleisten.
Die Sperrkontur weist eine erste und eine zweite Arretieraufnahme
auf, wobei in die erste Arretieraufnahme nur ein Sperrelement, das
beispielsweise als Zapfen oder Bolzen ausgeführt ist, einbringbar ist, während in
die zweite Arretieraufnahme beide Sperrelemente eingebracht werden
können,
das heißt,
diese ist entsprechend größer ausgeführt. Hieraus
resultiert, dass bei Einbringen nur eines Sperrelements in die größere, zweite
Arretieraufnahme zwangsläufig
noch eine bestimmte Hebelbewegung in einer Richtung, die nicht über das
Sperrelement im Zusammenwirken mit der zweiten Arretieraufnahme
gesperrt wird, möglich
ist. Diese erfindungsgemäße Ausgestaltung
ermöglicht
auf konstruktiv äußerst einfache
Weise, ein vollständiges Sperr-
und Bewe gungskonzept mit nur einer Sperrkontur und zwei separat
bewegbaren Sperrelementen zu realisieren.
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In
besonders bevorzugter Ausgestaltung ist die Sperrkontur derart angeordnet
oder die zweite Arretieraufnahme derart an der Sperrkontur positioniert,
dass beide Sperrelemente bei in der N-Stellung befindlichem Wählhebel
in die zweite Arretieraufnahme, eine Bewegung des Wählhebels
in beide Richtungen sperrend, einbringbar sind. Bei dieser Erfindungsausgestaltung
ist die zweite Arretieraufnahme primär der Voll- oder Teilsperrung
einer Bewegung aus der N-Stellung zugeordnet, während die erste Arretieraufnahme
dem Sperren der P-Stellung zugeordnet ist. Befindet sich der Wählhebel
in N-Stellung, so
kann diese Position in jede Richtung bewegungsgesperrt werden, wenn
beide Sperrelemente in die zweite Arretieraufnahme eingefahren werden,
so dass das Sperrmittel und die Sperrkontur nicht mehr relativ zueinander
bewegt werden können.
Ersichtlich ist damit aber auch, dass bei Einfahren nur eines der
Sperrelemente die Bewegung des Wählhebels
in nur einer Richtung gesperrt wird, in der anderen aber soweit
noch freigegeben ist, als das eine eingefahrene Sperrelement innerhalb
der zweiten Arretieraufnahme bis zum nächsten Anschlag bewegt werden kann.
Hierüber
können
unterschiedliche Sperr- und Bewegungsmöglichkeiten realisiert werden,
worauf nachfolgend noch eingegangen wird. Die P-Stellung ist in
diesem Fall über
die zugeordnete erste Arretieraufnahme sperrbar, in die das eine
Sperrelement einbringbar ist.
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In
Weiterbildung der Erfindung kann auch eine dritte Arretieraufnahme
vorgesehen sein, wobei die zweite Arretieraufnahme zwischen der
ersten und der dritten Arretieraufnahme angeordnet ist. Diese dritte
Arretieraufnahme kann einer D-Fahrstufe zugeordnet sein und eine
Sperrung dieser ermöglichen, sofern
dies erforderlich ist.
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Die
zweite Arretieraufnahme ist zweckmäßigerweise nut- oder langlochartig
ausgeführt,
sie kann auch seitlich offen sein und endständige Anschläge aufweisen.
In jedem Fall ist sie so konfiguriert, dass zum einen die beiden
eingefahrenen Stellelemente innerhalb der Arretieraufnahme an entspre chenden Anschlagabschnitten
anliegen. Darüber
hinaus ist über
die längliche
Ausgestaltung sichergestellt, dass auch eine Bewegbarkeit bei nur
einem eingefahrenen Sperrelement entsprechend der Länge der
Arretieraufnahme gegeben ist. Die erste und gegebenenfalls die dritte
Arretieraufnahme ist bevorzugt als im Wesentlichen der Sperrelementgeometrie
entsprechende Durchbrechung oder Sacklochaufnahme ausgebildet. Handelt
es sich bei dem Sperrelement um einen querschnittlich gesehen runden
Zapfen oder Bolzen, so ist die Durchbrechung ebenfalls querschnittlich
gesehen rund, um einen sicheren und jede Bewegung sperrenden Eingriff
zu gewährleisten.
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Die
Sperrkontur selbst kann nach einer ersten Erfindungsalternative
ein einteiliges plattenartiges Bauteil sein, beispielsweise aus
Metall oder Kunststoff, an dem die entsprechende Kontur ausgearbeitet
ist, also beispielsweise die Durchbrechung und das Langloch vorgesehen
sind. Denkbar ist es aber auch, die Sperrkontur aus zwei voneinander
beabstandeten und über
einen Drittgegenstand miteinander verbundenen Bauteilen zu realisieren.
Die konkrete Ausgestaltung hängt
letztlich davon ab, wie viel Bauraum grundsätzlich zur Verfügung steht.
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Kommen
zwei Bauteile zum Einsatz, so können
diese entweder in Bewegungsrichtung des Wählhebels hintereinander angeordnet
sein, so dass sich quasi ein längliches
Konstrukt ergibt. Denkbar ist es auch, dass eines oder beide Bauteile
seitlich zur Bewegungsrichtung des Wählhebels versetzt angeordnet
sind. Bei einem oder zwei seitlich versetzt angeordneten Bauteilen
kann das Sperrmittel zwischen den Bauteilen angeordnet sein, wobei
ein Sperrelement mit dem einen und das andere Sperrelement mit dem
anderen Bauteil zusammenwirkt, das heißt, jeweils ein Sperrelement
wirkt mit einem Bauteil zusammen. Kommen zwei in Bewegungsrichtung
hintereinander angeordnete separate Bauteile zum Einsatz, kann auch
in diesem Fall jeweils ein Sperrelement mit jeweils einem Bauteil
zusammenwirken.
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Bei
Einsatz eines einteiligen Bauteils oder zweier hintereinander angeordneter
Bauteile besteht die Möglichkeit,
dass die Sperrelemente von der gleichen Seite her in die Arretieraufnahmen
einbringbar sind, das heißt,
das Sperrmittel ist komplett an einer Seite der Sperrkontur angeordnet.
Alternativ ist es auch denkbar, die Sperrelemente von einander gegenüberliegenden
Seiten her in die Arretieraufnahmen einzubringen. In diesem Fall
ist das Sperrmittel zweiteilig, das erste Sperrmittelteil befindet
sich an der einen, das zweite Sperrmittelteil an der anderen Seite
der Sperrkontur. Dies ermöglicht
es, die Bewegungsachsen der beiden Sperrelemente noch enger benachbart
zueinander anzuordnen, was aus Bauraumgründen mitunter zweckmäßig ist.
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Das
Sperrmittel selbst besteht bevorzugt aus zwei separat ansteuerbaren
Elektromagneten, die mit besonderem Vorteil extrem kurze Schalt-
bzw. Stellseiten aufweisen, das heißt, dass das jeweilige Sperrelement,
also der über
den Elektromagneten bewegbare Sperrzapfen oder -bolzen in extrem
kurzer Zeit zwischen den beiden Endstellungen bewegt werden kann.
Denkbar ist aber auch der Einsatz zweier Elektromotoren, über die
die Sperrelemente in Form von Sperrzapfen oder dergleichen bewegt
werden können.
In jedem Fall kann jedes das Sperrmittel bildende elektromechanische
Bauteil über
eine geeignete Steuerungseinrichtung separat angesteuert werden,
um separat das jeweilige Sperrelement zu betätigen.
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Wie
bereits beschrieben, sind die Sperrkontur und das Stellmittel relativ
zueinander bewegbar angeordnet. Dabei kann in einer bevorzugten
Erfindungsausgestaltung die Sperrkontur über den Wählhebel relativ zu dem feststehenden
Sperrmittel bewegbar sein. Das heißt, das einteilige Sperrkontur-Bauteil oder die
beiden Sperrkontur-Bauteile sind direkt am Wählhebel angeordnet oder direkt
mit diesen bewegungsgekoppelt und können bei einer Hebelbewegung
relativ zum feststehend an einem Gehäusebauteil der Schalteinheit
angeordneten Sperrmittel bewegt werden. Gleichzeitig ist auch eine
kinematische Umkehr denkbar, gemäß welcher
das Sperrmittel über
den Wählhebel
relativ zu der feststehenden Sperrmittelkontur bewegbar ist.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der
Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine
Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Schalteinheit im Längsschnitt,
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2 eine
Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Schalteinheit im Querschnitt
entlang der Linie II-II in 1,
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3 eine
Ansicht entsprechend 2 einer Schalteinheit einer
zweiten Ausführungsform, und
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4 eine
Schalteinheit einer dritten Ausführungsform.
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1 zeigt
eine erfindungsgemäße Schalteinheit 1 für ein Automatikgetriebe
eines Kraftfahrzeugs, das bevorzugt elektronisch über ein shift-by-wire-System geschaltet
werden kann. Dargestellt sind in der Prinzipdarstellung lediglich
die zentralen Funktionskomponenten der erfindungsgemäßen Schalteinheit,
nicht aber irgendwelche anderen Bauteile, die insbesondere der Erzeugung
der Schaltsignale etc. dienen.
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Die
erfindungsgemäße Schalteinheit 1 weist ein
Gehäuse 2 sowie
einen Wählhebel 3 auf,
der um eine Drehachse 4 schwenkgelagert ist. Durch Bewegung
um die Drehachse 4 kann der Wählhebel in vier ausgezeichnete
Positionen, denen entsprechende Fahrstufen zugeordnet sind, bewegt
werden, nämlich die
Fahrstufen „P", „R", „N" und „D". In 1 ist
die Schalteinheit mit einem in der „N"-Fahrstellung befindlichen Wählhebel
gezeigt.
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Am
Wählhebel 3 befestigt
und mit ihm bewegbar ist eine Sperrkontur 5 bestehend aus
einem einstückigen
Bauteil 6, das plattenartig ist und im gezeigten Beispiel
eine Bogenform aufweist. In der Sperrkontur 5 sind drei
Arretieraufnahmen ausgebildet, eine erste Arretieraufnahme 7 in
Form einer zylindrischen Durchbrechung 8, eine zweite Arretieraufnahme 9 in
Form eines Langlochs 10 sowie eine dritte Arretieraufnahme 11 wiederum
in Form einer zylindrischen Durchbrechung 12. Durch Bewegung
des Wählhebels 3 kann
die Sperrkontur 5 an einem Sperrmittel 13 vorbeibewegt
werden. Dieses Sperrmittel 13 besteht im gezeigten Ausführungsbeispiel aus
zwei Elektromagneten 14, 15, die über eine
nicht näher
gezeigte Steuereinrichtung separat angesteuert, also bestromt werden
können.
Jeder Elektromagnet 14, 15 umfasst ein Sperrelement 16, 17 in
Form eines zylindrischen Sperrzapfens. Wie durch die Doppelpfeile
A dargestellt ist, können
beide Sperrelemente 16, 17 zu einer ersten, durchgezogen
dargestellten eingezogenen Stellung und einer zweiten, gestrichelt
gezeigten ausgefahrenen Stellung, in welcher sie in eine der Arretieraufnahmen 7, 9, 11 eingreifen,
bewegt werden.
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Über das
Zusammenwirken der Arretieraufnahmen 7, 9, 11 und
der Sperrelemente 16, 17 kann ein Sperrlogik realisiert
werden, in der zum einen ein Sperren der P-Position und der N-Position
gegen ein Bewegen in jede Richtung realisiert ist, wie auch bestimmte
Bewegungen aus der N-Stellung heraus gesperrt werden können.
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Die 1 und 2 zeigen
wie beschrieben den Wählhebel
in der N-Position. Hier liegt die zweite Arretieraufnahme 9,
also das Langloch 10 derart relativ zu den Sperrelementen 16, 17,
dass diese gemeinsam in die Arretieraufnahme 9 eingefahren
werden können,
wie in 2 gestrichelt dargestellt ist.
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Werden
beide eingefahren, so liegen sie an den das Langloch 10 begrenzenden
seitlichen Stirnflächen
an. Der Wählhebel
ist damit gegen eine Bewegung aus der N-Fahrposition in die D-Fahrposition und
die R-Fahrposition gesperrt. Ausgehend von dieser Anordnung und
Positionszuordnung können
als Grundsperren folgende Sperren realisiert werden:
Sperren
der Bewegung P nach R:
Hier befindet sich der Wählhebel 3 in
der P-Stellung, ist also ausgehend von 1 nach rechts
in die vorderste Stellung geschwenkt. Die erste Arretieraufnahme 7 befindet
sich dann in Verlängerung
des ersten Sperrelements 16. Wird das Sperrelement 16 durch
Ansteuerung des Elektromagneten 14 aus- und in die erste
Arretieraufnahme 7 eingefahren, so ist die P-Position gesperrt.
Die Größe und Geometrie der
Durchbrechung 8 entspricht im Wesentlichen der Größe und Geometrie
des hier beispielsweise querschnittlich runden zapfenförmigen Sperrelements 16.
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An
dieser Stelle ist darauf hinzuweisen, dass auch die Sperrung der
P-Position auch
allein über das
zweite Stellelement 17 erfolgen kann. In diesem Fall wäre die erste
Arretieraufnahme 7 etwas weiter links an der Sperrkontur 5 vorgesehen.
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Sperren
der Bewegung N nach R bei gleichzeitiger Bewegungsmöglichkeit
von N nach D:
In diesem Fall befindet sich der Wählhebel
in der in den 1 und 2 gezeigten
N-Position. Zum Realisieren dieses Sperrszenarios ist lediglich
das erste Sperrelement 16 aus- und in das Langloch 10 einzufahren.
Der Wählhebel
kann nicht von der N-Position in die R-Position bewegt werden, da
die rechte Anschlagschulter 18 an ihm anliegt und diese
Bewegung verhindert. In der anderen Richtung ist jedoch eine Bewegung
aus der N-Position in die D-Position möglich, da
das zweite Sperrelement 17 nicht ausgefahren ist. Diese
Bewegung ist wegbegrenzt, sie wird dann gestoppt, wenn die zweite
Anschlagschulter 19 des Langlochs 10 gegen das
erste Sperrelement 16 läuft.
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Sperren
der Bewegung N nach D, bei gleichzeitiger Bewegungsmöglichkeit
von N nach R:
Hier wird ausgehend von der Darstellung gemäß den 1 und 2 lediglich
das zweite Sperrelement 17 in das Langloch 10 eingefahren.
Die zweite Anschlagschulter 19 liegt am Sperrelement 17 an,
so dass eine Bewegung von N nach D gesperrt ist. Demgegenüber kann
der Hebel aber, nachdem das erste Sperrelement 16 nicht
in das Langloch 10 eingefahren ist, von N nach R bewegt
werden. Diese Position ist im Bewegungsweg wiederum dadurch begrenzt, dass
die erste Anschlagschulter 18 gegen das zweite Sperrelement 17 läuft.
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Sperren
der Bewegung von R nach P, bei gleichzeitiger Bewegungsmöglichkeit
von R nach N:
Hier sei angenommen, dass sich der Wählhebel
in der R-Position befindet, das heißt, er ist ausgehend von 1 um
eine Position nach rechts geschwenkt und damit die Sperrkontur nach
links verschoben. Um dieses Sperrszenario zu realisieren, wird lediglich
das zweite Sperrelement 17 in das Langloch 10 eingefahren.
Dieses ist so bezüglich
des Sperrmittels 13 positioniert, dass die erste Anschlagschulter 18 dann
unmittelbar am zweiten Sperrelement 17 anliegt. Damit ist
eine Bewegung von R nach P gesperrt. Gleichzeitig ist die Bewegung
in die andere Richtung aber freigegeben, das heißt, der Wählhebel kann von R nach N bewegt
werden. Das zweite Sperrelement 17 kann sich im Langloch 10 bewegen, wobei
die Hebelbewegung dadurch begrenzt ist, dass in der N-Stellung die
zweite Anschlagschulter 19 gegen das Sperrelement 17 läuft.
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Sperren
der Bewegung D nach N:
Hier sei angenommen, dass sich der Wählhebel
in der D-Position befindet. Er ist also um eine Stellung nach links
geschwenkt, das heißt,
die Sperrkontur 5 ist nach rechts verschoben. In dieser
Stellung befindet sich die dritte Arretieraufnahme 11 in
unmittelbarer Verlängerung
des zweiten Sperrelements 17. Soll nun die D-Position gesperrt
werden, so wird lediglich das zweite Sperrelement 17 aus-
und in die Durchbrechung 12 eingefahren. Damit ist eine
Bewegung von D nach N gesperrt.
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Wie 1 zeigt,
ist ferner ein Rastierkamm 20 vorgesehen, der am Gehäuseboden
angeordnet ist. Dieser weist eine Art Wellenprofil 21 auf.
Dem Wellenprofil 21 folgt ein federnd gelagerter Rastierstift 22,
der am Wählhebel 3 angeordnet
ist. Dieser kann gegen eine Rückstellfeder 23 axial
längs des Wählhebels
bewegt werden. Die Wellentäler
sind entsprechenden Fahrstufen zugeordnet. Wird, beispielsweise
ausgehend von 1, der Wählhebel von der N- in die R-Position
verschwenkt, so muss hierbei der Rastierstift 22 aufgrund
der Form des Wellenprofils 21 axial gegen die Feder bewegt
werden, was eines gewissen Kraftaufwandes bedarf. Das heißt, das
Verlassen der Rastierposition wird haptisch für den Bediener erkennbar. Nach Überschreiten
des „Berges" wird der Rastierstift 22 über die
sich dann entspannende Feder 23 aktiv wieder nach außen geschoben,
mithin das Einwärtsbewegen
in die nächste
Rastierstellung wiederum erleichtert, was ebenfalls haptisch spürbar.
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3 zeigt
schließlich
eine weitere Erfindungsausgestaltung einer Schalteinheit 1.
Die Sperrkontur 5 besteht hier aus zwei Bauteilen 6a, 6b,
die am Wählhebel 3 zueinander
beabstandet angeordnet sind. Zwischen den beiden Bauteilen 6a, 6b befindet sich
das Sperrmittel 13, auch hier bestehend aus zwei Elektromagneten 14, 15 mit
entsprechenden Sperrelementen 16, 17. Am Bauteil 6a ist
die zweite Arretieraufnahme 9 in Form des Langlochs 10 ausgebildet,
ferner die dritte Arretieraufnahme 11 in Form der Durchbrechung 12.
Auch am zweiten Bauteil 6b ist die zweite Arretieraufnahme 9 in
Form des Langlochs 10 ausgebildet, das heißt, diese
ist doppelt vorgesehen. Ferner ist am Bauteil 6b die erste
Arretieraufnahme 7 in Form der Durchbrechung 8 vorgesehen.
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Gezeigt
ist auch hier die Situation mit in der N-Stellung befindlichem Wählhebel 3.
Die beiden Sperrzapfen 16, 17 können in
das jeweilige Langloch 10 eingefahren werden, wobei das
Sperrelement 16 an der Anschlagschulter 18 des
unteren Langlochs 10 des Bauteils 6b anliegt,
während
das zweite Sperrelement 17 an der zweiten Anschlagschulter 19 des
oberen Langlochs 10 des Bauteils 6a anliegt.
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Auch
mit dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung
können
sämtliche
Sperr- und Bewegungsszenarien
wie eingangs beschrieben realisiert werden.
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4 zeigt
schließlich
eine weitere erfindungsgemäße Schalteinheit 1,
bei der – anders
als bei den bisherigen Ausgestaltungen – über den Wählhebel 3 das Sperrmittel 13 relativ
zu der feststehenden Sperrkontur 5 bewegbar ist. Die Sperrkontur 5 ist
hier an einer Wand des Gehäuses 2 lagefest
angeordnet. Die Sperrkontur weist auch hier die drei Arretieraufnahmen 7, 9 und 11 auf,
wie auch das Sperrmittel 13 zwei Elektromagnete 14, 15 mit
den beiden Sperrelementen 16, 17 aufweist. Die
lagemäßige Zuordnung
der Arretieraufnahmen 7, 9, 11 zu den Sperrelementen 16, 17 und
den Wählhebelpositionen
entspricht der, wie bezüglich
der Ausführungsformen
gemäß der 1 und 3 beschrieben.
Das heißt,
es können
bei dieser kinematisch umgekehrten Ausgestaltung ebenfalls sämtliche
Sperr- und Bewegungsszenarien realisiert werden. Anders als bei den
Ausgestaltungen nach den 1–3 ist hier jedoch
die erste Arretieraufnahme 7, die zum Sperren der P-Position
dient, weiter nach links und näher zur
zweiten Arretieraufnahme 10 positioniert. Dies bewirkt,
dass die P-Position durch Einfahren des zweiten Sperrelements 17 in
die erste Arretieraufnahme 7 gesperrt wird, und nicht über das
erste Sperrelement 16, wie bezüglich der Ausführungsform nach
den 1 und 3 der Fall.