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Gebiet
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Die
Erfindung betrifft allgemein ein Entlüftungssystem in einem Getriebe
und insbesondere ein System mit einem dualen Zweiphasen-Zyklonenabscheider,
der zum Entlüften
von Hydraulikfluid in einem Getriebe dient.
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Hintergrund
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Die
Angaben in diesem Abschnitt sehen lediglich Hintergrundinformationen
bezüglich
der vorliegenden Offenbarung vor und stellen eventuell nicht den
Stand der Technik dar.
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Ein
herkömmliches
Automatikgetriebe umfasst ein Hydrauliksystem, das zum Umwälzen eines Hydraulikfluids,
beispielsweise von Öl,
durch das gesamte Getriebe dient. Das Hydraulikfluid sieht mehrere
Funktionen für
die Komponenten des Getriebes vor, einschließlich aber nicht ausschließlich Schmierung
der Kupplungen und Zahnradsätze,
Kühlen
von Komponenten, die übermäßige Wärme erzeugen, und
hydraulische Steuerung von Ventilen, Solenoiden und Kupplungskolben.
In Getrieben verwendete typische Hydraulikfluide sind aber dafür anfällig, Luft mitzuführen (d.
h. mit Luft versetzt zu werden). Luft schmiert nicht und liefert
auch nicht so effektiv Kühlung
wie das Hydraulikfluid. Auch wenn das erforderliche Ölvolumen
zum Vorsehen ausreichender Kühlung
und Schmierung des Getriebes anscheinend gepumpt wird, ist demgemäß die Schmierung
und Kühlung
ungenügend.
Folglich können
sich die Komponenten des Getrie bes überhitzen, und Lager und andere
bewegte Teile können
vorzeitig ausfallen. Zudem kann es zu Pumpenkavitationen und übermäßiger Weichheit
von hydraulisch betätigten
Komponenten führen.
Das Hydraulikfluid in dem Getriebe kann in verschiedenen Teilen
des Systems mit Luft versetzt werden, da das System gegenüber der
Umwelt nicht abgedichtet ist. Zudem enthält der Sumpf, der das Hydraulikfluid
speichert, typischerweise Luft.
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Eine
Lösung
zum Berücksichtigen
von Luftaufnahme ist das Anheben der Hydraulikfluidmenge, die im
gesamten System übermittelt
wird. Diese Lösung
erhöht
aber die Kosten und das Gewicht des Systems. Demgemäß besteht
nach dem Stand der Technik Bedarf nach einem System, das Hydraulikfluid
entlüftet,
wenn es im gesamten Getriebe übermittelt
wird, um das erforderliche Hydraulikfluidvolumen zu verringern,
die Schmierung und Kühlung
zu verbessern, Pumpenkavitation und weiche Hydrauliksteuerungsbetätigung zu
beseitigen, ohne die Kosten und das Gewicht wesentlich zu erhöhen.
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Zusammenfassung
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Die
vorliegende Erfindung sieht ein System zum zumindest teilweisen
Entlüften
eines Hydraulikfluids in einem Getriebe vor. Das System umfasst mehrere
Getriebekomponenten, einen ersten Behälter zum Aufnehmen von entlüftetem Hydraulikfluid, eine
mit dem ersten Behälter
in Verbindung stehende und zum Pumpen des entlüfteten Hydraulikfluids zu den
mehreren Getriebekomponenten dienende erste Pumpe, einen zweiten
Behälter
zum Aufnehmen von mit Luft versetztem Hydraulikfluid von den mehreren Getriebekomponenten,
eine mit dem zweiten Behälter
in Verbindung stehende und zum Pumpen des mit Luft versetzten Hydraulikfluids
von dem zweiten Behälter
dienende zweite Pumpe und einen Abschei der zum Aufnehmen des mit
Luft versetzten Hydraulikfluids von der zweiten Pumpe, der zum Entlüften des mit
Luft versetzten Hydraulikfluids und zum Übermitteln des entlüfteten Hydraulikfluids
zu dem ersten Behälter
dient.
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In
einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung befindet sicht der
Abscheider in dem ersten Behälter.
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In
einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung befindet
sich der Abscheider in einem oberen Abschnitt des ersten Behälters.
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In
einer noch anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist
der Abscheider ein Dualphasen-Zyklonenabscheider.
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In
einer noch anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst
der Abscheider eine mit der zweiten Pumpe in Verbindung stehende
Einlassöffnung
zum Aufnehmen des mit Luft versetzten Hydraulikfluids und mindestens
eine Auslassöffnung zum Übermitteln
des mit Luft versetzten Hydraulikfluids zu dem ersten Behälter.
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In
einer noch anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst
der Abscheider weiterhin einen ersten Zyklonenabscheider und einen
zweiten Zyklonenabscheider in Verbindung mit der Einlassöffnung und
der Auslassöffnung.
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In
einer noch anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung nutzen
der erste und der zweite Zyklonenabscheider ein gemeinsames Gehäuse.
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In
einer noch anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst
das Gehäuse
einen ersten Kanal, der die Einlassöffnung mit dem ersten Zyklonenabscheider
verbindet, und einen zweiten Kanal, der die Einlassöffnung mit
dem zweiten Zyklonenabscheider verbindet.
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In
einer noch anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung verjüngen sich
der erste und zweite Kanal, um eine Zentrifugalbeschleunigung des
Hydraulikfluids durch den Abscheider zu erhöhen.
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In
einer noch anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfassen
der erste und der zweite Kanal mehrere Strömungslöcher zum Erhöhen der
Rate der Entlüftung
des Hydraulikfluids in dem ersten und zweiten Zyklonenabscheider.
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In
einer noch anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst
das System weiterhin einen dritten Behälter zum Aufnehmen von mit
Luft versetztem Hydraulikfluid von den mehreren Getriebekomponenten,
und die zweite Pumpe dient zum Pumpen von mit Luft versetztem Hydraulikfluid
von dem dritten Behälter
zu dem Abscheider.
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In
einer noch anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfassen
die mehreren Getriebekomponenten mehrere Zahnradsätze, die
das mit Luft versetzte Hydraulikfluid zu dem zweiten Behälter übermitteln,
und eine duale Kupplungsanordnung, die das mit Luft versetzte Hydraulikfluid
zu dem dritten Behälter übermittelt.
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Eine
andere Ausführungsform
des Systems zum zumindest teilweisen Entlüften eines Hydraulikfluids
in einem Getriebe umfasst mehrere Getriebekomponenten, einen ersten
Behälter
zum Aufnehmen von entlüftetem
Hydraulikfluid, eine mit dem ersten Behälter in Verbindung stehende
und zum Pumpen des entlüfteten
Hydraulikfluids zu den mehreren Getriebekomponenten dienende erste
Pumpe, einen zweiten Behälter
zum Aufnehmen von mit Luft versetztem Hydraulikfluid von den mehreren
Getriebekomponenten, eine mit dem zweiten Behälter in Verbindung stehende
und zum Pumpen des mit Luft versetzten Hydraulikfluids von dem zweiten
Behälter dienende
zweite Pumpe und einen Abscheider. Der Abscheider umfasst eine Einlassöffnung zum
Aufnehmen des mit Luft versetzten Hydraulikfluids von der zweiten
Pumpe, einen mit der Einlassöffnung
in Verbindung stehenden ersten spiralförmigen Kanal, wobei der erste
spiralförmige
Kanal zum Entlüften des
mit Luft versetzten Hydraulikfluids dient, einen mit der Einlassöffnung in
Verbindung stehenden zweiten spiralförmigen Kanal, wobei der zweite
spiralförmige
Kanal zum Entlüften
des mit Luft versetzten Hydraulikfluids dient, eine erste Auslassöffnung zum
Aufnehmen des entlüfteten
Hydraulikfluids von dem ersten spiralförmigen Kanal und zum Übermitteln
des entlüfteten
Hydraulikfluids zu dem ersten Behälter und eine zweite Auslassöffnung zum
Aufnehmen des entlüfteten
Hydraulikfluids von dem zweiten spiralförmigen Kanal und zum Übermitteln
des entlüfteten
Hydraulikfluids zu dem ersten Behälter.
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In
einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung befindet sich der
Abscheider in dem ersten Behälter.
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In
einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung befindet
sich der Abscheider in einem oberen Abschnitt des ersten Behälters.
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In
einer noch anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst
der Abscheider ein Gehäuse,
das einen ersten Kanal und einen zweiten Kanal festlegt, und der
erste Kanal verbindet die Einlassöffnung mit dem ersten spiralförmigen Kanal,
und der zweite Kanal verbindet die Einlassöffnung mit dem zweiten spiralförmigen Kanal.
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In
einer noch anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung verjüngen sich
der erste und zweite Kanal, um eine Zentrifugalbeschleunigung des
Hydraulikfluids durch den Abscheider zu erhöhen.
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In
einer noch anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfassen
der erste Kanal, der zweite Kanal, der erste spiralförmige Kanal
und der zweite spiralförmige
Kanal jeweils mindestens ein Strömungsloch
zum Erhöhen
der Rate der Entlüftung des
Hydraulikfluids in dem Abscheider.
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In
einer noch anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst
das System weiterhin einen dritten Behälter zum Aufnehmen von mit
Luft versetztem Hydraulikfluid von den mehreren Getriebekomponenten,
wobei die zweite Pumpe zum Pumpen von mit Luft versetztem Hydraulikfluid
von dem dritten Behälter
zu dem Abscheider dient.
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In
einer noch anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfassen
die mehreren Getriebekomponenten mehrere Zahnradsätze, die
das mit Luft versetzte Hydraulikfluid zu dem zweiten Behälter übermitteln,
und eine duale Kupplungsanordnung, die das mit Luft versetzte Hydraulikfluid
zu dem dritten Behälter übermittelt.
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Weitere
Aufgaben, Ausgestaltungen und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden durch Heranziehen der folgenden Beschreibung und beigefügten Zeichnungen
offensichtlich, bei denen gleiche Bezugszeichen die gleiche Komponente,
das gleiche Element oder Merkmal bezeichnen.
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Zeichnungen
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Die
hierin beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich der Veranschaulichung
und sollen nicht den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner
Weise beschränken.
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1 ist
ein schematisches Diagramm eines beispielhaften Getriebes mit einem
System zum Entlüften
und Übermitteln
eines Hydraulikfluids nach den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines dualen Abscheiders,
der in dem erfindungsgemäßen System
verwendet wird; und
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3 ist
eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des dualen Abscheiders,
wobei ein oberer Abschnitt entfernt wurde.
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Eingehende Beschreibung
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Die
folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und soll
nicht die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Nutzungsmöglichkeiten beschränken.
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Unter
Bezug auf 1 ist ein beispielhaftes Getriebe
dargestellt und durch Bezugszeichen 10 gezeigt. Das Getriebe 10 ist
ein Automatikgetriebe, das im Allgemeinen ein Gehäuse 11,
das eine Eingangswelle oder ein Element 12 umschließt, einen
Drehmomentwandler 14, eine duale Kupplungsanordnung 16,
mehrere Zahnradsätze 18,
eine Ausgangswelle oder ein Element 20 und ein Hydrauliksystem 22 umfasst.
Die Eingangswelle 12 ist mit dem Drehmomentwandler 14 und
einer (nicht gezeigten) trei benden Kraft, zum Beispiel einer Brennkraftmaschine oder
einem elektrischen Motor, verbunden. Die Eingangswelle 12 nimmt
von der treibenden Kraft Abtriebsdrehmoment auf und übermittelt
das Abtriebsdrehmoment zu dem Drehmomentwandler 14. Der Drehmomentwandler 14 ist
mit der dualen Kupplungsanordnung 16 verbunden und dient
zum Übermitteln
des Abtriebsdrehmoments zu der dualen Kupplungsanordnung 16.
Die duale Kupplungsanordnung ist mit den mehreren Zahnradsätzen 18 verbunden.
Die duale Kupplungsanordnung 16 und die mehreren Zahnradsätze 18 wirken
zusammen, um mehrere Vorwärts-
und Rückwärtsdrehzahl-
oder -übersetzungsverhältnisse
zu der Ausgangswelle 20 zu liefern. Die Ausgangswelle 20 ist
wiederum mit einer Achsantriebeinrichtung oder einem Verteilergetriebe
(nicht gezeigt) verbunden. Es versteht sich, dass das beispielhafte
Getriebe 10 verschiedene andere Komponenten umfassen kann,
ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Zudem versteht sich, dass das beispielhafte Getriebe 10 weniger
Komponenten als dargestellt aufweisen kann, ohne vom Schutzumfang
der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Das
Hydrauliksystem 22 dient zum Entlüften und Übermitteln eines Hydraulikfluids,
beispielsweise eines Öls,
im gesamten Getriebe 10, um mindestens der dualen Kupplungsanordnung 16 und
den mehreren Zahnradsätzen 18 Kühlung, Schmierung
und Steuerung zu bieten, wie nachstehend näher beschrieben wird. Das Hydrauliksystem 22 umfasst
einen Hydraulikkreislauf 30, einen ersten Behälter 32, einen
zweiten Behälter 34,
einen dritten Behälter 36, eine
erste Pumpe 38, eine zweite Pumpe 40 und einen
Abscheider 42.
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Der
Hydraulikkreislauf 30 ist eine allgemeine Bezeichnung für einen
Kreislauf, der zum Liefern des Hydraulikfluids durch die gesamten
Komponenten des Getriebes 10 dient, um Schmierung, Kühlung und
Steue rung zu bieten. Demgemäß umfasst
der Hydraulikkreislauf 30 eine Steuerventilkörperanordnung 44 und
mehrere Kanäle
und Durchlässe
(nicht gezeigt), die mit den mehreren Zahnradsätzen 18 und der dualen
Kupplungsanordnung 16 sowie anderen (nicht gezeigten) verbindenden
Wellen und Elementen in dem Getriebe 10 in Verbindung stehen. Die
Steuerventilkörperanordnung 44 nimmt
mehrere Ventile, Solenoide und Durchlässe auf, die zum Steuern des
Einrückens
der dualen Kupplungsanordnung 16 und der Schmierung sowie
Kühlung
der dualen Kupplungsanordnung 16 und der mehreren Zahnradsätze 18 dienen.
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Der
erste Behälter 32 ist
ein Sumpf oder Tank zum Aufbewahren von zumindest teilweise entlüftetem Hydraulikfluid.
Das entlüftete
Hydraulikfluid ist Hydraulikfluid, das in einem mit den Hydraulikanforderungen
des Getriebes 10 vereinbaren Umfang entlüftet worden
ist. Der erste Behälter 34 befindet sich
zwischen dem zweiten und dritten Behälter 36, 38.
Der zweite Behälter 34 ist
ein Sumpf oder Tank zum Sammeln von zumindest teilweise mit Luft
versetztem Hydraulikfluid von den mehreren Zahnradsätzen 18.
Mit Luft versetztes Hydraulikfluid ist Hydraulikfluid, das in dem
Hydraulikfluid in einem Umfang Luft oder andere Gase mitgeschleppt
aufweist, der mit den Hydraulikanforderungen des Getriebes 10 nicht
vereinbar oder unerwünscht
ist. Der zweite Behälter 34 ist
von dem ersten Behälter 32 getrennt und
befindet sich nahe einer Rückseite
des Getriebes 10 direkt neben der Ausgangswelle 20.
Der dritte Behälter 36 ist
ein Sumpf oder Tank zum Sammeln von zumindest teilweise mit Luft
versetztem Hydraulikfluid von der dualen Kupplungsanordnung 16.
Der dritte Behälter 36 ist
ebenfalls von dem ersten und zweiten Behälter 32, 34 getrennt
und befindet sich nahe einer Vorderseite des Getriebes 10 unmittelbar
neben der dualen Kupplungsanordnung 16.
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Die
erste Pumpe 38 oder Hauptpumpe kann viele Formen annehmen,
beispielsweise die einer Sichelpumpe, einer Flügelradpumpe, einer Zahnradpumpe
oder einer Flügelzellenpumpe,
ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die
erste Pumpe 38 steht mit einem ersten Filter 46 in
Verbindung, der sich in dem ersten Behälter 32 befindet,
und steht mit dem Hydraulikkreislauf 30 in Verbindung.
Der erste Filter 46 dient zum Entfernen von Partikeln aus
dem mittels der ersten Pumpe 38 aus dem ersten Behälter 32 austretenden
Hydraulikfluid. Die erste Pumpe 38 dient zum Pumpen des Hydraulikfluids
von dem ersten Behälter 32 zu
dem Hydraulikkreislauf 30, wie nachstehend näher beschrieben
wird.
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Die
zweite Pumpe 40 oder Spülpumpe
kann verschiedene Formen annehmen, beispielsweise die einer Sichelpumpe,
einer Flügelradpumpe,
einer Zahnradpumpe oder einer Flügelzellenpumpe,
ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die
zweite Pumpe 40 steht mit einem zweiten Filter 48,
der sich in dem zweiten Behälter 34 befindet,
mit einem dritten Filter 50, der sich in dem dritten Behälter 36 befindet,
und mit dem Abscheider 42 in Verbindung. Der zweite Filter 48 dient
zum Entfernen von Partikeln aus dem mittels der zweiten Pumpe 40 aus
dem zweiten Behälter 34 austretenden
Hydraulikfluid, und der dritte Filter 50 dient zum Entfernen
von Partikeln aus dem mittels der zweiten Pumpe 40 aus
dem dritten Behälter 36 austretenden Hydraulikfluid.
Die zweite Pumpe 40 dient zum Pumpen des Hydraulikfluids
von dem zweiten Behälter 34 und
dem dritten Behälter 36 zu
dem Abscheider 42, wie nachstehend näher beschrieben wird.
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Der
Abscheider 42 dient zum zumindest teilweise Entlüften des
mit Luft versetzten Hydraulikfluids, das durch die zweite Pumpe 40 von
dem zweiten und dritten Behälter 34, 36 geliefert
wird. Vorzugsweise befindet sich der Abscheider 42 in einem
oberen Abschnitt 52 des ersten Behälters 32. Unter Bezug auf 2 ist
der Abscheider 42 vorzugsweise ein dualer Zweiphasen-Zyklonenabscheider,
der eine mit der zweiten Pumpe 40 in Verbindung stehende
Einlassöffnung 60 zum
Aufnehmen des von der zweiten Pumpe 40 gepumpten Hydraulikfluids
umfasst. Die Einlassöffnung 60 ist
mit einem ersten Kanal 62 und einem zweiten Kanal 64 verbunden.
Der erste und zweite Kanal 62, 64 umfassen jeweils
sich verjüngende
Endabschnitte 66 bzw. 68, die zum Erhöhen der Geschwindigkeit
oder der Strömung
des Hydraulikfluids durch den ersten und zweiten Kanal 62, 64 dienen.
Wie in 3 gezeigt ist, umfassen der erste und zweite Kanal 62, 64 jeweils
mehrere Kaltströmungslöcher 70,
die zum Verstärken
der Strömung
von Hydraulikfluid durch den Abscheider 42 dienen. Es versteht
sich aber, dass der erste und zweite Kanal 62, 64 eine
beliebige Anzahl an Kaltströmungslöchern 70 oder
keine Kaltströmungslöcher aufweisen
können, ohne
vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Unter
erneutem Bezug auf 2 steht der erste Kanal 62 mit
einem ersten Zyklonenabscheider 72 in Verbindung. Der erste
Zyklonenabscheider 72 dient zum Nutzen von Zentrifugalkräften zum
Abscheiden von Luft oder anderen Gasen von dem Hydraulikfluid, wenn
das Hydraulikfluid durch einen (nicht gezeigten) spiralförmigen Kanal
in dem ersten Zyklonenabscheider 72 strömt. Der erste Zyklonenabscheider 72 steht
mit einer ersten Auslassöffnung 76 in
Verbindung, die sich an einer Bodenfläche des ersten Zyklonenabscheiders 72 befindet.
Die erste Auslassöffnung 76 steht
mit dem ersten Behälter 32 (1)
in Verbindung und übermittelt
das entlüftete Hydraulikfluid
zurück
zu dem ersten Behälter 32.
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Der
zweite Kanal 64 steht mit einem zweiten Zyklonenabscheider 74 in
Verbindung. Der zweite Zyklonenabscheider 74 dient zum
Nutzen von Zentrifugalkräften
zum Abscheiden von Luft oder anderen Gasen von dem Hydraulikfluid,
wenn das Hydraulikfluid durch einen (nicht gezeigten) spiralförmigen Kanal
in dem zweiten Zyklonenabscheider 74 strömt. Der
zweite Zyklonenabscheider 74 steht mit einer zweiten Auslassöffnung 78 in
Verbindung, die sich an einer Bodenfläche des zweiten Zyklonenabscheiders 74 befindet.
Die zweite Auslassöffnung 78 steht
mit dem ersten Behälter 32 (1)
in Verbindung und übermittelt
das entlüftete
Hydraulikfluid zurück
zu dem ersten Behälter 32.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
sind der erste und zweite Zyklonenabscheider 72, 74 als eine
einzige integrierte Einrichtung ausgeführt, wobei sie ein gemeinsames
Gehäuse 80 nutzen.
Durch Integrieren von zwei Zyklonenabscheidern 72, 74 wird die
Rate der Hydraulikfluidentlüftung
angehoben.
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Unter
kombiniertem Bezug auf 1–3 wird nun
der Betrieb des Hydrauliksystems 22 beschrieben. In dem
ersten Behälter 32 gespeichertes Hydraulikfluid
wird von der ersten Pumpe 38 zu dem Hydraulikkreislauf 30 gepumpt.
Das Hydraulikfluid wird durch den Ventilkörper 44 übermittelt
und der dualen Kupplungsanordnung 16 und den mehreren Zahnradsätzen 18 geliefert,
um Schmierung, Kühlung
und Steuerung vorzusehen. Das in den mehreren Zahnradsätzen 18 verwendete
Hydraulikfluid läuft
von den mehreren Zahnradsätzen 18 ab
und wird in dem zweiten Behälter 34 gesammelt.
Analog läuft
in der dualen Kupplungsanordnung 16 verwendetes Hydraulikfluid
von der dualen Kupplungsanordnung 16 ab und wird in dem
dritten Behälter 36 gesammelt.
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An
diesem Punkt während
des Betriebs des Hydrauliksystems 22 ist es möglich, dass
das Hydraulikfluid in dem zweiten und dritten Behälter 34, 36 zumindest
teilweise mit Luft in dem System 22 versetzt wurde. Das
mit Luft versetzte Hydraulikfluid wird dann durch die zweite Pumpe 38 von
dem zweiten und dritten Behälter 34, 36 gepumpt
und dem Abscheider 42 zugeführt. Der Abscheider 42 scheidet wie
vorstehend beschrieben die Luft von dem Hydraulikfluid ab. Das entlüftete Hydraulikfluid
wird dann von dem Abscheider 42 zurück zu dem ersten Behälter 32 übermittelt
und der Zyklus läuft
weiter fort.
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Die
Beschreibung der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur, und Änderungen,
die nicht vom Kern der Erfindung abweichen, sollen innerhalb des Schutzumfangs
der Erfindung liegen. Solche Änderungen
sind nicht als ein Abweichen vom Wesen und Schutzumfang der Erfindung
zu betrachten.