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GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese Erfindung bezieht sich auf einen bürstenlosen Motor und im besonderen auf einen bürstenlosen Mikromotor. Der Term „bürstenloser Mikromotor”, wie er in dieser Beschreibung und in den angefügten Ansprüchen verwendet wird, soll sich auf einen bürstenlosen Motor beziehen, der eine geringe Größe aufweist und einen Leistungsbereich von einigen wenigen Watt bis einigen Hundert Watt aufweist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Ein Läufer eines herkömmlichen bürstenlosen Motors ist in 11 wiedergegeben. Der Läufer 20 umfasst eine Welle 21, einen auf der Welle 21 befestigten Läuferkern, auf der radialen Außenfläche des Läuferkerns montierte Magnete 23 und einen Rückhaltering 26 zum Zurückhalten der Magnete 23 auf dem Läuferkern entgegen der Zentrifugalkraft. Der Rückhaltering 26 ist gewöhnlich aus rostfreiem Stahl gefertigt und muss sehr dünn sein, beispielsweise weniger als 0,2 mm Dicke, sonst wird das Leistung des Motors signifikant verringert. Demzufolge wird eine Werkzeugbestückung benötigt, die Toleranzregelung muss sehr streng sein, und die Produktionskosten sind hoch.
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Zusätzliche Metallscheiben 24 und 25 sind auf jedem Ende des Läuferkerns vorgesehen, und der Läufer wird durch Bohrlöcher 27 in den Scheiben gewuchtet. Die Scheiben werden gewöhnlich aus Kupfer gefertigt, welches sehr teuer ist.
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Es gibt einen Bedarf für einen bürstenlosen kostengünstigeren Mikromotor, welcher zumindest genauso zuverlässig ist.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Folglich stellt die vorliegende Erfindung in einer deren Aspekte einen bürstenlosen Motor bereit, umfassend einen Ständer und einen auf dem Ständer drehbar montierten Läufer, wobei der Läufer eine Welle, einen auf der Welle befestigten Läuferkern, und auf dem Motorkern befestigte Magneten umfasst; wobei zwei Abdeckungen auf den jeweiligen Enden des Läuferkerns angebracht sind, wobei eine der beiden Abdeckungen das eine Ende des Läuferkerns und wenigstens einen Teil der radial äußeren Umfangsfläche des Läuferkerns abdeckt, wobei die andere der zwei Abdeckungen wenigstens das andere Ende des Läuferkerns abdeckt.
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Vorzugsweise ist eine Mehrzahl von sich axial erstreckenden Nuten in der radial äußeren Umfangsfläche des Läuferkerns gebildet, und eine Mehrzahl von Ankern sind an einer Innenfläche der beiden Abdeckungen gebildet und greifen in die Nuten.
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Vorzugsweise sind die Magnete auf der Umfangsfläche des Läuferkerns montiert, und jede Nut ist jeweils zwischen zwei benachbarten Magneten angeordnet.
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Vorzugsweise ist eine Mehrzahl von sich axial erstreckenden Rippen auf der Umfangsfläche des Läuferkerns gebildet, wobei jede Rippe jeweils zwischen zwei benachbarten Magneten angeordnet ist.
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Vorzugsweise erfassen die beiden Abdeckungen fest den Schaft, und die gesamte Umfangsfläche des Läuferkerns ist im Wesentlichen durch die beiden Abdeckungen abgedeckt, und die Schnittstelle zwischen den beiden Abdeckungen ist durch Kleber abgedichtet.
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Vorzugsweise weist jede Abdeckung eine die Schnittstelle zwischen den Abdeckungen bildende gegenüber liegende Fläche auf, und die gegenüber liegenden Flächen weisen eine in Axialrichtung der Welle geneigte Fläche auf, um die Kontaktfläche für die klebende Abdichtung zu erhöhen.
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Vorzugsweise ist ein Verriegelungsmechanismus zwischen den beiden Abdeckungen gebildet, um die beiden Abdeckungen miteinander zu verriegeln.
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Vorzugsweise umfasst der Ständer ein Gehäuse, und der Ständerkern ist an dem Gehäuse befestigt, wobei eine Mehrzahl von Öffnungen in zwei Enden des Gehäuses gebildet ist; wobei eine Mehrzahl von Lamellen in wenigstens einer der Abdeckungen gebildet ist, um einen Luftstrom zu erzeugen, wenn der Läufer sich dreht, wobei der Luftstrom entlang eines Luftdurchlasses strömt, welcher die in einem Ende des Gehäuses gebildeten Öffnungen, Lücken in dem Motor und die in dem anderen Ende des Gehäuses gebildete Öffnungen umfasst.
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Vorzugsweise ist ein Ring einstückig mit den Lamellen gebildet.
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Vorzugsweise umfasst der Ständerkern ein Joch, eine Mehrzahl von sich von dem Joch nach innen erstreckenden Zähnen, und um die Zähne gewickelte Ständerwicklungen; wobei der Luftdurchlass beinhaltet die Lücken zwischen den Feldwicklungen aufweist.
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Vorzugsweise ist wenigstens ein Wuchtelement zur Wuchtung des Läufers an den Lamellen befestigt.
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Alternativ ist eine Mehrzahl von Löchern in den beiden Abdeckungen gebildet und Wuchtelemente sind zur Wuchtung des Läufers an den Löchern angebracht.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden nun lediglich beispielhaft mit Bezug auf die Figuren der beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den Figuren sind identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Figur wiedergegeben sind, mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Abmessungen der Bestandteile und in den Figuren wiedergegebene Merkmale wurden im Allgemeinen zur Klarheit und Zweckmäßigkeit der Darstellung ausgewählt und sind nicht zwangsläufig maßstabsgetreu wiedergegeben. Im Folgenden sind die Figuren gelistet.
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1 ist eine Explosionsdarstellung eines Läufers eines bürstenlosen Mikromotors nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine Querschnittsdarstellung des Läufers der 1;
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3 ist eine isometrische Darstellung des Läufers der 1;
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4 veranschaulicht einen Ständer eines bürstenlosen Mikromotors;
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5 ist eine Teilschnittdarstellung eines zusammengesetzten bürstenlosen Mikromotors, einschließlich des Läufers aus 1 und des Ständers aus 4;
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6 veranschaulicht einen Läufer für einen bürstenlosen Motor nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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7 ist eine Explosionsdarstellung eines Läufers für einen bürstenlosen Motor nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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8 ist eine Zusammenbauansicht des Läufers der 7;
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9 ist eine Querschnittsdarstellung eines Läufers eines bürstenlosen Mikromotors gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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10 ist eine Explosionsdarstellung eines Läufers eines bürstenlosen Motors nach einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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11 ist ein Läufer eines herkömmlichen bürstenlosen Mikromotors.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 bis 10 veranschaulichen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. 1 und 3 veranschaulichen einen Läufer gemäß einer ersten Ausführungsform und 2 veranschaulicht einen Querschnitt des Läufers.
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Der Läufer umfasst eine Welle 31, einen an der Welle 31 befestigten Läuferkern 32 und eine Mehrzahl von an dem Läuferkern 32 montierten Magneten 33. Zwei Kunststoffabdeckungen 34, 35 sitzen an jeweiligen Enden des Läuferkerns 32 im Presssitz. Bei dieser Ausführungsform sind die Magnete 33 an der radial äußeren Umfangsfläche des Läuferkerns durch Kleber montiert und die Magnete 33 sind umfänglich um den Läufer angeordnet. Eine Mehrzahl von sich axial erstreckenden Nuten 37 sind in der Oberfläche des Läuferkerns 32 gebildet und jede Nut 37 ist zwischen zwei benachbarten Magneten 33 angeordnet. D. h., dass die Magneten 33 und die Nuten 37 alternierend angeordnet sind. Jede zwei benachbarte Nuten 37 definieren einen Bereich, wo einer der Magnete 33 montiert ist. Die Nuten 37 werden, wie später beschrieben wird, ebenfalls dafür verwendet, um die zwei Abdeckungen 34, 35 zu erfassen.
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Eine Mehrzahl von Ankern 36 ist an der Innenfläche der beiden Abdeckungen 34, 35 gebildet. Wenn die Abdeckungen an dem Läuferkern 32 montiert werden, werden die Anker 36 zuerst entlang der korrespondierenden Nuten 37 ausgerichtet, und dann werden die Abdeckungen auf den Läuferkern 32 gepresst. Die Abdeckung 34 deckt ein Ende des Läuferkerns 32 und einen Teil der Umfangsfläche des Läuferkerns 32 ab. Gleichermaßen deckt die Abdeckung 35 das andere Ende des Läuferkerns 32 und den anderen Teil der Umfangsfläche des Rotorkerns 32 ab. Die Nuten 37 können im Vorhinein mit Kleber gefüllt werden, um sicher zu stellen, dass die Abdeckungen 34, 35 fest an dem Läuferkern 32 fixiert sind.
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Wie in 3 gezeigt, sind die Abdeckungen 34, 35 an dem Läuferkern 32 und der Welle 31 eingepresst und die gesamte Umfangsfläche des Läuferkerns ist im Wesentlichen durch die beiden Abdeckungen abgedeckt. Die Schnittstelle zwischen den beiden Abdeckungen 34, 35 kann durch einen Kleber abgedichtet werden, so dass der Läuferkern und die Magnete 33 isoliert sind und kein Risiko für die Entstehung von Rost auf dem Läuferkern 32 oder den Magneten besteht. Die Abdeckungen 34, 35 sind vorzugsweise aus Antirost-Kunststoffmaterial, wie PPS (Polyphenylensulfid) oder POM (Polyformaldeyd). Die Magnete 33 sind vorzugsweise Magnete aus seltenen Erden. Die Abdeckungen 34, 35 weisen vorzugsweise identische Strukturen auf.
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Bei dieser Ausgestaltung wird eine Mehrzahl von Lamellen 40 an den Enden jeder der beiden Abdeckungen 34, 35 gebildet und um die Welle 31 angeordnet. Obwohl jede Lamelle 40 sich in Radialrichtung des Motors erstrecken kann, können sich die Lamellen optional in einer Richtung, die von der Radialrichtung des Motors versetzt ist, erstrecken, beispielsweise von der Radialrichtung entlang der Richtung des Uhrzeigersinns versetzt. Dies ist zweckdienlich für Motoren, welche hauptsächlich in eine Richtung arbeiten. Optional kann jede Lamelle 40 zu der axialen Richtung des Läufers hin geneigt sein. Ein Luftstrom wird durch die Lamellen erzeugt, wenn sich der Läufer dreht. Der Luftstrom wird durch einen Luftdurchlass von einem Ende des Motors zum anderen Ende des Motors geleitet, um den Motor zu kühlen. Der Luftdurchlass wird nachstehend weiter beschrieben. Zusätzlich können Wuchtelemente 42 zum Wuchten des Läufers an den Lamellen gelagert sein. Das Wuchtelement 42 kann, wie in 3 gezeigt, die Form eines Metallclips haben. Verglichen mit der herkömmlichen Wuchtungsmethode durch Bohren von Löchern in den Motor, ist das Anbringen von Wuchtelementen gemäß der vorliegenden Erfindung einfacher.
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Zur Erhöhung der mechanischen Stärke der Lamellen 40 ist ein Ring 41 einstückig mit den Lamellen 40 ausgebildet. Vorzugsweise ist der Ring 41 an den radial äußeren Enden der Lamellen 40 gebildet, um zu verhindern, dass die gelagerten Wuchtelemente 42 von den Rillen unter Einfluss der Zentrifugalkraft rutschen.
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4 veranschaulicht einen Ständerkern 50 des bürstenlosen Mikromotors. Der Ständerkern 50 weist ein ringförmiges Joch 54, mit einer Mehrzahl von sich von dem Joch radial nach innen erstreckenden Zähne 53, auf, um die Ständerpole zu bilden. Ständerwicklungen 52 sind um die Zähne 53 gewickelt. Eine Mehrzahl von sich axial erstreckenden Nuten 51 ist in der radialen Außenfläche des Statorkerns 50 gebildet, um die Kühlung des Ständers zu unterstützen, indem ein Luftdurchlass bereit gestellt wird.
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5 veranschaulicht den zusammengesetzten Motor wobei ein Teil des Motorgehäuses geschnitten ist, um den Ständer und den Läufer frei zu legen. Der Ständer umfasst ein Gehäuse den an dem Gehäuse befestigten Ständerkern 50 und Feldwicklungen 52, die um die Zähne 53 des Ständerkerns gewickelt sind. Das Gehäuse ist mit zwei an die Verlängerungen des Ständerkerns (in 4 nicht gezeigt) verbolzten Lagerblöcke oder Endkappen 60 gezeigt. Alternativ kann das Gehäuse ein tiefgezogener Becher oder ähnliches sein, in welchen der Ständerkern gepresst oder anderweitig gesichert ist. Der Läufer ist in durch das Gehäuse gestützte Lager 64 eingesetzt. Eine Mehrzahl von Öffnungen 61 und 62 sind in den jeweiligen Enden des Gehäuses gebildet. Wenn sich der Läufer dreht, wird die Luft durch die auf der Abdeckung 34 gebildeten Lamellen 40 von den in einer Endkappe gebildeten Öffnungen 61 in den Motor gesaugt und dann über die in der anderen Endkappe gebildeten Öffnungen 62 durch auf der Abdeckung 35 gebildeten Lamellen aus dem Motor geblasen. D. h., dass der Luftdurchlass durch den Motor die Öffnungen 61, Lücken innerhalb des Motors und die Öffnungen 62 umfasst.
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Der Luftdurchlass umfasst die Lücken zwischen den Feldwicklungen 52, so dass die durch die Feldwicklungen 52 und/oder durch die Zähne 53 entstehende Hitze in den Luftstrom abgeleitet wird. Zusätzlich kann Luft entlang der Mehrzahl von in dem Ständerkern 50 gebildeten Nuten 51 strömen. Daher sind die Nuten 51 Teil des Luftdurchlasses.
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Im Vergleich zu einem herkömmlichen bürstenlosen Motor, wie er in 11 wiedergegeben ist, benötigt der bürstenlose Motor gemäß der bevorzugten Ausführungsformen keinen rostfreien Rückhaltering und keine Metallabdeckungen, so dass die Kosten reduziert sind. Zusätzlich weist der bürstenlose Motor gemäß der bevorzugten Ausführungsform einen einfachen Aufbau auf.
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6 veranschaulicht einen Läufer eines bürstenlosen Motors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Hauptunterschied zwischen dem in 3 wiedergegebenen Läufer und dem in 6 wiedergegebenen Läufer ist, dass bei dieser Ausführungsform der Ring 41, der einstückig mit den Lamellen 40 gebildet ist, an den radial inneren Enden der Lamellen 40 angeordnet ist. Das Formen dieser Abdeckung ist leichter, da der Ring 41, der sich an den radial inneren Enden der Lamellen 40 befindet, keine Fenster zwischen den Lamellen und dem Ring zum Durchlass von Luft benötigt.
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7 ist eine Explosionsdarstellung eines Läufers eines bürstenlosen Motors gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der bürstenlose Motor ist vorzugsweise in einer Kraftstoffpumpe eingesetzt. 8 ist eine Ansicht des zusammengebauten Läufers. Anstelle der Lamellen und des Rings ist eine Mehrzahl von Löchern 43 in den beiden Abdeckungen 34, 35 gebildet. Die Löcher 43 werden während des Formens der Abdeckung gebildet. Wuchtelemente können an den Löchern 43 zur Wuchtung des Läufers angebracht werden. Ein Verriegelungsmechanismus 39 ist zum Zusammenverriegeln der Abdeckungen in den beiden Abdeckungen 34, 35 gebildet. Bei dieser Ausgestaltung umfasst der Verriegelungsmechanismus 39 ein in einer Abdeckung 34 gebildetes Verriegelungsteil, das ein in der anderen Abdeckung 35 gebildetes Verriegelungsteil erfasst, um beide Abdeckungen zusammen zu halten, wenn die beiden Abdeckungen auf den Läuferkern 32 angebracht werden. Jedes der Verriegelungsteile weist eine rückwärts gerichtete Schulter auf und wenigstens eines der Verriegelungsteile eines jeden Paares von gegenüber liegenden Verriegelungsteilen weist einen sich axial erstreckenden zungenähnlichen Vorsprung auf, der ein die Schulter bildendes verbreitertes Ende aufweist. In der eingerasteten Position liegen die Schultern aneinander an, um die Trennung der Abdeckungen zu verhindern. Die Verriegelungsteile sind einstückig mit den Abdeckungen geformt. Lücken zwischen den gegenüber liegenden Seiten 38 der beiden Abdeckungen können mit Kleber abgedichtet werden. Vorzugsweise sind die gegenüber liegenden Seiten 38 in Axialrichtung abgeschrägt oder geneigt, um die Kontaktfläche für den Kleber zu vergrößern.
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9 veranschaulicht einen Querschnitt eines Läufers eines bürstenlosen Motors gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Hauptunterschied zwischen dem in 9 gezeigten Läufer und dem in 2 gezeigten Läufer ist, dass bei dieser Ausführungsform eine Mehrzahl von Nuten 37 und eine Mehrzahl von Rippen 44 an der radial äußeren Umfangsfläche des Läuferkerns 32 gebildet sind. Die Nuten 37 und die Rippen 44 sind alternierend angeordnet. Jede der Rippen 44 erstreckt sich axial und wird als ein Abgrenzer zwischen zwei benachbarten Magneten 33 benutzt. Das heißt, jede Rippe 44 und eines seiner benachbarten Nuten 37 definieren einen Bereich, an welchem ein Magnet 33 montiert ist.
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10 veranschaulicht einen weiteren Läufer eines bürstenlosen Motors gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Hauptunterschied zwischen dem in 1 wiedergegebenen Läufer und dem in 10 wiedergegebenen Läufer ist, dass bei dieser Ausgestaltung die Abdeckung 34 eine längere axiale Länge als die Abdeckung 35 aufweist. Die Abdeckung 34 deckt ein Ende des Läuferkerns 32 ab und die gesamte Umlauffläche des Läuferkerns 32, während die Abdeckung 35 nur das andere Ende des Läuferkern 32 abdeckt. Zwei Ringe, die jeweils die radial inneren Enden und die radial äußeren Enden der Lamellen miteinander verbinden, sind einstückig mit jeder Abdeckung geformt. Beispielsweise ist bei der Abdeckung 35 ein Ring mit den radial inneren Enden der Lamellen einstückig gebildet, und der andere Ring ist einstückig mit den radial äußeren Enden der Lamellen gebildet.
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Als eine alternative Ausgestaltung können die beiden Abdeckungen 34 und 35 des Läufers, wie sie in 3, 6 oder 8 wiedergegeben sind, unterschiedliche axiale Längen aufweisen.
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In der Beschreibung und in den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung wird jedes der Verben „umfassen”, „aufweisen”, „beinhalten” und „haben” sowie dessen Variationen, in einem einschließenden Sinn verwendet, um die Gegenwart des genannten Elements zu spezifizieren und nicht das Vorhandensein weiterer Elemente auszuschließen.
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Obgleich die Erfindung anhand eines oder mehrerer Ausführungsbeispiele beschrieben wird, sollte durch den Fachmann berücksichtigt werden, dass verschiedene Modifizierungen möglich sind. Demnach ist der Schutzbereich der Erfindung durch die folgenden Ansprüche bestimmt.
