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GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Drehmomentwandler für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang und insbesondere auf einen passiven mechanischen Drehmomentwandler für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang, der zwei Fliehkraftkupplungen, eine Planetenradanordnung und eine Einwegkupplung aufweist.
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HINTERGRUND
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Die Aussagen in diesem Abschnitt bieten lediglich Hintergrundinformationen, die mit der vorliegenden Offenbarung in Beziehung stehen, und brauchen keinen Stand der Technik zu bilden.
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Viele moderne Automatikgetriebekonfigurationen für Pkw und leichte Nutzfahrzeuge umfassen eine Vielzahl von Planetenradanordnungen, die als Tandem angeordnet sind. Verschiedene feste Elemente sowie selektiv einrückbare Kupplungen und Bremsen verbinden Elemente der Planetenradanordnungen, um eine Abfolge von Übersetzungsverhältnissen oder Gängen zu bieten.
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Ein integraler Bestandteil dieser Automatikgetriebekonfigurationen ist ein Drehmomentwandler, eine mit Fluid gefüllte Einrichtung, die nicht nur Motordrehmoment vervielfacht, sondern auch als eine Fluidkupplung zwischen dem Motor und Getriebe fungiert, die im Leerlauf den Motorabtrieb von dem Getriebeeingang trennt.
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Während die Trennung, die durch einen Drehmomentwandler vorgesehen wird, eine Notwendigkeit ist, sind seit langem Fragen bezüglich Effizienz und die Kosten dieser Einrichtung aufgeworfen worden, vor allem bezüglich der Art der Kopplung zwischen dem Motorabtrieb und dem Getriebeeingang, die der Drehmomentwandler bietet. Eine Verbesserung, die vor vielen Jahren angenommen wurde, ist der Drehmomentwandler mit Überbrückungskupplung. Bei dieser Vorrichtung werden, wenn der Drehmomentwandler (und der gesamte Antriebsstrang) eine bestimmte Drehzahl erreicht, der Eingang und der Ausgang des Drehmomentwandlers miteinander verriegelt, wodurch jegliche Fluidverluste (Reibungsverluste) zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Drehmomentwandlers beseitigt werden. Dennoch stellt diese Einrichtung immer noch eine beträchtlich komplexe und teuere Antriebsstrangkomponente dar, und Anstrengungen, um die selektive Drehmomentkopplung zwischen dem Motorabtrieb und dem Getriebeeingang zu verbessern, halten an.
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Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die vorliegende Erfindung stellt einen passiven mechanischen Drehmomentwandler bereit, der einen herkömmlichen mit Fluid gefüllten Drehmomentwandler ersetzt und sowohl eine verbesserte Leistung als auch reduzierte Komplexität bietet. Der Drehmomentwandler der vorliegenden Erfindung umfasst ein Eingangselement, das durch ein Antriebsaggregat angetrieben wird und mit einem Eingang einer ersten Fliehkraftkupplung gekoppelt ist. Der Ausgang der ersten Fliehkraftkupplung ist mit sowohl einem Element einer Planetenradanordnung als auch dem Eingang einer zweiten, doppelseitigen Fliehkraftkupplung gekoppelt. Ein anderes Element der Planetenradanordnung ist mit einer Seite einer Einwegkupplung (Überholkupplung) gekoppelt, deren andere Seite zum Beispiel an einem Getriebegehäuse festgelegt ist. Der Ausgang der zweiten, doppelseitigen Fliehkraftkupplung und das dritte Element der Planetenradanordnung sind mit einem Ausgangselement gekoppelt.
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Somit ist es ein Aspekt der vorliegenden Erfindung, einen passiven mechanischen Drehmomentwandler bereitzustellen.
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Es ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, einen passiven mechanischen Drehmomentwandler mit zwei Fliehkraftkupplungen bereitzustellen.
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Es ist noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, einen passiven mechanischen Drehmomentwandler mit zwei Fliehkraftkupplungen und einer Planetenradanordnung bereitzustellen.
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Es ist noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, einen passiven mechanischen Drehmomentwandler mit zwei Fliehkraftkupplungen und einer Einwegkupplung bereitzustellen.
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Es ist noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, einen passiven mechanischen Drehmomentwandler mit zwei Fliehkraftkupplungen, einer Planetenradanordnung und einer Einwegkupplung bereitzustellen.
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Weitere Aspekte, Vorteile und Anwendbarkeitsbereiche werden aus der hierin angegebenen Beschreibung deutlich werden. Es ist zu verstehen, dass die Beschreibung und die besonderen Beispiele lediglich zu Veranschaulichungszwecken vorgesehen sind und den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken sollen.
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ZEICHNUNGEN
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Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur zu Veranschaulichungszwecken und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
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1 ist eine schematische Zeichnung eines passiven mechanischen Drehmomentwandlers gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine Halbschnittansicht eines passiven mechanischen Drehmomentwandlers gemäß der vorliegenden Erfindung;
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3 ist eine vergrößerte Schnittansicht einer doppelseitigen Kupplung eines passiven mechanischen Drehmomentwandlers gemäß der vorliegenden Erfindung; und
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4 ist ein Graph, der Drehmomentverhältnis, Wirkungsgrad und K-Faktor über Drehzahlverhältnis eines passiven mechanischen Drehmomentwandlers gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Nutzungen nicht beschränken.
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Unter Bezugnahme auf 1 ist ein schematisches (Hebel-)Diagramm eines passiven mechanischen Drehmomentwandlers gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, und die Einrichtung ist allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Der passive mechanische Drehmomentwandler 10 umfasst ein Eingangselement 12, das vorzugsweise und typischerweise mit einem Antriebsaggregat 14 gekoppelt ist und durch dieses angetrieben wird. Das Eingangselement 12 ist mit einem Eingang einer ersten Fliehkraft-Reibkupplungsanordnung 20 gekoppelt und treibt diesen an. Ein Ausgang der ersten Fliehkraftkupplungsanordnung 20 ist mit einem ersten Element oder Knoten 60A einer Planetenradanordnung 60 gekoppelt und treibt dieses bzw. diesen an. Das erste Element des Knotens 60A der ersten Planetenradanordnung 60 ist auch mit einem Eingang einer zweiten, doppelseitigen Fliehkraft-Reibkupplungsanordnung 70 gekoppelt. Der Ausgang der zweiten, doppelseitigen Fliehkraft-Reibkupplungsanordnung 70 ist mit einem zweiten Element oder Knoten 60B der Planetenradanordnung 60 gekoppelt und treibt ein Ausgangselement 16 an, das mit einem Automatikgetriebe 18 gekoppelt ist und dieses antreibt. Das dritte Element oder der dritte Knoten 60C der Planetenradanordnung 60 ist mit einer Seite einer Einweg- oder Überholkupplung 130 verbunden. Die andere Seite der Einweg- oder Überholkupplung 130 ist mit Masse gekoppelt, welche ein Gehäuse, wie ein Glockengehäuse 132 des Automatikgetriebes 18, sein kann.
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Nun unter Bezugnahme auf 2 umfasst der passive mechanische Drehmomentwandler 10 der vorliegenden Erfindung eine Eingangswelle oder ein Eingangselement 12, die bzw. das mit einer ersten Eingangsnabe 22 der ersten Fliehkraft-Reibkupplungsanordnung 20 verbunden ist, die mehrere Keile 24 aufweist, die mit mehreren komplementären Keilnuten 26 an mehreren ersten Reibkupplungsplatten oder -scheiben 28 in Eingriff stehen. Mehrere zweite Reibplatten oder -scheiben 32 greifen mit den mehreren ersten Reibplatten oder -scheiben 28 ineinander und umfassen mehrere Keile 34 um ihre Umfänge, die mit mehreren Keilnuten 36 in einer ersten Ausgangsnabe 38 in Eingriff stehen. Die erste Ausgangsnabe 38 ist mit einer Welle, Hohlwelle oder einem rotierenden Element 40 gekoppelt oder einstückig mit dieser bzw. diesem gebildet.
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An einem Ende der mehreren ineinandergreifenden Reibkupplungsplatten oder -scheiben 28 und 32 ist eine Anlegeplatte 42 angeordnet. Auf die Anlegeplatte 42 wirkt ein Ende 44 eines Hebelarms 46, der an einem Drehzapfen 48 angeordnet ist. Das andere Ende des Hebelarms 52 ist im Allgemeinen parallel zu der Drehachse des passiven mechanischen Drehmomentwandlers 10 (und der Eingangswelle oder dem Eingangselement 12) angeordnet und endet in einer Masse oder einem Gewicht 56. Es ist festzustellen, dass andere eine axiale Kraft erzeugende Betätigungseinrichtungen, wie Kugeln, Wälzkörper oder andere ähnliche Massen, die mit einer oder einem Paar Rampen oder schrägen Flächen in Eingriff stehen, in der ersten Fliehkraft-Reibkupplungsanordnung 20 verwendet werden können. Es ist auch festzustellen, dass die erste Eingangsnabe 22 und die erste Ausgangsnabe 38 Ringe sind und dass die Reibkupplungsplatten oder -scheiben 28 und 32 und die Anlegeplatte 42 kreisförmig sind und dass, obgleich in 2 ein einziger Hebelarm 46, ein Drehzapfen 48 und eine Masse oder ein Gewicht 56 dargestellt sind, zu verstehen ist, dass zum Beispiel mehrere, d. h. drei, vier, sechs oder mehr dieser Anordnungen um die erste Eingangsnabe 22 in gleich beabstandeten Umfangsintervallen, zum Beispiel 120°, 90° oder 60°, montiert sind. An dem entgegengesetzten Ende der mehreren ineinandergreifenden Reibkupplungsplatten oder -scheiben 28 und 32 ist eine Anschlag- oder Reaktionsplatte 58 angeordnet.
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Die Planetenradanordnung 60 ist bevorzugt eine zusammengesetzte Planetenradanordnung und umfasst ein Sonnenrad 62, das mit der Welle, Hohlwelle oder dem rotierenden Element 40 gekoppelt ist, die bzw. das wiederum mit der ersten Ausgangsnabe 38 gekoppelt ist. Die Planetenradanordnung 60 umfasst einen Planetenradträger 64, der mehrere erste Planetenräder 66A (von denen in 2 eines dargestellt ist), die in ständiger Kämmung mit dem Sonnenrad 62 stehen, und mehrere zweite Planetenräder 66B (von denen eines in 2 dargestellt ist) frei drehbar lagert. Die mehreren zweiten Planetenräder 66B stehen wiederum in ständiger Kämmung mit einem Hohlrad 68. Das Hohlrad 68 ist mit der Ausgangswelle 16 gekoppelt und treibt diese an. Es ist zu verstehen, dass die Verhältnisse, die durch die Zahnräder 62, 66A, 66B und 68 bereitgestellt werden, über einen weiten Bereich eingestellt werden können, um sich spezifischen Anwendungen anzupassen, und dass auch eine einfache Planetenradanordnung mit einem einzigen Satz Planetenrädern anstatt der beschriebenen zusammengesetzten Anordnung benutzt werden kann und einen Teil der vorliegenden Erfindung bildet. Schließlich ist zu verstehen, dass verschiedene Verbindungsanordnungen des Sonnenrads 62, des Planetenradträgers 64 und des Hohlrads 68 mit den anderen Komponenten des passiven mechanischen Drehmomentwandlers 10 möglich sind, ohne weiteres durchgeführt werden können und somit einen Teil der vorliegenden Erfindung bilden.
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Nun unter Bezugnahme auf die 2 und 3 ist die Welle, Hohlwelle oder das rotierende Element 40 auch mit einer zweiten Eingangsnabe 72 der zweiten, doppelseitigen Fliehkraft-Reibkupplungsanordnung 70 gekoppelt. Die zweite Eingangsnabe 72 umfasst mehrere Keile 74, die mit mehreren komplementären Keilnuten 76 an mehreren ersten Reibkupplungsplatten oder -scheiben 78 in Eingriff stehen. Mehrere zweite Reibplatten oder -scheiben 82 greifen mit den mehreren ersten Reibplatten oder -scheiben 78 ineinander und umfassen mehrere Keile 84 um ihre Umfänge herum, die mit mehreren Keilnuten 86 in einer zweiten Ausgangsnabe 88 in Eingriff stehen. Die zweite Ausgangsnabe 88 ist mit der Ausgangswelle oder dem Ausgangselement 16 gekoppelt oder einstückig mit dieser bzw. diesem gebildet.
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An einem Ende der mehreren ineinandergreifenden Reibkupplungsplatten oder -scheiben 78 und 82 ist eine zweite Anlegeplatte 92 angeordnet. Auf die zweite Anlegeplatte 92 wirkt ein angelenkter Wipphebel oder ein angelenktes Wippelement 94, der bzw. das einen Drehzapfen 96 aufweist, der in seinem radialen Mittelpunkt angeordnet und an einem Steg oder einer Verlängerung 98 der zweiten Eingangsnabe 72 befestigt ist. Auf das angelenkte Wippelement 94 wirkt wiederum an einem inneren Ende ein Ende 102 eines ersten Hebelarms 104, der an einem Drehzapfen 106 angeordnet ist, der an der zweiten Eingangsnabe 72 befestigt ist. Das andere Ende des ersten Hebelarms 104 ist im Allgemeinen parallel zu der Drehachse des passiven mechanischen Drehmomentwandlers 10 (und der Welle, Hohlwelle oder des rotierenden Elements 40) angeordnet und endet in einer Masse oder einem Gewicht 108. Auf das angelenkte Wippelement 94 wirkt an einem äußeren Ende über ein Drucklager 110 ein Ende 112 eines zweiten Hebelarms 114, der an einem Drehzapfen 116 angeordnet ist, der an der zweiten Ausgangsnabe 88 befestigt ist. Das andere Ende des zweiten Hebelarms 114 ist im Allgemeinen parallel zu der Drehachse des passiven mechanischen Drehmomentwandlers 10 (und der Welle, Hohlwelle oder des rotierenden Elements 40) angeordnet und endet in einer Masse oder einem Gewicht 118. Es ist festzustellen, dass andere eine axiale Kraft erzeugende Betätigungseinrichtungen, wie Kugeln, Wälzkörper oder andere ähnliche Massen, die mit einer oder einem Paar Rampen oder schrägen Flächen in Eingriff stehen, in der zweiten, doppelseitigen Fliehkraft-Reibkupplungsanordnung 70 verwendet werden können.
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Es ist auch festzustellen, dass die zweite Eingangsnabe 72 und die zweite Ausgangsnabe 88 Ringe sind und dass die Reibkupplungsplatten oder -scheiben 78 und 82 und die Anlegeplatte 92 kreisförmig sind und dass, obgleich in den 2 und 3 nur ein angelenktes Wippelement 94, ein erster Hebelarm 104, ein Drehzapfen 106 und eine Masse oder ein Gewicht 108 und ein zweiter Hebelarm 114, ein Drehzapfen 116 und eine Masse oder ein Gewicht 118 dargestellt sind, zu verstehen ist, dass zum Beispiel mehrere, d. h. drei, vier, sechs oder mehr dieser Anordnungen um die zweite Eingangsnabe 72 und die zweite Ausgangsnabe 88 in gleich beabstandeten Umfangsintervallen, zum Beispiel 120°, 90° oder 60°, montiert sind. An dem entgegengesetzten Ende der mehreren ineinandergreifenden Reibkupplungsplatten oder -scheiben 78 und 82 ist eine Anschlag- oder Reaktionsplatte 122 angeordnet.
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Eine Seite (ein Eingang) der Einweg- oder Überholkupplung 130 ist mit dem Planetenradträger 64 gekoppelt, und die andere Seite (ein Ausgang) der Einweg- oder Überholkupplung 130 ist mit Masse oder einem feststehenden Gehäuse, wie dem Glockengehäuse 132 des Automatikgetriebes 18, gekoppelt. Die Einweg- oder Überholkupplung 130 ist konfiguriert und angeordnet, um eine Drehung des Planetenradträgers 64 in der gleichen absoluten Richtung wie die Eingangswelle 12 und die Welle, Hohlwelle oder das rotierende Element 40 zuzulassen und einer Drehung des Planetenradträgers 64 in einer Richtung entgegengesetzt zu der Drehung der Eingangswelle 12 und der Welle, Hohlwelle oder des rotierenden Elements 40 Widerstand entgegenzubringen und diese zu unterbinden. Die Einweg- oder Überholkupplung 130 kann irgendeine beliebige herkömmliche Art der Einweg- oder Überholkupplung, wie eine Klemmkörper- oder Kugellagerkupplung, mit einer geeigneten Drehmomenttransportleistung sein.
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Nun unter Bezugnahme auf die 2 und 4 wird die Arbeitsweise des passiven mechanischen Drehmomentwandlers 10 beschrieben. Die linksseitige vertikale (Y) Achse stellt Drehmomentverhältnis-Wirkungsgradwerte dar und bezieht sich auf Linien 142 und 144. Die rechtsseitige vertikale (Y) Achse stellt Eingangs-K-Faktorwerte dar und bezieht sich auf eine Linie 146. Die horizontale (X) Achse stellt Eingangs-zu-Ausgangs-Drehzahlverhältniswerte dar und bezieht sich auf die drei Linien 142, 144 und 146. Im Stillstand, der durch die linke Seite des Graphen von 4 dargestellt ist, rotiert keine der beiden Seiten der doppelseitigen Fliehkraft-Kupplungsanordnung 70, so es sie keine Drehmomentübertragungsfähigkeit hat. Das gesamte Drehmoment der ersten Fliehkraft-Reibkupplungsanordnung 20 wird durch die Planetenradanordnung 60, die eine Drehmomentvervielfachung vornimmt, transportiert. Die Linie 142 stellt das Drehmomentverhältnis dar, das bei 2,0, dem Stillstand-Drehmomentverhältnis, beginnt, das das Verhältnis ist, das von der Planetenradanordnung 60 im Stillstand geliefert wird, welches schließlich auf 1,0 (Eins) abfällt.
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Wenn die Drehzahl der Ausgangswelle 16 zunimmt, bis zu etwa einem Drehzahlverhältnis, das der Kehrwert des Stillstand-Drehmomentverhältnisses ist, ist die Eingangsdrehzahl der zweiten, doppelseitigen Fliehkraft-Reibkupplungsanordnung 70 höher als die Ausgangsdrehzahl, und diese Drehzahldifferenz bringt das Wippelement 94 in ein Ungleichgewicht, das die Reibplatten oder -scheiben 78 und 82 zusammendrückt und beginnt, Drehmoment zu übertragen. Diese Aktion beginnt das Eingangsdrehmoment zwischen dem Drehmomentvervielfachungsweg durch die Planetenradanordnung 60 und einem direkten Weg durch die zweite, doppelseitige Fliehkraft-Kupplungsanordnung 70 zu verzweigen, wodurch die Drehmomentvervielfachungswirkung der Planetenradanordnung 60 vermindert wird. Schließlich, wenn die Drehzahl der Komponenten zunimmt, nimmt die Differenz zwischen der Eingangsdrehzahl und der Ausgangsdrehzahl ab und der Arbeitspunkt bewegt sich über 4 von links nach rechts, wobei das gesamte Drehmoment durch beide Fliehkraftkupplungen 20 und 70 übertragen wird.
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Wenn sich das Drehzahlverhältnis Eins nähert, weist die zweite, doppelseitige Fliehkraft-Kupplungsanordnung 70 (im Gegensatz zu der ersten Fliehkraftkupplung 20) eine fortlaufend geringer werdende Drehmomentübertragungsfähigkeit auf, sodass in der Nähe der Verriegelung oder Überbrückung der größte Teil der oder die gesamte Drehmomentübertragung durch sie hindurch aufgehört hat. Dies ergibt eine sanfte Verriegelungs- oder Überbrückungsaktion ähnlich wie bei einer Fluidkupplung. Linie 144 stellt den Wirkungsgrad des passiven mechanischen Drehmomentwandlers 10 dar, der natürlich bei Null auf der linken Seite von 4 beginnt. Die Linie 146 stellt den Eingangs-K-Faktor dar, der während der anfänglichen Betriebsstadien konstant ist und dann signifikant ansteigt, wenn das Eingangs-zu-Ausgangs-Drehzahlverhältnis annähernd 0,8 durchläuft.
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Die Beschreibung der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur, und Abwandlungen, die nicht vom Kern der Erfindung abweichen, sollen im Umfang der Erfindung liegen. Derartige Abwandlungen sind nicht als eine Abweichung vom Gedanken und Umfang der Erfindung anzusehen.
