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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fahrradgenerator, insbesondere einen Generator für ein Fahrrad.
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Stand der Technik
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Fahrradgeneratoren zum Laden unterschiedlicher Bauteile, die an dem Fahrrad angebracht sind, wie beispielsweise ein elektrisches Schaltsystem oder Lichter, sind bekannt. Zum Beispiel offenbart die japanische Patentanmeldung Nr.
JP 2007 230 340 A , deren Gesamtheit durch Bezug hierin einbezogen ist, einen Generator, der in dem Tretlager eines Fahrrads angeordnet ist und zum Laden eines elektrischen Schaltsystems verwendet wird. US-Patent
US 7 002 280 B2 , dessen Gesamtheit durch Bezug hierin einbezogen ist, offenbart einen Generator oder Dynamo, der in der Nabe des Fahrrads angeordnet ist.
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Im Lichte des vorher Gesagten besteht ein Bedürfnis nach einem verbesserten Fahrradgenerator.
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Darstellung der Erfindung und der bevorzugten Ausführungsformen
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In Übereinstimmung mit einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrradgenerator bereitgestellt, der einen Stator, ein sich drehendes Element, das eine Drehachse definiert, einen Magneten, der dem Stator zugewandt angeordnet ist, eine erste Übertragungsanordnung, die eine Drehbewegung des sich drehenden Elements auf den Magneten mit einem ersten Drehgeschwindigkeitsverhältnis überträgt, wenn das sich drehende Element sich in eine erste Richtung dreht, und eine zweite Übertragungsanordnung, die eine Drehbewegung des sich drehenden Elements auf den Magneten mit einem zweiten Drehgeschwindigkeitsverhältnis überträgt, wenn das sich drehende Element sich in eine zweite Richtung dreht, aufweist. Das zweite Drehgeschwindigkeitsverhältnis ist größer als das erste Drehgeschwindigkeitsverhältnis.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Fahrradgenerator ein Stützelement auf, das den Magneten stützt und zwischen dem Planetenradelement und dem Magneten angeordnet ist. Vorzugsweise überträgt die erste Übertragungsanordnung eine Drehbewegung an den Magneten nur, wenn das sich drehende Element sich in die erste Richtung dreht, und die zweite Übertragungsanordnung überträgt eine Drehbewegung an den Magneten nur, wenn das sich drehende Element sich in die zweite Richtung dreht.
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Es ist bevorzugt, dass Fahrradgenerator ferner ein Basiselement umfasst, wobei der Stator fest durch das Basiselement gestützt ist und das sich drehende Element drehbar mit Bezug auf das Basiselement ist.
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Es ist bevorzugt, dass das Basiselement eine zylindrische Form hat und an dem Fahrradrahmen befestigt ist, wobei das sich drehende Element eine Fahrradkurbelwelle ist und die Fahrradkurbelwelle sich durch das Basiselement hindurch erstreckt.
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Es ist bevorzugt, dass das erste Drehgeschwindigkeitsverhältnis 1:1 ist.
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Es ist bevorzugt, dass das zweite Drehgeschwindigkeitsverhältnis größer als 9:1 ist.
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Es ist bevorzugt, dass die erste Übertragungsanordnung einen ersten Freilauf (kann auch als Freilaufkupplung oder Einweg-Kupplung bezeichnet werden), der zwischen dem Magneten und dem sich drehenden Element angeordnet ist, aufweist, und die zweite Übertragungsanordnung einen zweiten Freilauf (kann auch als Freilaufkupplung oder Einweg-Kupplung bezeichnet werden), der zwischen dem Magneten und dem sich drehenden Element und einem Planetengetriebemechanismus, der zwischen dem Magneten und dem sich drehenden Element angeordnet ist, aufweist.
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Es ist bevorzugt, dass der zweite Freilauf zwischen dem sich drehenden Element und dem Planetengetriebemechanismus angeordnet ist.
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Es ist bevorzugt, dass der Planetengetriebemechanismus ein Hohlradelement und wenigstens ein Planetenradelement aufweist, das zwischen dem zweiten Freilauf und dem Magneten angeordnet ist.
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Es ist bevorzugt, dass der Fahrradgenerator ferner ein Stützelement umfasst, das zwischen dem Planetenradelement und dem Magneten angeordnet ist, wobei der Magnet durch das Stützelement gestützt ist.
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Es ist bevorzugt, dass der Magnet sich um die Drehachse dreht.
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Es ist bevorzugt, dass die erste Übertragungsanordnung eine Drehbewegung auf den Magneten nur überträgt, wenn das Drehmoment sich in die erste Richtung dreht, und wobei die zweite Übertragungsanordnung eine Drehbewegung auf den Magneten nur überträgt, wenn sich das Drehmoment in die zweite Richtung dreht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Fahrradgenerator ein Basiselement auf, das das Basiselement fest stützt, und die erste Übertragungsanordnung weist einen ersten Freilauf, der zwischen dem Magneten und dem sich drehenden Element angeordnet ist, auf, und die zweite Übertragungsanordnung weist einen zweien Freilauf (kann auch als Freilaufkupplung oder Einweg-Kupplung bezeichnet werden) auf, der zwischen dem Magneten und dem sich drehenden Element und einem Planetengetriebemechanismus angeordnet ist, der zwischen dem Magneten und dem sich drehenden Element angeordnet ist.
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Vorzugsweise ist der zweite Freilauf zwischen dem sich drehenden Element und dem Planetengetriebemechanismus angeordnet, welcher ein Hohlradelement und wenigstens ein Planetenradelement aufweist, die zwischen dem zweiten Freilauf und dem Magneten angeordnet sind.
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Die Erfindung zusammen mit den zusätzlichen Merkmalen und deren Vorteilen wird am besten mit Bezug auf die vorliegende Beschreibung verstanden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Teilquerschnittsansicht des Tretlagers und der Kurbel eines Fahrrads, das einen Generator in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist;
- 2 ist eine schematische Ansicht des Generators, die die Übertragung einer Drehbewegung von der Kurbel auf den Magneten zeigt, wenn die Kurbel in die erste Richtung gedreht wird; und
- 3 ist eine schematische Ansicht des Generators, die eine Übertragung einer Drehbewegung von der Kurbel auf den Magneten zeigt, wenn die Kurbel in die zweite Richtung gedreht wird.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Ausgewählte Ausführungsformen werden nun mit Bezug auf die Zeichnungen erklärt.
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Anfänglich Bezug nehmend auf 1 ist ein Generator 10 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Generator 10 als eine Tretlagereinheit, die in dem Tretlager 100 eines Fahrrads 102 angeordnet oder montiert ist, aufgebaut. Allerdings ist dies keine Begrenzung der vorliegenden Erfindung. Der Generator der vorliegenden Erfindung kann als andere Vorrichtung, die ein sich drehendes Element, Stab oder Achse aufweisen, aufgebaut sein. Insbesondere kann der Generator der vorliegenden Erfindung auch als Vorder- oder Hinternabengenerator aufgebaut sein.
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1 ist eine Teilquerschnittsansicht des Tretlagers 100 (das im Wesentlichen zylindrisch ist) und des Generators 10. Wie in 1 bis 3 gezeigt, weist der Generator 10 ein Basiselement 12, eine Kurbelwelle 14, eine Magneteinheit 16, einen Stator 18, eine erste Übertragungsanordnung 20 und eine zweite Übertragungsanordnung 22 auf. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Basiselement 12 ein Lageradapter. Das Basiselement 12 hat eine zylindrische Form und ist an dem Tretlager 100 fixiert. Die Kurbelwelle 14 erstreckt sich durch das Basiselement 12.
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Die Kurbelwelle 14 ist drehbar durch das Basiselement 12 über zwei Lagereinheiten (nicht gezeigt), die jeweils an zwei Öffnungsendbereichen des Basislagers 12 angeordnet sind, gestützt. Da es offensichtlich ist, dass eine Beziehung zwischen dem Basiselement 12 und der Kurbelwelle 14 über die Lagereinheiten dem Fachmann gut bekannt ist, wird diese Beziehung um der Kürze willen hier nicht spezifisch diskutiert. Die Kurbelwelle 14 entspricht einem sich drehenden Element und definiert eine Drehachse A1, die sich da hindurchgehend erstreckt. Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, ist die Kurbelwelle 14 mit Kurbelarmen und Pedalen (nicht gezeigt) zum Einwirken einer Drehbewegung auf die Kurbelwelle 14 verbunden. Der Stator 18 ist fest durch das Basiselement 12 gestützt.
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Wie in
2 und
3 gezeigt, weist der Stator
18 eine ringförmige Spule
24 und ein Joch
26 auf, das derart angeordnet ist, dass es die Spule
24 umgibt. Die
US 7 002 280 B2 offenbart eine beispielhafte Ausführungsform eines Jochs, einer Spule und anderer Bauteile in einem Fahrradgenerator und die Spule
24 sowie das Joch
26 werden um der Kürze willen hier nicht speziell diskutiert. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Magneteinheit
16 eine gerade Anzahl von einzelnen Magneten
16a (nur ein einziger einzelner Magnet
16a ist in den
2 und
3 gezeigt) und ein Stützelement
16b auf. Die gerade Anzahl von einzelnen Magneten
16a sind entlang der Umfangsrichtung in ungefähr gleichen Abständen zueinander angeordnet und mit alternierenden Nord- und Südpolen, die in der Umfangsrichtung in gleichen Abständen angeordnet sind, magnetisiert, und jeder ist dem Joch
24 zugewandt. Das Stützelement
16b hat vorzugsweise eine zylindrische Form. Das Stützelement
16b ist essentiell das Sonnenrad innerhalb des Planetengetriebemechanismus (der unten diskutiert wird) und stützt die Magneten
16a, dass sie sich mit Bezug auf den Stator
18 drehen. Wie das aus dem Stand der Technik bekannt ist, erzeugt die Wechselwirkung der sich drehenden Magneteinheit
16 (wird weiter unten beschrieben) und des Stators
18 Elektrizität, die, wie gewünscht, verwendet werden kann (zum Beispiel zum Laden einer Batterie
108).
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die erste und zweite Übertragungsanordnung 20 und 22 an der Kurbelwelle 14 montiert. Die erste Übertragungsanordnung 20 weist einen ersten Freilauf 20a auf, der an der Kurbelwelle 14 montiert ist. Die erste Übertragungsanordnung 20 stellt einen ersten Übertragungspfad P1 zum Übertragen der Drehbewegung der Kurbelwelle 14 auf die Magneteinheit 16 bereit. Auf dem ersten Übertragungspfad P1 ist der erste Freilauf 20a zwischen der Magneteinheit 16 und der Kurbelwelle 14 angeordnet. Es wird verstanden, dass „zwischen“, wie es hierin verwendet wird, nicht notwendigerweise zwischen zwei Bauteilen in einer Umfangsrichtung bedeutet, sondern, dass es zwischen zwei Komponenten innerhalb des Getriebezugs oder des Übertragungspfads bedeutet.
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Die zweite Übertragungsanordnung 22 weist einen zweiten Freilauf 28 und einen Planetengetriebemechanismus 30 auf. Die zweite Übertragungsanordnung 22 stellt einen zweiten Übertragungspfad P2 zum Übertragen der Drehbewegung von der Kurbelwelle 14 auf die Magneteinheit 16 bereit. Bei dem zweiten Übertragungspfad P2 ist der zweite Freilauf 28 zwischen der Magneteinheit 16 und dem Planetengetriebemechanismus 30 angeordnet und ist zwischen der Kurbelwelle 14 und dem Planetengetriebemechanismus 30 angeordnet.
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Wie am besten in 2 und 3 gezeigt, ist der zweite Freilauf 28 an der Kurbelwelle 14 montiert. Der Planetengetriebemechanismus 30 weist ein Hohlradelement 32 und eine Mehrzahl von Planetenradelementen 34 auf (nur ein einziges Planetenradelement 34 ist in 2 und 3 gezeigt). Das Hohlradelement 32 steht drehbar mit dem zweiten Freilauf 28 in Eingriff. Die Planetenradelemente 34 sind zwischen dem Hohlradelement 32 und dem Stützelement 16b (Sonnenrad 16b) der Magneteinheit 16 angeordnet und stehen drehbar mit dem Hohlradelement 32 und dem Stützelement 16b in Eingriff. Die Planetenradelemente 34 sind drehbar durch eine Stützanordnung (nicht gezeigt), die an dem Basiselement 14 derart fixiert ist, dass die Planetenradelemente 34 daran gehindert werden, sich mit Bezug auf das Basiselement 14 zu lösen, gestützt. Ein Fachmann versteht den Betrieb des Planetengetriebemechanismus 30 und der Zahnradverbindungen zwischen dem Hohlradelement 32, den Planetenradelementen 34, dem Stützelement 16b, den ersten und zweiten Freiläufen 20a und 28 und der Magneteinheit 16.
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Wie in 2 und 3 gezeigt, erstreckt sich bei einer bevorzugten Ausführungsform der erste Übertragungspfad P1 von der Kurbelwelle 14 zu der ersten Übertragungsanordnung 20 (der erste Freilauf 20a) und zu der Magneteinheit 16. Vorzugsweise ist der erste Übertragungspfad P1 der Übertragungspfad, wenn die Kurbelwelle 14 in der Antriebsrichtung D1 (die Richtung im Uhrzeigersinn, wenn ein Fahrrad von der rechten Seite betrachtet wird) gedreht oder durch einen Fahrer angetreten wird. Vorzugsweise erstreckt sich der zweite Übertragungspfad P2 von der Kurbelwelle 14 zu dem zweiten Freilauf 28, dem Hohlradelement 32, dem Planetenradelement 34 und der Magneteinheit 16. Vorzugsweise ist der zweite Übertragungspfad P2 der Übertragungspfad, wenn die Kurbelwelle 14 in der Nicht-Antriebsrichtung D2 (das heißt rückwärts oder in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn, wenn ein Fahrrad von der rechten Seite betrachtet wird) gedreht oder durch einen Fahrer angetreten wird. Mit anderen Worten verbindet in einer bevorzugten Ausführungsform der erste Freilauf 20A die Magneteinheit 16 und die Kurbelwelle 14, wenn die Kurbelwelle 14 sich in der Antriebsrichtung D1 dreht, und der zweite Freilauf 28, das Hohlradelement 32 sowie das Planetenradelement 34 verbinden die Magneteinheit 16 und die Kurbelwelle 14, wenn die Kurbelwelle 14 sich in die Nicht-Antriebsrichtung D2 dreht.
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Im Betrieb, wenn die Kurbelwelle 14 in der Antriebsrichtung D1 gedreht wird, ist die Drehgeschwindigkeit der Magneteinheit (Magnet 16a) ungefähr gleich der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 14 (über den ersten Übertragungspfad P1). Mit anderen Worten überträgt, wenn die Kurbelwelle 14 in der Antriebsrichtung D1 gedreht wird, die erste Übertragungsanordnung 20 die Drehbewegung der Kurbelwelle 14 auf die Magneteinheit 16 bei einem ersten Drehgeschwindigkeitsverhältnis. Dreht sich die Magneteinheit 16 mit Bezug auf den Stator 18, wird Elektrizität in einer ersten Rate erzeugt und in der Batterie 108 gespeichert. Auf der anderen Seite ist, wenn die Kurbelwelle 14 in der Nicht-Antriebsrichtung D2 gedreht wird, als Folge der Verzahnung in dem Planetengetriebemechanismus 30, die Drehgeschwindigkeit der Magneteinheit 16 größer als die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 14 (über den zweiten Übertragungspfad P2). Mit anderen Worten überträgt, wenn die Kurbelwelle 14 in der Nicht-Antriebsrichtung D2 gedreht wird, die zweite Übertragungsanordnung 22 die Drehbewegung der Kurbelwelle 14 auf die Magneteinheit 16 bei einem zweiten Drehgeschwindigkeitsverhältnis, das größer als das erste Drehgeschwindigkeitsverhältnis ist. Dreht sich die Magneteinheit 16 mit Bezug auf den Stator 18, wird Elektrizität bei einer zweiten Rate, die höher oder größer als die erste Rate ist, erzeugt und in der Batterie 108, gespeichert.
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Wie hierin verwendet, bedeutet „Drehgeschwindigkeit“ die Geschwindigkeit der Drehung oder die Anzahl von kompletten Drehungen oder Umdrehungen pro Zeiteinheit. Ferner bedeutet „Drehgeschwindigkeitsverhältnis“ das Verhältnis der Drehgeschwindigkeit der Magneteinheit 16 (Magnet 16a) mit Bezug auf die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 14, und die Drehgeschwindigkeit der Magneteinheit 16 (Magnet 16a) geteilt durch die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 14 ist gleich dem „Drehgeschwindigkeitsverhältnis“.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste Drehgeschwindigkeitsverhältnis 1 (oder 1:1) und das zweite Drehgeschwindigkeitsverhältnis ist größer als 1 (oder 1:1). In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Drehgeschwindigkeitsverhältnis zwischen ungefähr 9 (oder 9:1) und ungefähr 300 (oder 300:1). Allerdings ist keines dieser Verhältnisse eine Begrenzung der vorliegenden Erfindung, solange das zweite Drehgeschwindigkeitsverhältnis größer als das erste Drehgeschwindigkeitsverhältnis ist.
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Der hierin beschriebene Getriebezug (zum Beispiel der Planetengetriebemechanismus) ist keine Begrenzung der vorliegenden Erfindung. Jede Übertragungsanordnung, die die Drehbewegung des sich drehenden Elements oder der Kurbelwelle 14 auf den Magneten 16a derart überträgt, dass der Magnet 16a sich bei einem unterschiedlichen Geschwindigkeitsverhältnis in einer Richtung im Vergleich zu der entgegen gesetzten Richtung dreht, ist innerhalb des Umfang der vorliegenden Erfindung. Mit anderen Worten ist jede Konstruktion, die die Drehgeschwindigkeit des Magneten 16a über die zweite Übertragungsanordnung größer als die Drehgeschwindigkeit des Magneten 16a über die erste Übertragungsanordnung bei einer Bedingung, dass die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle die gleiche ist, innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung.
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Bei dieser Konstruktion kann ein Fahrer die Batterie 108 durch Drehen der Kurbelwelle in der Nicht-Antriebsrichtung D2 laden, wenn der Fahrer zuerst beginnt, das Fahrrad zu fahren, und an anderen Zeiten, wenn es gewünscht ist.
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Zum Verständnis des Umfangs der vorliegenden Erfindung sind der Begriff „umfassen“ und dessen Derivate, wie sie hierin verwendet werden, als offene Begriffe gedacht, die das Vorhandensein der genannten Merkmale, Elemente, Bauteile, Gruppen, Zähler und/oder Schritte spezifiziert. Das Vorangegangene gilt auch für Wörter mit ähnlichen Bedeutungen, wie beispielsweise die Begriffe „aufweisen“, „haben“ und deren Derivate. Ebenso können die Begriffe „Teil“, „Abschnitt“, „Bereich“, „Element“ oder „Bauteil“, wenn sie im Singular verwendet werden, die doppelte Bedeutung eines einzelnen Teils oder einer Mehrzahl von Teilen haben. Wie es hierin verwendet wird, um die obige Ausführungsform (Ausführungsformen) zu beschreiben, haben die vorliegenden Richtungsbegriffe „vorwärts“, „rückwärts“, „nach rechts“, „nach links“, „nach außen“, „vorne“, „innerhalb“, „nach unten“, „nach oben“, „oben“, „unten“, „vertikal“, „horizontal“ und „transversal“ sowie alle anderen ähnlichen Richtungsbegriffe auf jene Richtungen eines Fahrrads, das mit der Fahrradsteuervorrichtung ausgerüstet ist. Dementsprechend sollen diese Begriffe, wenn sie verwendet werden, die Fahrradsteuervorrichtung zu beschreiben, als relativ zu einem Fahrrad, das mit der Fahrradsteuerausrüstung ausgerüstet ist, wie sie in der normalen Fahrradfahrposition auf einer ebenen Fläche verwendet werden, interpretiert werden. Schließlich bedeuten Begriffe des Grads, wie beispielsweise „im Wesentlichen“, „ungefähr“ und „etwa“, wie sie hierin verwendet werden, einen vernünftigen Grad der Abweichung von dem modifizierten Begriff, so dass das Endergebnis nicht signifikant verändert ist.
