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Diese Offenbarung betrifft das Gebiet der Automatikgetriebe für Motorfahrzeuge. Genauer betrifft die Offenbarung ein Modul mit mehreren Kupplungen.
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Viele Fahrzeuge werden über eine große Bandbreite an Fahrzeuggeschwindigkeiten, sowohl mit einer Vorwärts- als auch Rückwärtsbewegung verwendet. Einige Motortypen können jedoch nur innerhalb eines engen Geschwindigkeitsbereichs effizient arbeiten. Folglich werden häufig Getriebe eingesetzt, die Leistung bei unterschiedlichen Drehzahlverhältnissen effizient übertragen können. Wenn sich das Fahrzeug bei einer niedrigen Geschwindigkeit befindet, wird das Getriebe üblicherweise bei einem hohen Drehzahlverhältnis betrieben, sodass es das Motordrehmoment zwecks einer verbesserten Beschleunigung vervielfacht. Bei einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit ermöglicht der Betrieb des Getriebes bei einer niedrigen Drehzahl eine Motordrehzahl, die mit einem ruhigen, kraftstoffeffizienten Fahren assoziiert wird.
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Typischerweise weist ein Getriebe ein Gehäuse, das an der Fahrzeugstruktur befestigt ist, eine Eingangswelle, die von einer Motorkurbelwelle angetrieben wird, und eine Ausgangswelle auf, welche die Fahrzeugräder oftmals über eine Differentialanordnung antreibt, die ermöglicht, dass sich das linke und das rechte Rad bei leicht unterschiedlichen Drehzahlen drehen, während das Fahrzeug abbiegt. Eine Anzahl von Verzahnungselementen wie Planetenradsätze ist mit der Eingangswelle, der Ausgangswelle und einem Gehäuse durch eine Anzahl von Schaltelementen wie Bremsen und Kupplungen verbunden. Verschiedene Getriebedrehzahlverhältnisse werden durch selektives Einkuppeln der verschiedenen Teilsätze der Schaltelemente festgelegt.
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Ein Getriebe weist eine Eingangswelle und eine Hülle auf, die jeweils zur Drehung um eine Getriebeachse gestützt sind. Erste, zweite und dritte Kupplungspakete sind an ihren Außendurchmessern an der Hülle verkeilt, wobei das zweite Kupplungspaket axial zwischen dem ersten und dem dritten Kupplungspaket liegt. Jedes Kupplungspaket weist eine Druckplatte auf, die an der Hülle verkeilt ist, und kann eine Reaktionsplatte und Trennplatten aufweisen, die an der Hülle verkeilt sind. Reibungsplatten, die an Kupplungsnaben verkeilt sind, können mit den Druckplatten, Trennplatten und der Reaktionsplatte durchsetzt sein. Erste, zweite und dritte Kolben verschieben sich axial in Bezug auf die Hülle und legen eine Axialkraft an, welche die Kupplungspakete derart quetscht, dass sie ein Drehmoment übertragen. Der erste Kolben ist zwischen dem zweiten und dem dritten Kolben axial angeordnet. Um das erste Kupplungspaket zu erreichen, erstreckt sich der erste Kolben durch Öffnungen in der Druckplatte, den Trennplatten und der Reaktionsplatte des zweiten Kupplungspakets. Die Hülle kann an einer Hohlwelle fest gekoppelt sein, die einen Satz Durchgänge aufweist, die druckbeaufschlagtes Fluid von der Eingangswelle an einen Satz jeweiliger Anwendungskammern leiten, um eine Kraft auf die jeweiligen Kolben auszuüben. Ein vierter Durchgang kann nicht druckbeaufschlagtes Fluid an Ausgleichskammern leiten, um eine unbeabsichtigte Kupplungsanwendung aufgrund von Zentrifugalkräften zu vermeiden.
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In einer anderen Ausführungsform weist ein Getriebe eine Eingangswelle, die vier axiale Durchgänge definiert, eine Hohlwelle, die zur Drehung in Bezug auf die Eingangswelle gestützt ist und vier radiale Durchgänge aufweist und fünf Dichtungen auf, welche die jeweiligen Durchgänge verbinden und gleichzeitig das Fluid von Fluid in anderen Durchgängen trennen. Drei Kupplungen koppeln die Hohlwelle selektiv an drei Getriebezahnrädern als Reaktion auf einen Fluiddruck in jeweils drei axialen Durchgängen.
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Ein Modul mit drei Kupplungen kann zwecks einer einfacheren Installation außerhalb des Getriebegehäuses zusammengebaut sein. Das Kupplungsmodul weist eine Hohlwelle, eine Hülle, die an der Hohlwelle fest gekoppelt ist, drei Kopplungspakete, die an der Hülle verkeilt sind, und drei Kolben auf, die sich axial verschieben, um eine Kraft an die Kupplungspakete anzulegen. Ein erster Kolben erstreckt sich durch Öffnungen in einem zweiten Kupplungspaket, um Kraft an ein erstes Kupplungspaket anzulegen. Durchgänge in der Hohlwelle können druckbeaufschlagtes Fluid an Anwendungskammern für jede der Kupplungen übertragen. Ein zusätzlicher Durchgang kann nicht druckbeaufschlagtes Fluid an Ausgleichskammern übertragen. Bis zu drei Kupplungsnaben können in dem Modul mit drei Kupplungen enthalten sein, oder als Alternative nach Installation in einem Getriebe an dem Kupplungsmodul verkeilt sein.
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Es zeigen: 1 ein schematisches Diagramm einer Getriebeverzahnungsanordnung;
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2 eine Querschnittsansicht eines Moduls mit drei Kupplungen, das zur Verwendung in der Verzahnungsanordnung aus 1 geeignet ist.
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Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind hierin beschrieben. Man wird jedoch verstehen, dass die offenbarten Ausführungsformen rein beispielhaft sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details bestimmter Komponenten aufzuzeigen. Daher sind spezifische hierin offenbarte strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern nur als repräsentative Grundlage, um einen Fachmann verschiedene Anwendungen der vorliegenden Erfindung zu lehren. Wie ein Durchschnittsfachmann verstehen wird, können verschiedene Merkmale, die in Bezug auf jede beliebige der Figuren dargestellt und beschrieben sind, mit Merkmalen, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, kombiniert werden, um Ausführungsformen hervorzubringen, die nicht ausdrücklich dargestellt oder beschrieben sind. Die Kombinationen der dargestellten Merkmale stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Änderungen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
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Eine Verzahnungsanordnung ist eine Ansammlung von Drehelementen und Schaltelementen, die konfiguriert sind, bestimmte Drehzahlbeziehungen unter den Drehelementen aufzuerlegen. Einige Drehzahlbeziehungen, die als feste Drehzahlbeziehungen bezeichnet werden, werden ungeachtet des Zustands der Schaltelemente auferlegt. Andere Drehzahlbeziehungen, die als selektive Drehzahlbeziehungen bezeichnet werden, werden nur dann auferlegt, wenn bestimmte Schaltelemente voll in Eingriff gebracht sind. Ein Getriebe mit diskretem Verhältnis weist eine Verzahnungsanordnung auf, die selektiv verschiedene Drehzahlverhältnisse zwischen einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle auferlegt.
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Eine Gruppe von Drehelementen ist fest aneinander gekoppelt, wenn sie zusammengepresst werden, um sich unter allen Betriebesbedingungen als eine Einheit zu drehen. Drehelemente können durch Keilverbindungen, Verschweißung, Presspassung, maschinelle Bearbeitung aus einem gemeinsamen Feststoff oder andere Mittel fest gekoppelt werden. Leichte Variationen hinsichtlich der Drehverlagerung zwischen fest gekoppelten Elementen können auftreten, wie eine Verlagerung aufgrund des Spiels oder der Wellenkonformität. Ein oder mehrere Drehelemente, die alle aneinander fest gekoppelt sind, können als eine Welle bezeichnet werden. Im Gegensatz dazu sind zwei Drehelemente durch ein Schaltelement selektiv gekoppelt, wenn das Schaltelement sie zusammenpresst, um sich als eine Einheit zu drehen, immer wenn sie voll in Eingriff stehen, wobei sie sich unter einer bestimmten anderen Betriebsbedingung bei unterschiedlichen Drehzahlen frei drehen können. Ein Schaltelement, das ein Drehelement durch selektives Verbinden mit dem Gehäuse gegen eine Drehung festhält, wird als eine Bremse bezeichnet. Ein Schaltelement, das zwei oder mehrere Drehelemente selektiv aneinander koppelt, wird als eine Kupplung bezeichnet. Schaltelemente können aktiv gesteuerte Vorrichtungen wie hydraulisch oder elektrisch betätigte Kupplungen oder Bremsen sein oder können passive Vorrichtungen wie Einwegkupplungen oder Bremsen sein.
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Ein beispielhaftes Getriebe ist schematisch in 1 dargestellt. Das Getriebe benutzt vier einfache Planetenradsätze 20, 30, 40 und 50. Ein Planetenträger 22 dreht sich um eine Mittelachse und stützt einen Satz Planetenräder 24, sodass sich die Planetenräder in Bezug auf den Planetenträger drehen. Externe Radzähne an den Planetenrädern greifen in externe Radzähne an einem Sonnenrad 26 und mit internen Radzähnen an einem Ringrad 28 ein. Das Sonnenrad und das Ringrad sind derart gestützt, dass sie sich um die gleiche Achse wie der Träger drehen. Die Radsätze 30, 40 und 50 sind ähnlich strukturiert.
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Ein vorgeschlagenes Radzahnverhältnis für jeden Planetenradsatz ist in Tabelle 1 angegeben. TABELLE 1
| Ring 28/Sonnen 26 | 2,20 |
| Ring 38/Sonnen 36 | 1,75 |
| Ring 48/Sonnen 46 | 1,60 |
| Ring 58/Sonnen 56 | 3,70 |
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Das Sonnenrad 26 ist fest an dem Sonnenrad 36 und der Träger 22, der Träger 42 und das Ringrad 58 sind fest aneinander gekoppelt, wobei das Ringrad 38 fest an dem Sonnenrad 46 gekoppelt ist, die Eingangswelle 60 fest an dem Träger 32 gekoppelt ist und die Ausgangswelle 62 fest an dem Träger 52 gekoppelt ist. Das Ringrad 28 wird von der Bremse 66 selektiv gegen eine Drehung arretiert und die Sonnenräder 26 und 36 werden von der Bremse 68 selektiv gegen eine Drehung arretiert. Die Eingangswelle 60 ist durch die Kupplung 70 selektiv an dem Sonnenrad 56 gekoppelt. Die Zwischenwelle 64 ist durch die Kupplung 72 selektiv an dem Sonnenrad 56 gekoppelt, durch die Kupplung 74 selektiv an dem Ringrad 48 gekoppelt und durch die Kupplung 76 selektiv an dem Ringrad 38 und dem Sonnenrad 46 gekoppelt.
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Wie in Tabelle 2 dargestellt, bildet das Betätigen der Kupplungen und Bremsen in Kombinationen von vier zehn Vorwärtsgang-Drehzahlverhältnisse und ein Rückwärtsgang-Drehzahlverhältnis zwischen der Eingangswelle 60 und der Ausgangswelle 62. Ein X gibt an, dass die Kupplung das Drehzahlverhältnis festlegen muss. Ein (X) gibt an, dass die Kupplung betätigt werden kann, jedoch nicht muss. Im 1. Gang kann anstatt der Betätigung der Kupplung 72 ohne Änderung des Drehzahlverhältnisses entweder die Kupplung 74 oder die Kupplung 76 betätigt werden. Wenn die Radsätze Zahnanzahlen wie in Tabelle 1 angegeben aufweisen, haben die Drehzahlverhältnisse die in Tabelle 2 angegebenen Werte.
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TABELLE 2
| | 66 | 68 | 70 | 72 | 74 | 76 | Verhä ltnis | Stufe |
| Rück w. | X | X | | X | X | | –4,79 | 102% |
| 1. | X | X | X | (X) | | | 4,70 | |
| 2. | X | X | | X | | X | 2,99 | 1,57 |
| 3. | X | | X | X | | X | 2,18 | 1,37 |
| 4. | X | | | X | X | X | 1,80 | 1,21 |
| 5. | X | | X | | X | X | 1,54 | 1,17 |
| 6. | X | | X | X | X | | 1,29 | 1,19 |
| 7. | | | X | X | X | X | 1,00 | 1,29 |
| 8. | | X | X | X | X | | 0,85 | 1,17 |
| 9. | | X | X | | X | X | 0,69 | 1,24 |
| 10. | | X | | X | X | X | 0,64 | 1,08 |
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2 stellt ein integriertes Modul mit drei Kupplungen dar, das die Kupplungen 72, 74 und 76 enthält. Die Hohlwelle 90 ist an der Eingangswelle 60 gestützt und an der Hülle 64 fest gekoppelt. Druckbeaufschlagtes Fluid fließt von axialen Durchgängen in der Eingangswelle 60 in Durchgänge innerhalb der Hohlwelle 90 zwischen Dichtungen, sodass jeder Durchgang in der Hohlwelle mit einem bestimmten Durchgang in der Welle verbunden ist. Einige Durchgänge können während ihrer Formung in die Hohlwelle gegossen sein. Andere Durchgänge können nach der Formung gebohrt werden. Einige Durchgänge verlaufen an verschiedenen Umfangspositionen axial. Bestimmte Durchgänge können teilweise durch einen separaten Einsatz definiert sein.
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Die Kupplungsnabe 92 ist an dem Sonnenrad 56 fest gekoppelt. Die Kupplungsnabe 94 ist an der Hohlwelle 96 fest gekoppelt, die wiederum an dem Sonnenrad 46 und dem Ringrad 38 fest gekoppelt ist. Die Kupplungsnabe 98 ist an dem Ringrad 48 fest gekoppelt. Die Kupplungsnabe 98 ist durch ein Widerlager, das sie von der Kupplung 94 trennt, axial angeordnet, wobei ein Abstandshalter 100 durch das Sonnenrad 46 angeordnet ist.
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Jede Kupplung weist ein Kupplungspaket auf, das mindestens eine Reibungsplatte, eine Druckplatte und eine Reaktionsplatte aufweist. Zum Beispiel weist die Kupplung 72 Reibungsplatten 102 auf, die an der Nabe 92 verkeilt sind, und eine Druckplatte 104 und eine Reaktionsplatte 106, die an der Hülle 64 verkeilt ist. Wenn mehrere Reibungsplatten vorhanden sind, sind diese mit Trennplatten 108 verzahnt, die an der Hülle 64 verkeilt sind. Ein Sicherungsring 110 verhindert, dass sich die Reaktionsplatte 106 axial bewegt. Wenn sich der Kolben 112 nach rechts bewegt, wird das Kupplungspaket zusammengedrückt, sodass ein Drehmoment zwischen der Nabe 92 und der Hülle 64 durch Reibungskräfte zusammengedrückt wird.
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Ein Durchgang stellt der Kammer 114, die durch den Kolben 112, die Hülle 64 und die Hohlwelle 90 ausgebildet ist, Fluid bereit. Wenn das Fluid in der Kammer 114 mit Druck beaufschlagt ist, presst es den Kolben 112 zu der Druckplatte 104. Eine Axialkraft, die von dem Kolben angelegt wird, drückt das Kupplungspaket derart zusammen, dass ein Drehmoment zwischen der Nabe 92 und der Hülle 64 durch Reibungskräfte übertragen wird. Wenn der Druck abgelassen wird, presst die Rückstellfeder 116 den Kolben 112 von der Druckplatte 104 weg, um die Kupplung 72 auszukuppeln. Während sich die Hohlwelle 90 dreht, wird Fluid in der Kammer 114 durch Zentrifugalbeschleunigung mit Druck beaufschlagt, die potenziell in einer nicht befohlenen Teileinkupplung der Kupplung 72 resultiert. Um dieser Möglichkeit entgegenzuwirken, kann Fluid der Ausgleichskammer 118 von dem Kolben 112, der Hohlwelle 90 und dem Reaktionselement 120 kontinuierlich bereitgestellt werden.
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Die Kupplung 74 ist strukturell ähnlich. Die Reibungsplatten 126 sind an der Nabe 98 verkeilt und zwischen der Reaktionsplatte 128, den Trennplatten 130 und der Druckplatte 132 verzahnt. Ein anderer Durchgang in der Eingangswelle 60 stellt der Kammer 122, die durch den Kolben 124, die Hülle 64 und die Hohlwelle 90 ausgebildet ist, Fluid bereit. Durch Druckbeaufschlagung des Fluids in der Kammer 122 wird die Kupplung 74 eingekuppelt. Wenn der Druck abgelassen wird, presst die Rückstellfeder 134 den Kolben 124 von der Druckplatte 132 weg, um die Kupplung 74 auszukuppeln. Nicht druckbeaufschlagtes Fluid kann der Ausgleichskammer 136, die durch den Kolben 124, die Hohlwelle 90 und das Reaktionselement 138 ausgebildet ist, kontinuierlich bereitgestellt werden, um einer Zentrifugaldruckbeaufschlagung entgegenzuwirken.
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Das Kupplungspaket für die Kupplung 76 ist derart konzipiert, dass sich der Kolben 124 für die Kupplung 74 durch das Kupplungspaket erstreckt. Die Reaktionsplatte 140, die Trennplatten 142 und die Druckplatte 144 sind an der Hülle 64 an ihren äußeren Kanten verkeilt. Jede weist Öffnungen zwischen den Keilen und dem Bereich auf, der mit den Reibungsplatten 146 verbunden ist. Der Kolben 124 muss sich nicht über den vollen Umfang erstrecken. Stattdessen weist er Finger auf, die durch die Öffnungen in der Reaktionsplatte 140, den Trennplatten 142 und der Druckplatte 144 reichen. Dies ist möglich, weil sich diese Komponenten immer bei der gleichen Drehzahl drehen. Die Kupplung 76 wird durch Bereitstellen von druckbeaufschlagtem Fluid der Kammer 148 eingekuppelt, die durch den Kolben 150, die Hohlwelle 90 und das Reaktionselement 138 ausgebildet ist. Wenn der Druck abgelassen wird, presst die Rückstellefeder 154 den Kolben 150 in seine ausgekuppelte Position. Nicht druckbeaufschlagtes Fluid kann der Ausgleichskammer 156, die durch den Kolben 150, die Hohlwelle 90 und das Reaktionselement 152 definiert ist, kontinuierlich bereitgestellt werden, um einer Zentrifugaleinkupplungstendenz entgegenzuwirken. Die Hohlwelle 90 weist einen axialen Durchgang auf, der nicht druckbeaufschlagtes Fluid an die Kammern 156, 136 und 118 aus einem einzigen axialen Durchgang in der Eingangswelle 60 befördert.
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Dieses Modul mit drei Kupplungen kann eine untergeordnete Baugruppe sein, die außerhalb des Getriebegehäuses montiert und in dem Getriebe als eine Einheit installiert wird. Die Unteranordnung kann eine Hohlwelle 90, Hülle 64, Kolben 124, 150 und 112, Reaktionselemente 152, 138 und 120 und die Druckplatten, Reaktionsplatten, Trennplatten und Reibungsplatten für die Kupplungen 72, 74 und 76 aufweisen. Die Montage des Moduls beginnt durch Installieren der Hülle 64 an der Hohlwelle 90 und Installieren der von Sicherungsringen, um eine axiale Bewegung zu verhindern. Danach werden der Kolben 112, die Rückstellfeder 116 und das Reaktionselement 120 installiert und mit einem Sicherungsring in der Hohlwelle 90 befestigt. Dann werden die Druckplatte 104, Trennplatte 108 und die Reaktionsplatte 106 an der Hülle 64 verkeilt, die mit den Reibungsplatten 102 verzahnt ist, die an ihren Innendurchmessern unbefestigt bleiben. Der Sicherungsring 110 arretiert das Kupplungspaket für die Kupplung 72. Ausgehend von dem gegenüberliegenden Ende werden der Kolben 124, die Rückstellfeder 134 und das Reaktionselement 138 installiert und mit einem Sicherungsring gesichert. Danach werden der Kolben 150, die Rückstellfeder 154 und das Reaktionselement 152 installiert und mit einem Sicherungsring gesichert.
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Schließlich werden die Kupplungspakete für die Kupplungen 74 und 76 an der Hülle 64 verkeilt und gesichert. Die Nabe 92 kann in dem Getriebegehäuse vor der Unteranordnung installiert und an den Reibungsplatten 102 installiert werden, während die Unteranordnung installiert wird. Die Kupplungsnaben 94 und 98 können an den Reibungsplatten 146 und 126 entweder vor der Installation der Unteranordnung oder danach verkeilt werden.
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Wenngleich vorstehend Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben, die von den Ansprüchen erfasst sind. Die in der Spezifikation verwendeten Begriffe sind beschreibende und nicht einschränkende Begriffe, und man wird verstehen, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne den Geist und den Schutzbereich der Offenbarung zu verlassen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die nicht ausdrücklich beschrieben oder dargestellt sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen als vorteilhaft oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen gemäß dem Stand der Technik in Bezug auf eine oder mehrere erwünschte Eigenschaften bevorzugt beschrieben wurden, wird der Durchschnittsfachmann erkennen, dass eine oder mehrere Eigenschaften oder Merkmale beeinträchtigt werden können, um gewünschte Systemattribute zu erzielen, die von der jeweiligen Anwendung und Umsetzung abhängen. Diese Attribute können einschließen, sind jedoch nicht beschränkt auf: Kosten, Festigkeit, Strapazierfähigkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Gebrauchsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, einfache Montage usw. Die hierin beschriebenen Ausführungsformen, die in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen des Standes der Technik beschrieben sind, liegen nicht außerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
