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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schweißen von miteinander zu verbindenden Bauteilen, insbesondere halbzylindrische Schalen, und Auffangen von beim Schweißen anfallenden Reststoffen, insbesondere beim Unterpulverschweißen. Weiter betrifft die Erfindung auch eine Auffangvorrichtung zum Auffangen von beim Fertigen einer Schweißnaht, insbesondere mittels Unterpulverschweißen, anfallenden Reststoffen.
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Beim Schweißen, insbesondere beim Unterpulverschweißen von größeren Bauteilen, bei welchen eine Schweißnaht häufig in mehreren aufeinander aufbauenden Schichten gefertigt wird, fallen bisweilen große Mengen an Reststoffen an. Diese setzen sich im Wesentlichen aus Schlacke und nicht verbranntem Pulver zusammen und werden, um eine saubere Schweißnaht zu erzeugen, nach Fertigung einer Schicht der Schweißnaht zumeist einfach auf den Boden gefegt, bevor eine weitere Schicht der Schweißnaht gefertigt wird. Auf dem Boden unterhalb der Bauteile müssen diese Reststoffe dann nochmals zusammengekehrt und anschließend entsorgt werden. Das beim Schweißen nicht verbrannte überschüssige Pulver wird dabei bisher zusammen mit der Schlacke entsorgt, obwohl dieses wiederverwendet werden könnte und zu einem geringeren Materialeinsatz und damit zu geringeren Kosten beitragen könnte. Insbesondere bei größeren Bauteilen, wie beispielsweise Ständern von Offshore-Windkraftanlagen, fallen dabei nicht unerhebliche Mengen dieser Reststoffe an.
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Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit denen einerseits ein geringerer Arbeitsaufwand beim Fertigen einer Schweißnaht erreicht wird und andererseits eine bessere Verwertung der Reststoffe ermöglicht ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweils nachgeordneten Patentansprüchen angegeben.
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Das Verfahren zum Schweißen von miteinander zu verbindenden Bauteilen, insbesondere halbzylindrischen Schalen, und Auffangen von beim Schweißen anfallenden Reststoffen, insbesondere beim Unterpulverschweißen anfallenden Reststoffen, zeichnet sich dadurch aus, dass an wenigstens einem Ende einer zu fertigenden Schweißnaht ein Gestell einer Auffangvorrichtung an den Bauteilen befestigt wird, wobei an dem Gestell ein Auffangbehälter gehalten ist, der derart unterhalb einem Ende der zu fertigenden Schweißnaht angeordnet ist, dass beim Schweißen anfallende Reststoffe in den Auffangbehälter fallen können, dass die Schweißnaht in mehreren aufeinander aufbauenden Schichten gefertigt wird, dass die bei der Fertigung der Schweißnaht anfallenden Reststoffe nach Ausbildungen einer jeden Schicht der Schweißnaht in dem Auffangbehälter aufgenommen werden, dass die Schritte des Fertigens der Schichten der Schweißnaht und des Aufnehmens der Reststoffe in den Auffangbehälter so oft wiederholt werden, bis die Schweißnaht vollständig fertiggestellt ist, dass der mit Reststoffen gefüllte Auffangbehälter nach Fertigstellung der Schweißnaht zu Boden gelassen wird und dass die Auffangvorrichtung von den miteinander verbundenen Bauteilen abgenommen wird.
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Nach dem Verfahren sind dann sämtliche Reststoffe in der Auffangvorrichtung gesammelt und müssen nicht noch auf dem Boden zusammengefegt werden, so dass ein ganzer Arbeitsschritt eingespart ist, was eine besonders effiziente und damit kostengünstige Arbeitsweise ermöglicht. Beschädigungen, die durch die glühende Schlacke entstehen können, zum Beispiel an elektrischen Leitungen und Vorrichtungen, können so vermieden werden. Die in dem Auffangbehälter gesammelten Reststoffe können zudem auf einfache Weise entsorgt beziehungsweise wiederverwendet werden. Vorteilhafterweise werden die Reststoffe dadurch in dem Auffangbehälter aufgenommen, dass die Reststoffe von den Bauteilen und der Schweißnaht gekehrt werden.
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Das Zu-Boden-Lassen des Auffangbehälters kann auf einfache Weise mit einem Seilzug erfolgen. Mit dem Seilzug ist zudem die Anordnung des Auffangbehälters in optimaler Weise zu den miteinander zu verbindenden Bauteilen ermöglicht, da dieser unter anderem in einem optimalen Abstand zu den Bauteilen oder Abschnitten der Bauteile, zwischen denen die Schweißnaht erzeugt werden soll, das heißt einem möglichst geringen Abstand, angeordnet werden kann, auch bei unterschiedlich dicken Bauteilen. Während des Schweißens kann dieser Seilzug dann auf einfache Weise in einer bestimmten Position fixiert sein und erst nach Fertigstellung der Schweißnaht wieder benutzt werden, um den Auffangbehälter herabzulassen und die Reststoffe zu entsorgen.
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Um eine besonders effiziente Verwertung der Reststoffe zu gewährleisten, können diese in dem Auffangbehälter fraktioniert werden. Dieser kann dazu mehrere Sammelkammern aufweisen, in die unterschiedliche Reststoffe, das heißt vor allem Schlacke und Pulver nach Größe fraktioniert werden, wobei das feinere Pulver in einer Pulversammelkammer und die gröbere Schlacke in einer Schlackesammelkammer jeweils getrennt gesammelt werden. Die Trennung kann an einem Sieb oder Gitter zwischen den Sammelkammern erfolgen.
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Damit die beim Schweißen über die gesamte Länge der Schweißnaht anfallenden Reststoffe auf einfache Weise in dem Auffangbehälter am Ende der Schweißnaht aufgenommen werden können, können nach einer Weiterbildung seitlich zu der zu fertigenden Schweißnaht, in Längsrichtung dieser, Begrenzungsprofile an die Bauteile angesetzt werden. Die Begrenzungsprofile verhindern dabei, dass die anfallenden Reststoffe beim Schweißen in einen Bereich außerhalb der Begrenzungsprofile gelangen. Die Reststoffe müssen dann nur zwischen den Begrenzungsprofilen von der Schweißnaht und den Bauteilen gekehrt werden.
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Bei mit mehreren einzelnen Schweißnähten miteinander zu verbindenden Bauteilen wird die Auffangvorrichtung nach Fertigstellung einer Schweißnaht von den Bauteilen abgenommen und für die Fertigung einer nächsten Schweißnaht wieder an die Bauteile angesetzt. Mehrere Schweißnähte sind insbesondere bei großen Bauteilen erforderlich, bei denen die Bauteile eine Dicke aufweisen, die ein beidseitiges Schweißen von außen und innen erfordern, um miteinander verbunden werden zu können. Ein Anwendungsfall ist beispielsweise das Schweißen, insbesondere das Unterpulverschweißen, von Rohren aus zwei jeweils halbzylindrischen Bauteilen, an denen die Auffangvorrichtung derart befestigt wird, dass der Auffangbehälter nacheinander sowohl außenseitig als auch innenseitig zu den Bauteilen angeordnet wird und sowohl bei innenseitiger als auch bei außenseitiger Schweißnaht die Reststoffe aufgefangen werden.
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Das Absetzen und Ansetzen der Auffangvorrichtung an die miteinander zu verbindenden Bauteile erfolgt dabei nach einer Weiterbildung, indem die Auffangvorrichtung vor einem Drehen der Bauteile in eine jeweilige Schweißposition an den miteinander zu verbindenden Bauteilen befestigt wird. Dies hat den Vorteil, dass insbesondere bei großen Bauteilen, wie zum Beispiel Offshore-Bauwerken, insbesondere Offshore-Windkraftanlagen, bei denen die Bauteile Durchmesser von bis zu 8 Metern aufweisen können, das Ansetzen und Abnehmen der Auffangvorrichtung in geringer Höhe über dem Boden, das heißt insbesondere weniger als zwei Meter über dem Boden, erfolgen kann und somit eine einfache Montage der Vorrichtung ermöglicht ist.
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Weiter betrifft die Erfindung auch eine Auffangvorrichtung zum Auffangen von beim Fertigen einer Schweißnaht, insbesondere mittels Unterpulverschweißen anfallenden Reststoffen, aufweisend ein Gestell und einen Auffangbehälter, wobei das Gestell einen den miteinander zu verbindenden Bauteilen zuordbaren Befestigungsbereich zum Befestigen der Vorrichtung an den Bauteilen aufweist, wobei der Befestigungsbereich einem Ende der zwischen den Bauteilen zu fertigenden Schweißnaht zuordbar ist, und einen bei an den Bauteilen befestigter Vorrichtung gegenüber den Bauteilen hervorkragenden Tragbereich aufweist, an dem der Auffangbehälter gehalten ist, wobei der Auffangbehälter höhenverstellbar an dem Gestell befestigt ist und eine obere Öffnung aufweist, die einen Auffangbereich unterhalb des Gestelles und der zu fertigenden Schweißnaht definiert, wobei der Auffangbehälter mit der Öffnung bis unterhalb der zu fertigenden Schweißnaht ragt. Die beim Schweißen anfallenden Reststoffe wie Schlacke und nicht verbranntes Pulver, können so nach Fertigstellung einer jeden Schicht der Schweißnaht in den Auffangbehälter aufgenommen werden, wobei Pulver und Schlacke am Ende der Schweißnaht auf einfache Weise schwerkraftbedingt von den Bauteilen in den Auffangbehälter fallen, insbesondere gekehrt werden.
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Damit der Auffangbehälter entsprechend teilweise unterhalb der Schweißnaht, insbesondere an einem Ende der Schweißnaht, das heißt teilweise unterhalb der Abschnitte der Bauteile, die im Bereich der Schweißnaht aneinander stoßen, angeordnet ist, kann das Gestell durch einen Bügel gebildet sein, insbesondere durch einen U-förmigen Bügel gebildet sein, dessen Enden jeweils den Befestigungsbereich ausbilden und der Tragbereich den beiden Enden gegenüberliegend ausgebildet ist. Das an den Bauteilen befestigte Gestell weist dabei in weiterer Ausgestaltung ausgehend von dem Befestigungsbereich zum Tragbereich hin eine vorbestimmte Steigung auf, so dass in Verlängerung der Schweißnaht über die Bauteile hinaus oberhalb dieser durch das Gestell ein bestimmtes Lichtraumprofil ausgebildet ist, das ausreichend bemessen ist, damit ein beim Schweißen verwendeter Schweißautomat über die Bauteile hinaus und insbesondere auch durch das Gestell hindurch bewegt werden kann.
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Nach einer Weiterbildung weißt das Gestell ausgehend von dem Befestigungsbereich parallele Abschnitte auf, die in einem Abstand zueinander angeordnet sind, der wenigstens der maximalen Breite eines Schweißautomats entspricht. Damit ist zusammen mit der ansteigenden Ausrichtung des Gestells sichergestellt, dass ein beim Schweißen verwendeter Schweißautomat über die gesamte Länge der zu fertigenden Schweißnaht gefahren werden kann.
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Die Höhenverstellung des Auffangbehälters zu dem Gestell kann auf einfache Weise dadurch erreicht werden, dass der Auffangbehälter über einen Seilzug an dem Gestell befestigt ist, insbesondere höhenverstellbar befestigt ist. Der Seilzug ermöglicht einerseits die Anordnung des Auffangbehälters in einem idealen Abstand zu den Bauteilen beziehungsweise zu der zu fertigenden Schweißnaht und andererseits das Herablassen des Auffangbehälters um diesen nach Fertigstellung einer Schweißnaht zu entleeren. Dieser Seilzug umfasst in weiterer Ausgestaltung wenigstens eine Umlenkrolle sowie wenigstens eine Halteeinrichtung für wenigstens ein Seil des Seilzugs, wobei die Halteeinrichtung und die Umlenkrolle vorteilhafterweise jeweils an dem Gestell angeordnet sind. Die Umlenkrolle ist dann dem Tragbereich zugeordnet, während die Halteeinrichtung nahe dem Befestigungsbereich angeordnet ist, um eine einfache Bedienung der Halteeinrichtung von den Bauteilen aus zu ermöglichen. Als Halteeinrichtung eignen sich weiterhin eine einfache Klemme oder eine Wickelkurbel, insbesondere Handkurbel, mit der das Seil aufwickelbar ist, wobei das Seil dann sowohl an der Klemme als auch mit der Wickelkurbel in wenigstens einer vorbestimmten Position arretierbar ist.
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Weiter können dem Gestell Begrenzungsprofile zugeordnet sein, welche parallel zu der zu fertigenden Schweißnaht an den Bauteilen anordbar sind und sich über die gesamte Länge der Schweißnaht erstrecken. Diese Begrenzungsprofile sind vorteilhafterweise jeweils L-förmig ausgebildet, wobei ein Schenkel der L-Form eine Begrenzung für beim Schweißen anfallende Reststoffe darstellt und der zweite Schenkel an den Bauteilen anliegt, insbesondere magnetisch an den Bauteilen gehalten ist. Die beim Schweißen anfallenden Reststoffe konzentrieren sich dann lediglich zwischen den Begrenzungsprofilen, ohne wie beispielsweise bei konvex gewölbten Oberflächen ansonsten über die gesamte Länge der Schweißnaht seitlich von den Bauteilen herunter zu fallen. Die Begrenzungsprofile sind dabei vorteilhafterweise in einem Abstand zueinander angeordnet, der der Breite der oberen Öffnung des Auffangbehälters entspricht, so dass die Reststoffe am Ende der Schweißnaht von den Bauteilen über die gesamte Breite zwischen den Begrenzungsprofilen in den Auffangbehälter fallen können. Die Begrenzungsprofile selbst können einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein, wobei die mehrteilige Ausführung dann aus wenigstens zwei hintereinander angeordneten Profilabschnitten besteht.
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Der Auffangbehälter selbst ist nach einer Weiterbildung durch ein Sieb in zwei Sammelkammern unterteilt, wobei ein oberer Bereich eine Schlackesammelkammer bildet und ein unterer Bereich eine Pulversammelkammer bildet. Das Sieb ermöglicht damit ein getrenntes Auffangen von beim Schweißen anfallender Schlacke und nicht verbranntem Pulver, wobei das feinere Pulver durch das Sieb fällt, während die gröbere Schlacke an dem Sieb zurückgehalten wird. Dies hat den Vorteil, dass das Pulver für weitere Schweißvorgänge wiederverwendet werden kann, während die Schlacke einfach entsorgt wird. Der Pulversammelkammer kann dazu eine verschließbare Öffnung zugeordnet sein, über die nur das Pulver aus dem Auffangbehälter entnehmbar ist. Durch die Wiederverwendung des Pulvers können die Kosten für die Herstellung einer Schweißnaht weiter gesenkt werden, da insgesamt weniger Material benötigt wird. Eine besonders gute Trennung von Schlacke und Pulver kann dadurch erreicht werden, dass das Sieb wenigstens die Größe der oberen Öffnung des Auffangbehälters aufweist, sich das Sieb insbesondere über eine gesamte zwischen der Schlackesammelkammer und der Pulversammelkammer ausgebildete Grenzfläche erstreckt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer an miteinander zu verbindende Bauteile angesetzten Auffangvorrichtung;
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2 eine erste Seitenansicht der Auffangvorrichtung gemäß 1; und
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3 eine zweite Seitenansicht der Auffangvorrichtung gemäß 1 und 2.
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Aus 1 geht eine an zwei miteinander zu verbindenden, halbzylindrischen Bauteilen 1, 1' befestigte Auffangvorrichtung 2 hervor. Diese setzt sich aus einem Gestell 3 und einem Auffangbehälter 4 zusammen. Das Gestell 3 besteht aus einem Bügel, dessen Enden einen Befestigungsbereich 3a ausbilden und lösbar an den Bauteilen 1, 1' befestigt sind. Die den Befestigungsbereich 3a ausbildenden Enden des Gestelles 3 sind dabei beidseitig einer zu fertigenden Schweißnaht 5 an die Bauteile 1, 1' angesetzt, so dass die Schweißnaht 5 mittig zwischen den Enden des Gestells 3 angeordnet ist. Dem Befestigungsbereich 3a gegenüberliegend ist ein Tragbereich 3b des Gestells 3 ausgebildet, an dem der Auffangbehälter 4 gehalten ist. Das Gestell 3 ist dabei ausgehend vom Befestigungsbereich 3a zum Tragbereich 3b hin ansteigend ausgerichtet, so dass zumindest der Tragbereich 3b gegenüber den Bauteilen 1, 1' vorkragend angeordnet ist. Der Auffangbehälter 4 ist über ein Seil 6 eines Seilzugs 7 höhenverstellbar an dem Gestell 3 gehalten. Das Seil 6 des Seilzugs 7 ist an vier Punkten an dem Auffangbehälter 4 befestigt, um diesen sicher in einer waagerechten Position zu halten, derart, dass eine obere Öffnung 8 des Auffangbehälters 4 unterhalb des Gestells 3 angeordnet ist. Diese Öffnung 8 des Auffangbehälters 4 erstreckt sich mit einem Teilbereich bis unterhalb der zwischen den zusammenstoßenden Bauteilen 1, 1' zu fertigenden Schweißnaht 5. Der Seilzug 7 umfasst weiterhin eine Umlenkrolle 9, die an dem Tragbereich 3b des Gestells 3 angeordnet ist und eine Wickelkurbel 10, die in der Nähe des Befestigungsbereichs 3a des Gestells 3 angeordnet ist und eine Höhenverstellung des Auffangbehälters 4 zu dem Gestell 3 und zu den Bauteilen 1, 1' ermöglicht. Das Seil 6 des Seilzugs 7 wird dann von der Wickelkurbel 10 über die Umlenkrolle 9 zum Auffangbehälter 4 geführt. Seitlich zu der Schweißnaht 5 sind zudem Begrenzungsprofile 11, 11' der Auffangvorrichtung 2 an die Bauteile 1, 1' angesetzt, die parallel zu der zu fertigenden Schweißnaht 5 verlaufen.
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In 2 und in 3 sind gleiche Teile jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen. Aus 2 ist insbesondere nochmal die vom Befestigungsbereich 3a zum Tragbereich 3b hin ansteigende Ausrichtung des an den Bauteilen 1, 1' befestigten Gestells 3 zu entnehmen, während die Begrenzungsprofile 11, 11' auf den im Wesentlichen horizontal ausgerichteten Bauteilen 1, 1' aufliegen. 3 verdeutlicht ein durch das Gestell 3 ausgebildetes Lichtraumprofil, das es ermöglicht einen Schweißautomat über das Ende der Bauteile 1, 1' hinaus zu bewegen. Weiter zeigt 3 auch die Anordnung der den Befestigungsbereich 3a ausbildenden Enden des Gestells 3 und der Begrenzungsprofile 11, 11' zu der Schweißnaht 5, wobei die Begrenzungsprofile 11, 11' zwischen den Enden des Gestells 3 und der mittig angeordneten Schweißnaht 5 angeordnet sind. Die Begrenzungsprofile 11, 11' sind dabei in einem Abstand zur Schweißnaht 5 angeordnet, der geringer ist als die Breite der Öffnung 8 des Auffangbehälters 4, so dass sämtliche, zwischen den Begrenzungsprofilen 11, 11' zusammengekehrte, das heißt zum Ende der Schweißnaht 5 gekehrte, Reststoffe, wie Schlacke und Pulver, auf einfache Weise in den Auffangbehälter 4 gelangen. Die obere Öffnung 8 des Auffangbehälters 4 erstreckt sich dabei vorteilhafterweise über die gesamte Breite des Auffangbehälters 4.
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Um eine Schweißnaht zu fertigen wird zuerst das Gestell 3 der Auffangvorrichtung 2 in Bodennähe an den Bauteilen 1, 1' angebracht, bevor die Bauteile 1, 1' in die in den 1 bis 3 dargestellte Position mit in einem oberen Bereich der Bauteile 1, 1' angeordneter Auffangvorrichtung 2 gedreht werden, insbesondere um 180° gedreht werden. Gleichzeitig mit dem Gestell 3 der Auffangvorrichtung 2 werden auch die Begrenzungsprofile 11, 11' an den Bauteilen 1, 1' befestigt. Anschließend, insbesondere nach dem Drehen, wird der Auffangbehälter 4 mit dem Seil 6 in die dargestellte Position hochgezogen, bis dieser unterhalb dem Ende der zu fertigenden Schweißnaht 5 gehalten ist. Sobald die Auffangvorrichtung 2 in der in den 1 bis 3 dargestellten Position angeordnet ist, kann mit der Fertigung der eigentlichen Schweißnaht 5 begonnen werden, die in mehreren aufeinander aufbauenden Schichten entsteht. Zwischen der Fertigung der Schichten der Schweißnaht 5 werden die beim Schweißen anfallenden Reststoffe, insbesondere Schlacke und nicht verbranntes Pulver, in den Auffangbehälter 4 gekehrt.
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Die Schritte des Schweißens einer Schicht der Schweißnaht 5 und des Kehrens der Reststoffe werden dann so oft wiederholt, bis die Schweißnaht 5 fertiggestellt ist. Nach Fertigstellung der Schweißnaht 5 wird der Auffangbehälter 4 mit dem Seilzug 7 zu Boden gelassen und der Auffangbehälter 4 entleert, wobei zumindest das Pulver wiederverwendbar ist. Anschließend werden die miteinander verbundenen Bauteile 1, 1' erneut in die Ausgangslage gedreht, so dass sich die Auffangvorrichtung 4 wieder in der nicht dargestellten unteren Position befindet und auf einfache Weise von den Bauteilen 1, 1' abgenommen werden kann. Um eine weitere Schweißnaht zu fertigen wird die Auffangvorrichtung 2 dann gegebenenfalls in anderer Position erneut an den Bauteilen 1, 1' befestigt.
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Alle in der vorstehenden Beschreibung und in den Ansprüchen genannten Merkmale sind in einer beliebigen Auswahl mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs kombinierbar. Die Offenbarung der Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle im Rahmen der Erfindung sinnvollen Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.
