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GEBIET DER ERFINDUNG
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Vorliegende Erfindung betrifft einen bürstenlosen Gleichstrommotor (DC-Motor) und ein den Motor verwendendes Doppelkupplungsgetriebe.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Mit der Entwicklung der menschlichen Industrie haben Kraftmaschinen in verschiedenen Produktionsbereichen zunehmende Bedeutung erlangt. Bürstenlose Gleichstrommotoren (DC-Motoren) zeichnen sich durch überlegene Leistungsanpassungscharakteristiken aus und finden daher breite Anwendung in zahlreichen Leistungseinrichtungen.
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Ein aktueller bürstenloser Motor hat einen Rotor vom Speichentyp und einen den Rotor umschließenden Wicklungsstator. Der Wicklungsstator hat einen ringförmigen Statorkern. Der Rotor hat eine Welle, einen an der Welle befestigten Rotorkern und eine Mehrzahl von Permanentmagneten, die sich jeweils in radialen Richtungen und in einer axialen Richtung des Rotors erstrecken und innerhalb des Rotors entlang einer Umfangsrichtung gleichmäßig angeordnet sind.
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Wie sich die Leistung des vom Speichentyp verbessern lässt, ist jedoch ein Problem, das gelöst werden muss.
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ÜBERSICHT
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Dementsprechend wird ein bürstenloser Gleichstrommotor gewünscht, der über eine gute Leistung verfügt.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein bürstenloser Gleichstrommotor vorgeschlagen, der einen Stator mit einem Statorkern und einer um den Statorkern herumgeführten Wicklung und einen Rotor hat, der sich relativ zu dem Stator drehen kann. Der Rotor hat eine Welle, einen Rotorkern und eine Mehrzahl von Permanentmagneten. Der Rotorkern hat eine Mehrzahl von Aufnahmen, die entlang einer Umfangsrichtung des Rotors angeordnet sind und die sich jeweils im Wesentlichen entlang einer radialen Richtung und einer axialen Richtung des Rotors erstrecken. Die Permanentmagnete sind jeweils an entsprechenden Aufnahmen angeordnet. Ein Verhältnis einer axialen Länge Lr des Rotorkerns, einer axialen Länge Lm jedes Permanentmagnets und einer axialen Länge Ls des Statorkerns entspricht Lm > Lr ≥ Ls.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Doppelkupplungsgetriebe vorgeschlagen, welches einen bürstenlosen Gleichstrommotor wie vorstehend beschriebenen umfasst.
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Der Rotor ist in der vorliegenden Beschreibung ein Speichenrotor. Das Verhältnis der axialen Länge Lr des Rotorkerns, der axialen Länge Lm jedes Permanentmagnets und der axialen Länge Ls des Statorkerns ist ausgelegt auf Lm > Lr ≥ Ls. Infolgedessen kann die Leistung des Motors verbessert werden.
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Figurenliste
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend anhand eines Beispiels im Detail beschrieben. Dabei wird auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen. Identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Figur erscheinen, sind in allen diesen Figuren generell identisch bezeichnet. Dimensionen von Komponenten und Merkmalen, die in den Figuren dargestellt sind, sind im Hinblick auf eine übersichtliche und deutliche Darstellung gewählt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet. Die Figuren sind im Folgenden aufgelistet:
- 1 ist eine radiale Schnittansicht eines bürstenlosen Gleichstrommotors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 ist eine axiale Schnittansicht des bürstenlosen Gleichstrommotors von 1 entlang der Schnittlinie II-II;
- 3 ist ein Wellenformdiagramm eines Magnetflusses des Motors von 1 und zeigt, dass der Magnetfluss mit einer axialen Länge eines Rotorkerns variiert;
- 4 ist eine axiale Schnittansicht eines bürstenlosen Gleichstrommotors gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 5 ist eine perspektivische Ansicht eines Rotors des bürstenlosen Gleichstrommotors von 1;
- 6 ist eine auseinandergezogene Darstellung des Rotors von 5;
- 7 zeigt eine erste Endplatte des Rotors von 5;
- 8 zeigt eine zweite Endplatte des Rotors von 5;
- 9 ist eine radiale Schnittansicht des Rotors von 5.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Der Gegenstand vorliegender Erfindung wird im Folgenden anhand der bevorzugten Ausführungsformen näher erläutert, wobei auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Die beschriebenen Ausführungsformen sind lediglich ein Teil der möglichen Ausführungsformen. Weitere Ausführungsformen, zu denen der Fachmann gegebenenfalls ohne erfinderisches Zutun gelangt, fallen in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung. Es versteht sich, dass die Zeichnungen nur zu Referenzzwecken dienen und keine Einschränkung der Erfindung darstellen. Die Dimensionen der in den Zeichnungen dargestellten Elemente sind im Hinblick auf Übersichtlichkeit gewählt und stellen ebenfalls keine Einschränkung der Erfindung dar.
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Wenn angegeben, dass ein Element mit einem anderen Element „verbunden“ ist, so kann diese Verbindung eine direkte Verbindung sein oder eine Verbindung über ein zwischengeschaltetes Element. Sofern nichts anderes angegeben ist, haben sämtliche in der vorliegenden Erfindung verwendeten Fachbegriffe ihre dem Fachmann geläufige Bedeutung. Die in der vorliegenden Beschreibung verwendete Terminologie dient lediglich der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und ist nicht im Sinne einer Einschränkung zu verstehen.
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1 ist eine radiale Schnittansicht eines bürstenlosen Gleichstrommotors 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Motor 1 hat einen Stator 2 und einen Rotor 5, der sich relativ zu dem Stator 2 drehen kann. Der Stator 2 hat einen Statorkern (nicht näher gekennzeichnet) und eine Wicklung 23, die um den Statorkern herumgeführt ist. Der Statorkern kann durch das Schichten einer Mehrzahl von Kernlamellen gebildet werden. Der Statorkern hat ein ringförmiges Joch 21 und eine Mehrzahl von Zähnen 210, die von einer Innenfläche des ringförmigen Jochs 21 vorspringen. Zwischen radialen Innenflächen der Zähne 210 und einer Außenfläche des Rotors 5 ist ein Spalt gebildet, um sicherzustellen, dass sich der Rotor 5 drehen kann.
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2 ist eine axiale Schnittansicht des bürstenlosen Gleichstrommotors 1. Das ringförmige Joch 21 und die Zähne 210 des Statorkerns haben die gleiche axiale Länge. Der Rotor 5 ist ein Rotor vom Speichentyp und hat eine Welle 50, einen Rotorkern 51, der rund um die Welle 50 angeordnet ist, und eine Mehrzahl von Permanentmagneten 52. Der Rotorkern 51 kann aus einer Mehrzahl von geschichteten Kernlamellen gebildet sein und hat eine Mehrzahl von Aufnahmen (nicht näher gekennzeichnet), die entlang einer Umfangsrichtung gleichmäßig angeordnet sind. Jede Aufnahme erstreckt sich entlang einer radialen Richtung und einer axialen Richtung des Rotors 5. Der Permanentmagnet 52 hat eine Form, die der Aufnahme entspricht, und ist in der entsprechenden Aufnahme festgelegt. In der Ausführungsform hat der Stator 1 zwölf Zähne 210, und der Rotor 5 hat acht Permanentmagnete 52. Es versteht sich, dass die Anzahl der Zähne 210 und die Anzahl der Permanentmagnete 52 nicht begrenzt sind, sondern auch abweichen können.
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Das Verhältnis einer axialen Länge
Lr des Rotorkerns
51, einer axialen Länge
Lm jedes Permanentmagnets
52 und einer axialen Länge
Ls des Statorkerns entspricht Lm>Lr>Ls. Vorzugsweise erfüllt die axiale Länge
Lr des Rotorkerns
51 die nachstehende Gleichung (1). In der axialen Richtung des Rotors erstreckt sich der Permanentmagnet
52 über zwei axiale Enden des Rotorkerns
51 hinaus, und der Rotorkern
51 erstreckt sich über zwei axiale Enden des Statorkerns hinaus. Vorzugweise haben die beiden sich in der axialen Richtung über den Statorkern hinaus erstreckenden Teile des Rotorkerns
51 die gleiche axiale Länge.
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3 zeigt ein Wellenformdiagramm eines Magnetflusses des Motors von 1, wobei sowohl die axiale Länge Ls des Statorkerns als auch die axiale Länge Lm jedes Permanentmagnets konstant sind und wobei sich die axiale Länge Lr allmählich von Ls auf Lm vergrößert. Wie 3 zeigt, ist eine Variation des Magnetflusses des Motor 1 parabolisch. Wenn die axiale Länge Lr des Rotorkerns 51 innerhalb eines durch die Gleichung (1) angegebenen Bereichs liegt, ist der Magnetfluss des Motors relativ groß. Da die axiale Länge Lr kürzer ist als die axiale Länge Lm jedes Permanentmagnets 52, hat der Rotor 5 außerdem ein relativ geringes Gewicht und eine relative geringe Rotorträgheit. Aus diesem Grund ist die Leistung des Motors 1 besser.
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4 zeigt einen bürstenlosen Gleichstrommotor gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer axialen Schnittansicht. Der wesentliche Unterschied zwischen diesem Motor und jenem, der in 2 gezeigt ist, liegt darin, dass das Verhältnis einer axialen Länge Lr des Rotorkerns 51, einer axialen Länge Lm jedes Permanentmagnets 52 und einer axialen Länge Ls des Statorkerns Lm>Lr=Ls entspricht. In der Ausführungsform hat der Rotor 5 ein geringeres Gewicht und eine geringere Rotorträgheit. Beides ist vorteilhaft für das Starten des Motors.
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Die 5 bis 8 zeigen den Rotor 5 des bürstenlosen Gleichstrommotors von 1. In der dargestellten Ausführungsform ist der Rotor 5 vormontiert und wird in dem Stator 2 des Motors 1 angeordnet. Der Rotorkern 51 hat eine Mehrzahl von Kerneinheiten 70, die entlang der Umfangsrichtung angeordnet sind. In dieser Ausführungsform sind die Kerneinheiten 70 separate Kerneinheiten, deren jede im Wesentlichen säulenförmig ist und einen sektorförmigen oder dreieckigen Querschnitt hat. In einer alternativen Ausführungsform können die radial inneren Seiten der Kerneinheiten zu einem einstückigen Rotorkern zusammengeschlossen sein. Die Kerneinheiten 70 und die Permanentmagnete 52 sind entlang der Umfangsrichtung alternierend angeordnet, um eine Säule zu bilden. Der Rotor 5 hat ferner zwei Endplatten 40, 60 und ein Rotorgehäuse 30. Die Endplatten 40, 69 sind jeweils an zwei axialen Enden der Säule angeordnet. Das Rotorgehäuse 30 umschließt die Säule. Die Welle 50 durchgreift die Säule entlang der axialen Richtung.
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Das Rotorgehäuse 30 kann aus magnetisch durchlässigem Material bestehen, vorzugsweise aus magnetisch durchlässigem rostfreien Stahl. In der Ausführungsform ist das Rotorgehäuse 30 ein Hohlzylinder. Vorzugsweise hat das Rotorgehäuse 30 zwei Flansche, die sich von zwei axialen Enden des Rotorgehäuses 30 jeweils radial nach innen erstrecken. Das Rotorgehäuse 30 ist auf eine Peripherie der Kerneinheiten 70 und der Permanentmagnete 52 aufgeschoben, und die beiden Flansche 32 liegen jeweils an den beiden Endplatten 40, 60 an, so dass der Rotor insgesamt vormontiert ist. Eine Innenfläche des Rotorgehäuses 30 und eine Außenfläche der durch die Kerneinheiten 70 und die Permanentmagnete 52 gebildeten Säule sind für deren stabilere Befestigung aneinander vorzugsweise mit Klebstoff beschichtet.
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In den anderen Ausführungsformen besteht das Rotorgehäuse 30 aus zwei Teilen, die jeweils einen Hohlzylinder und einen Flansch bilden, der sich von einem axialen Ende des Zylinders radial nach innen erstreckt. Die beiden Teile des Gehäuses sind jeweils von einander gegenüberliegenden axialen Enden an den Kerneinheiten 70 und an den Permanentmagneten 52 montiert.
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7 zeigt eine erste Endplatte des Rotors von 5. In der Ausführungsform hat die erste Endplatte 40 einen ersten Hauptkörper 42, erste kurze Zapfen 44, erste lange Zapfen 46 und eine erste Hülse 48. Der erste Hauptkörper 42 ist im Wesentlichen scheibenförmig und hat eine Mehrzahl von ersten Nuten 43, die an einer Endfläche des ersten Hauptkörpers 42 gebildet sind. Die ersten Nuten 43 sind konfiguriert für die Aufnahme des sich außerhalb des Rotorkerns 51 erstreckenden oberen Teils des Permanentmagnets 52. Vorzugsweise ist der Permanentmagnet 52 in die erste Nut 43 eingepresst. Die ersten kurzen Zapfen 44 und die ersten langen Zapfen 46 sind rund um eine Achse des ersten Hauptkörpers 42 angeordnet und gleichmäßig voneinander beabstandet. Jeder der ersten Zapfen 44, 46 liegt zwischen einander benachbarten Nuten 43 und erstreckt sich senkrecht von der Endfläche des ersten Hauptkörpers 42. Die erste Hülse 48 ist im Wesentlichen prismatisch und ist an der Achse des ersten Hauptkörpers 42 angeordnet. Es wird auf 9 Bezug genommen. Ein Querschnitt der ersten Hülse 48 ist im Wesentlichen polygonal. In der Ausführungsform ist der Querschnitt der ersten Hülse 48 achteckförmig. Jede Seitenwand der ersten Hülse 48 kontaktiert einen entsprechenden Permanentmagnet 52. Jede Ecke der ersten Hülse 48 erstreckt sich von einer Rippe 482 radial nach außen. Jede Rippe 482 kontaktiert eine entsprechende Kerneinheit 70. Die erste Hülse 48 hat eine Durchgangsöffnung (nicht näher gekennzeichnet) für den Durchtritt der Welle 50.
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Der erste Hauptkörper 42, die ersten kurzen Zapfen 44, die ersten langen Zapfen 46 und die erste Hülse 48 sind durch ein Spritzgussverfahren einstückig ausgebildet, und die erste Endplatte 40 und die Welle 50 sind durch ein Einsatzformverfahren einstückig ausgebildet. Die Welle 50 ist in der ersten Hülse 48 drehbar befestigt. Es versteht sich, dass der erste Hauptkörper 42, die ersten Zapfen 44, 46 und die erste Hülse 48 auch getrennt geformt und anschließend zusammengefügt werden können.
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In der Ausführungsform haben die ersten kurzen Zapfen 44 und die ersten langen Zapfen 46 jeweils einen ovalen Querschnitt mit einer sich radial erstreckenden Hauptachse. Die ersten kurzen Zapfen 44 und die ersten langen Zapfen 46 sind jeweils in einer Anzahl von vier vorgesehen und sind in Umfangsrichtung alternierend und voneinander beabstandet angeordnet.
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8 zeigt eine zweite Endplatte des Rotors von 5. In der Ausführungsform hat die zweite Endplatte 60 einen zweiten Hauptkörper 62, einen zweiten langen Zapfen 64, einen zweiten kurzen Zapfen 66 und eine zweite Hülse 68. Der zweite Hauptkörper 62 ist im Wesentlichen scheibenförmig und hat eine Mehrzahl von zweiten Nuten 63, die an einer Endfläche des zweiten Hauptkörpers 62 gebildet sind. Die zweiten Nuten 63 sind für die Aufnahme des sich außerhalb des Rotorkerns 51 erstreckenden unteren Teils des Permanentmagnets 52 konfiguriert. Der Permanentmagnet 52 ist bevorzugt in die entsprechende zweite Nut 63 eingepresst. Die zweiten kurzen Zapfen 66 und die zweiten langen Zapfen 64 sind rund um die Achse des zweiten Hauptkörpers 62 angeordnet und sind gleichmäßig voneinander beabstandet. Jeder der zweiten Zapfen 64, 66 liegt zwischen einander benachbarten zweiten Nuten 63, die sich senkrecht von der Endfläche des zweiten Hauptkörpers 62 erstrecken. In der axialen Richtung sind die zweiten langen Zapfen 64 auf die ersten kurzen Zapfen 44 und die zweiten kurzen Zapfen 66 auf die ersten langen Zapfen 46 ausgerichtet. Die zweite Hülse 68 hat einen Querschnitt, der im Wesentlichen dem Querschnitt der ersten Hülse 48 gleicht, hat jedoch eine axiale Länge, die wesentlich kürzer ist als die axiale Länge der ersten Hülse 48. Die zweite Hülse 68 bildet eine Verlängerung der ersten Hülse 48 und ist an der Welle 20 festgelegt. Die zweiten langen Zapfen 64 und die zweiten kurzen Zapfen 66 haben jeweils einen ovalen Querschnitt, wobei sich ihre Hauptachse wie bei den ersten Zapfen 44, 46 radial erstreckt.
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Die erste Endplatte 40 und die zweite Endplatte 60 sind jeweils von einander axial gegenüberliegenden Enden des Rotorkerns montiert. Jeder erste kurze Zapfen 44 ist koaxial zu einem entsprechenden zweiten langen Zapfen 64 und jeder erste lange Zapfen 46 koaxial zu einem entsprechenden zweiten kurzen Zapfen 66 angeordnet. Jede der Kerneinheiten 70 definiert eine Durchgangsöffnung (nicht näher gekennzeichnet), die sich axial durch die Kerneinheit 70 erstreckt und auf entsprechende erste und zweite Zapfen 44, 54 oder 66, 66 ausgerichtet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht der Querschnitt der Durchgangsöffnungen dem Querschnitt der ersten und zweiten Zapfen 44, 46, 64, 66.
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Eine Außenfläche der Kerneinheit 70 in der radialen Richtung ist ein Teil der zylindrischen Fläche und ist an die Innenfläche des Rotorgehäuses 30 des Rotors 5 angepasst. Zwei Seitenflächen der Kerneinheit 70 sind glatt und eben.
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Die Permanentmagnete 52 sind jeweils im Wesentlichen quaderförmig. Die Permanentmagnete 52 und die Kerneinheiten 70 wechseln einander ab und bilden zusammenwirkend die Säule. Das Rotorgehäuse 30 ist von einem Ende der Welle 20 her montiert, so dass es die durch die Permanentmagnete 52 und die Kerneinheiten 70 gebildet Säule bedeckt. Die Permanentmagnete 52 können Ferritmagnete sein. In dieser Ausführungsform ist eine Breite des Permanentmagnets 52 allgemein gleich groß wie ein Abstand zwischen einander benachbarten Kerneinheiten 70 in der Umfangsrichtung. Eine radiale Länge des Permanentmagnets 52 ist geringfügig größer als eine radiale Länge der Kerneinheit 70. An zwei Ecken einer radialen Außenseite des Permanentmagnets 52 können zwei Abfasungen (nicht näher gekennzeichnet) gebildet sein, um die Ecken der Permanentmagnete 52 von den benachbarten Kerneinheiten 70 zu beabstanden und so einen magnetischen Streufluss zu verringern und die Leistung des Motors 1 zu verbessern.
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Die Kerneinheiten 70 umschließen die Welle 20 und sind gleichmäßig voneinander beabstandet. Jede Aufnahme ist zwischen zwei einander benachbarten Kerneinheiten 70 definiert, um einen Permanentmagnet 52 darin aufzunehmen. Die Aufnahme ist im Wesentlichen quaderförmig. In dieser Ausführungsform befinden sich die Außenflächen der Permanentmagnete 52 und der Kerneinheiten 70 im Wesentlichen an derselben Säule und sind an der Innenfläche des Gehäuses 30 befestigt. Eine radial innere Fläche jedes der Permanentmagnete 52 liegt näher an der Welle 50 als Innenflächen der benachbarten Kerneinheiten 70, um dadurch den magnetischen Streufluss zu verringern.
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Die erste und die zweite Endplatte 40, 60 sind an den jeweiligen Enden der Welle 50 angeordnet. Die ersten und die zweiten Zapfen 44, 46, 64, 66 der ersten und der zweiten Endplatte 40, 60 sind in die Durchgangsöffnungen der Kerne 70 eingesetzt. In dieser Ausführungsform ergänzen jeder der ersten kurzen Zapfen 44 der ersten Endplatte 40 und ein entsprechender zweiter langer Zapfen 64 der zweiten Endplatte 60 einander in der Länge und sind in dieselbe Durchgangsöffnung eingesetzt; und jeder der ersten langen Zapfen 46 und ein entsprechender zweiter kurzer Zapfen 66 ergänzen einander in der Länge und sind in dieselbe Durchgangsöffnung eingesetzt.
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Vorstehend wurden lediglich bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, die die Erfindung nicht einschränken sollen. Änderungen, Äquivalente, Modifikationen und dergleichen innerhalb des Erfindungsgedankens fallen sämtlich in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.
