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HINTERGRUND
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Viele Fahrzeuge, insbesondere Lkws, weisen Fahrerkabinen auf, die sich in Bezug auf den Lkw-Rahmen bewegen können, um den Komfort für den Fahrer zu verbessern. Dies wird durch die Schaffung eines Systems erreicht, das oft ein Gyroskop, eine Steuerung, ein Elektromagnetventil, eine Einstelleinrichtung und einen Luftspeichertank umfasst. Dieses System ist an dem Lkw-Rahmen unterhalb der Fahrerkabine montiert und weist das folgende Funktionsprinzip auf: Die Steuerung bezieht das Lagesignal von dem Gyroskop und sendet das Steuersignal an das Elektromagnetventil, das den Lufteinlass und -auslass steuert, die mit diesen Luftdruckänderungen die Einstelleinrichtung steuern.
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Viele Fahrzeuge sind mit Sensoren ausgestattet (wie etwa Kameras, Radar-Vorrichtungen und Lidar-Vorrichtungen), um Informationen über das Umfeld der Fahrzeuge zu erhalten. Wegen ihres begrenzten Sichtfeldes können diese Sensoren an den vorgenannten Fahrerkabinen dieser Fahrzeuge montiert sein.
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Während des Abbiegens, Beschleunigens und insbesondere Bremsens des Fahrzeugs kann jedoch die Bewegung dieser Fahrerkabinen relativ groß werden. Ferner können diese Fahrerkabinen während des Fahrens etwas vibrieren. Beide Phänomene wirken sich nicht unbedingt auf den Fahrkomfort aus, können sich aber auf die Funktionsfähigkeit der Sensoren auswirken.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Funktionsfähigkeit von Sensoren, die an Fahrzeugen mit bewegbaren Fahrzeugkabinen montiert sind, zu verbessern.
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KURZDARSTELLUNG
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst, indem ein System nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 7 bereitgestellt werden.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird ein System zum Stabilisieren eines oder mehrerer Sensoren an einem Fahrzeug, das einen Fahrzeugrahmen aufweist, bereitgestellt, wobei das System umfasst:
- - einen Sensorrahmen, der zum Aufnehmen des einen oder der mehreren Sensoren eingerichtet ist;
- - eine erste inertiale Messeinheit, die an dem Sensorrahmen angebracht ist, zum Bestimmen einer Bewegung des Sensorrahmens;
- - eine zweite inertiale Messeinheit, die dazu eingerichtet ist, an dem Fahrzeugrahmen angebracht zu werden, und zum Bestimmen einer Bewegung des Fahrzeugrahmens dient;
- - einen Sensorrahmenaktuator, der an dem Sensorrahmen angebracht und dazu eingerichtet ist, an dem Fahrzeug angebracht zu werden, und zum Stabilisieren des Sensorrahmens in Bezug auf den Fahrzeugrahmen basierend auf den bestimmten Bewegungen eingerichtet ist.
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Die Bestimmung sowohl der Bewegung des Sensorrahmens als auch der des Fahrzeugrahmens versetzt den Sensorrahmenaktuator in die Lage, die Ausrichtung des Sensorrahmens (und somit des einen oder der mehreren Sensoren) in Bezug auf den Fahrzeugrahmen so konstant wie möglich zu halten. Beispielsweise wenn das Fahrzeug still steht und während es bremst oder ein beliebiges anderes Manöver ausführt. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann dies als Stabilisiertsein des Sensorrahmens in einem Fahrzeugrahmen-Referenzsystem formuliert sein.
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Im Gegensatz dazu wäre es auch möglich, den Sensorrahmen in einem Gravitationsreferenzsystem zu stabilisieren. Wenn die Sensorrahmenausrichtung parallel zur Straße, auf der das Fahrzeug fährt, sein sollte, würde dies jedoch nicht funktionieren, wenn sich das Fahrzeug auf einer Schräge befindet.
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Ein weiterer Vorteil des System kann sein, dass es in einer Aftermarket-Situation leicht an vorhandenen Fahrzeugen zu montieren ist.
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Ein weiterer Vorteil des Systems kann sein, dass der Sensorrahmen relativ klein und/oder leicht sein kann (beispielsweise im Vergleich mit einer vollständigen Fahrerkabine). Da der Rahmenaktuator zum Stabilisieren dieses kleinen und/oder leichten Objekts eingerichtet ist, kann er zuverlässiger sein als ein Aktuator, der zum Stabilisieren eines großen und/oder schweren Objekts eingerichtet ist.
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Im Allgemeinen kann der Begriff „Bewegung“ eine Translation und eine Rotation bezeichnen, er kann aber auch lediglich eine Rotation bezeichnen. Sowohl die Translation als auch die Rotation können in einer, zwei oder drei Dimension(en) stattfinden.
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Im Allgemeinen kann der Begriff „Sensorrahmen“ einen Rahmen, ein Gehäuse oder ein beliebiges Behältnis bezeichnen, der/das wenigstens teilweise einen oder mehrere Sensoren enthält.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst das System ferner einen oder mehrere Sensoren, die an dem Sensorrahmen angebracht sind, wobei der eine oder die mehreren Sensoren eine Kamera, eine Radar-Vorrichtung und/oder eine Lidar-Vorrichtung umfassen. Insbesondere Radar- und Lidar-Vorrichtungen sowie Fernfeldkameras weisen (im Vergleich mit einer Nahfeldkamera) ein kleines, lang gestrecktes Sichtfeld auf, das parallel zur Straße gehalten werden müsste.
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Der Sensorrahmen kann dazu eingerichtet sein, bewegbar an dem Fahrzeug, insbesondere an einer Fahrerkabine des Fahrzeugs, angebracht zu werden. Der Sensorrahmenaktuator kann dazu eingerichtet sein, zwischen dem Sensorrahmen und dem Fahrzeug montiert zu werden.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Fahrzeug, das einen Fahrzeugrahmen aufweist, bereitgestellt, wobei das Fahrzeug umfasst:
- - eine Fahrerkabine, die bewegbar an dem Fahrzeugrahmen angebracht sein kann;
- - einen Kabinenaktuator, der an der Fahrerkabine und an dem Fahrzeugrahmen angebracht und zum Stabilisieren der Fahrerkabine in Bezug auf einen Gravitationsreferenzrahmen eingerichtet ist; und
- - ein System nach Anspruch 1 oder 2,
wobei der Sensorrahmenaktuator an der Fahrerkabine angebracht ist.
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Die Fahrerkabine kann bewegbar an dem Fahrzeugrahmen angebracht sein. Der Kabinenaktuator kann zwischen der Fahrerkabine und dem Fahrzeugrahmen montiert sein. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das Stabilisieren der Fahrerkabine in Bezug auf einen Gravitationsreferenzrahmen als Stabilisieren der Fahrerkabine in Bezug auf eine horizontale Ebene formuliert sein.
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In diesen Ausführungsformen kann der Kabinenaktuator zum Stabilisieren der Fahrerkabine in dem Gravitationsreferenzrahmen eingerichtet sein, während gleichzeitig der Sensorrahmenaktuator zum Stabilisieren des Sensorrahmens in dem Fahrzeugreferenzrahmen eingerichtet ist.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen ist ein Stabilisierungszeitrahmen des Sensorrahmenaktuators kürzer als ein Stabilisierungszeitrahmen des Kabinenaktuators. Es kann der Fall sein, dass bestimmte Vibrationen für den Komfort des Fahrers des Fahrzeugs nicht relevant sind, sich aber auf die Funktionsfähigkeit der Sensoren auswirken. Daher kann der Kabinenaktuator Bewegungen oder Vibrationen unter einem bestimmten Zeitrahmen ignorieren, während der Sensorrahmenaktuator diese(n) nicht ignorieren, sondern vielmehr so weit wie möglich entgegenwirken sollte.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen ist eine Stabilisierungsgenauigkeit des Sensorrahmenaktuators höher als eine Stabilisierungsgenauigkeit des Kabinenaktuators. Es kann der Fall sein, dass beim Stabilisieren der Fahrerkabine ein bestimmtes Maß an Überregulierung oder Unterregulierung akzeptabel und für den Komfort des Fahrers nicht relevant ist. Für einen Sensor kann jedoch dieses Maß an Überregulierung oder Unterregulierung für seine Funktionsfähigkeit relevant sein. Der Sensorrahmenaktuator sollte daher zum Begrenzen der Überregulierung und Unterregulierung in einem größeren Ausmaß als der Kabinenaktuator eingerichtet sein.
In einer oder mehreren Ausführungsformen ist das Fahrzeug eines der folgenden: ein Lkw, ein Bus, ein Pkw und ein Motorrad.
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Gemäß einem dritten Aspekt wird ein computerimplementiertes Verfahren zum Stabilisieren eines oder mehrerer Sensoren an einem Fahrzeug, das einen Fahrzeugrahmen aufweist, bereitgestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- - Bestimmen einer Bewegung eines Sensorrahmens, der zum Aufnehmen des einen oder der mehreren Sensoren eingerichtet ist;
- - Bestimmen einer Bewegung des eingerichteten Fahrzeugrahmens; und
- - Stabilisieren des Sensorrahmens in Bezug auf den Fahrzeugrahmen basierend auf den bestimmten Bewegungen.
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Gemäß einem vierten Aspekt wird ein Computerprogramm, das Anweisungen umfasst, die, wenn das Programm durch einen Computer ausgeführt wird, bewirken, dass der Computer die Schritte einer der Ausführungsformen, wie in diesem Dokument beschrieben, ausführt. Ferner wird ein computerlesbares Medium bereitgestellt, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.
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Die Funktionsweise, Vorteile und Ausführungsformen des Empfängers, des Systems und des Fahrzeugs sowie die Funktionsweise, Vorteile und Ausführungsformen des Computerprogramms und des computerlesbaren Mediums entsprechen der Funktionsweise, den Vorteilen und Ausführungsformen des Verfahrens, wie in diesem Dokument beschrieben, und umgekehrt.
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Figurenliste
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Für ein umfassenderes Verständnis der vorliegenden Erfindung wird in der folgenden Beschreibung auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigt:
- 1 eine schematische Übersicht eines Systems zum Stabilisieren eines oder mehrerer Sensoren und eines Fahrzeugs, das ein solches System umfasst, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung; und
- 2 eine schematische Übersicht eines Verfahrens zum Stabilisieren eines oder mehrerer Sensoren an einem Fahrzeug gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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1 zeigt eine schematische Übersicht eines Systems 100 zum Stabilisieren eines oder mehrerer Sensoren 190 und eines Fahrzeugs 150, welches das System 100 umfasst. Das System 100 umfasst einen Sensorrahmen 130, eine erste inertiale Messeinheit 110, eine zweite inertiale Messeinheit 120 und einen Sensorrahmenaktuator 140. in dem Beispiel von 1 ist das Fahrzeug 150 ein Lkw mit einer Fahrerkabine 170 und einem Fahrzeugrahmen 160.
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Der Sensorrahmen 130 ist zum Aufnehmen eines oder mehrerer Sensoren 190 eingerichtet. In dem Beispiel von 1 kann der Sensor 190 eine Fernfeldkamera, eine Radar-Vorrichtung oder eine Lidar-Vorrichtung sein. Der Sensor kann eine Ausrichtung oder Richtung des Sichtfeldes aufweisen. In 1 sind zwei mögliche Richtungen entsprechend durch die Buchstaben A und B angegeben. Da der Sensor an oder in dem Sensorrahmen 130 montiert sind, hat eine Ausrichtungsänderung des Sensorrahmens 130 eine Änderung der Ausrichtung oder Richtung des einen oder der mehreren Sensoren zur Folge.
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Die erste inertiale Messeinheit 110 ist an dem Sensorrahmen 130 angebracht und ist zum Bestimmen einer Bewegung des Sensorrahmens 130 eingerichtet. Im Allgemeinen können inertiale Messeinheiten einen Beschleunigungsmesser, einen Gyroskopsensor und/oder ein Magnetometer umfassen.
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Der Sensorrahmenaktuator 140 ist an dem Sensorrahmen 130 angebracht und zum Stabilisieren des Sensorrahmens 130 in Bezug auf den Fahrzeugrahmen 160 eingerichtet. Der Sensorrahmenaktuator kann einen oder mehrere Aktuatoren, beispielsweise 3 oder 4, umfassen, sodass der Sensorrahmenaktuator in der Lage ist, die Position und/oder Ausrichtung des Sensorrahmens 130 zu ändern. Bei diesem/n einen oder mehreren Aktuatoren kann es sich um einen elektrischen Schrittmotor handeln.
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Die zweite inertiale Messeinheit 120 ist in dem Beispiel von 1 an dem Fahrzeugrahmen 160 angebracht und zum Erfassen einer Bewegung des Fahrzeugrahmens 160 eingerichtet.
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In dem Beispiel der Figur weist das Fahrzeug 150 eine Fahrerkabine 170 auf, die bewegbar an dem Fahrzeugrahmen 160 angebracht sein kann. Zwischen der Fahrerkabine 170 und dem Fahrzeugrahmen 160 kann ein Kabinenaktuator 180 montiert sein, der zum Stabilisieren der Fahrerkabine in Bezug auf den Gravitationsreferenzrahmen Rg (oder in Bezug auf einen horizontalen Rahmen) eingerichtet ist, um den Fahrkomfort von Benutzern des Fahrzeugs 150 zu verbessern.
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Um die Funktionsfähigkeit des Sensors 190 zu optimieren, kann es wünschenswert sein, den Sensor 190 an der Fahrerkabine 170 zu montieren. In dem Beispiel von 1 fährt das Fahrzeug 150 auf einer Schräge. Beim Beschleunigen oder Verlangsamen kann sich die Fahrerkabine 170 in Bezug auf den Fahrzeugrahmen 160 aufgrund der Trägheit der Fahrerkabine 170 bewegen. Der Kabinenaktuator 180 kann zum Stabilisieren der Fahrerkabine 170 in Bezug auf den Gravitationsreferenzrahmen Rg eingerichtet sein.
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In dem Beispiel von 1 können die Hauptbewegungen alle in der Fahrtrichtung erfolgen. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung auch dann vorteilhaft angewendet werden kann, wenn Bewegungen in einer Richtung senkrecht zur Fahrtrichtung erfolgen. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn eines der Räder des Fahrzeugs über eine Bodenwelle in der Straße oder durch ein Loch in der Straße fährt.
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Wenn der Sensorrahmen 130 fest an oder in der Fahrerkabine 170 montiert ist, wird die Ausrichtung des Sensors 190 dann auch in Bezug auf den
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Gravitationsreferenzrahmen Rg stabilisiert. Dies kann zur Folge haben, dass der Sensor 190 eine Ausrichtung, wie durch den Buchstaben B angegeben, aufweist. Dies kann sich jedoch negativ auf das Sichtfeld des Sensors 190 auswirken, wie in 1 zu sehen ist.
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Daher ist erfindungsgemäß der Sensorrahmenaktuator 140 in der Lage, den Sensorrahmen 130 in Bezug auf den Fahrzeugrahmen 160 (d. h. in dem Fahrzeugreferenzrahmen Rv) zu stabilisieren. Dies kann zur Folge haben, dass der Sensor 190 eine Ausrichtung, wie durch den Buchstaben A angegeben, aufweist, welche die optimale Ausrichtung sein kann, da sie auch beim Fahren auf einer ebenen Straße vorliegt.
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Um den Sensorrahmen 130 in Bezug auf den Fahrzeugrahmen 160 zu stabilisieren, kann der Sensorrahmenaktuator 140 Informationen über die Bewegung sowohl des Fahrzeugrahmens 160 als auch des Sensorrahmens 130 und somit Daten sowohl von der ersten inertialen Messeinheit 110 als auch von der zweiten inertialen Messeinheit 120 benötigen.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen kann, um die Funktionsfähigkeit des Sensors 190 weiter zu verbessern, der Stabilisierungszeitrahmen des Sensorrahmenaktuators 140 kürzer sein als ein Stabilisierungszeitrahmen des Kabinenaktuators 180 und die Stabilisierungsgenauigkeit des Sensorrahmenaktuators 140 kann höher sein als eine Stabilisierungsgenauigkeit des Kabinenaktuators 180.
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2 zeigt eine schematische Übersicht eines Verfahrens zum Stabilisieren eines oder mehrerer Sensoren an einem Fahrzeug gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- Schritt 210: Bestimmen einer Bewegung eines Sensorrahmens 130, der zum Aufnehmen des einen oder der mehreren Sensoren 190 eingerichtet ist;
- Schritt 220: Bestimmen einer Bewegung des Fahrzeugrahmens 160; und
- Schritt 230: Stabilisieren des Sensorrahmens 130 in Bezug auf den Fahrzeugrahmen 160 basierend auf den bestimmten Bewegungen.
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Dem Fachmann ist klar, dass die verschiedenen illustrativen Logikblöcke, Module, Schaltungen und Algorithmusschritte, die in Verbindung mit den hierin offenbarten Ausführungsformen beschrieben sind, als elektronische Hardware, Computersoftware oder Kombinationen aus beiden implementiert werden können. Um diese Auswechselbarkeit von Hardware und Software deutlich zu machen, wurden oben verschiedene illustrative Komponenten, Blöcke, Module, Schaltungen und Schritte allgemein im Hinblick auf ihre Funktionalität beschrieben. Ob diese Funktionalität als Hardware oder Software implementiert wird, hängt von der/n konkreten Anwendung und konstruktionsbezogenen Einschränkungen ab, denen das Gesamtsystem unterliegt. Der Fachmann kann die beschriebene Funktionalität für jede konkrete Anwendung auf unterschiedliche Weise implementieren, aber solche Implementierungsentscheidungen sollten nicht als ein Verlassen des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung bewirkend ausgelegt werden.
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Die vorstehende Beschreibung der offenbarten Ausführungsformen wird bereitgestellt, damit der Fachmann die vorliegende Erfindung ausführen oder verwenden kann. Verschiedene Abwandlungen dieser Ausführungsformen sind für den Fachmann offensichtlich und die hierin definierten übergreifenden Prinzipien können für andere Ausführungsformen angewendet werden, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen oder deren Schutzbereich zu verlassen. Die vorliegende Erfindung soll somit nicht auf die hierin gezeigten Ausführungsformen beschränkt sein, sondern ihr ist der weiteste Schutzbereich zu gewähren, der mit den hierin offenbarten Prinzipien und neuen Merkmalen vereinbar ist.
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Die günstigen Wirkungen und Vorteile, die durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt werden können, wurden oben in Bezug auf konkrete Ausführungsformen beschrieben. Diese günstigen Wirkungen und Vorteile und alle Elemente oder Einschränkungen, die bewirken können, dass diese eintreten oder sich verstärken, sind nicht als kritische, erforderliche oder wesentliche Merkmale eines oder aller Ansprüche auszulegen. Wie hierin verwendet, sollen die Begriffe „umfasst“, „umfassend“ oder alle anderen Formen davon als nicht ausschließlich die Elemente oder Einschränkungen, die diesen Begriffen folgen, umfassend ausgelegt werden. Dementsprechend ist ein System, Verfahren oder eine andere Ausführungsform, die eine Gruppe von Elementen umfasst, nicht auf nur diese Elemente beschränkt, sondern kann andere, nicht ausdrücklich aufgeführte oder der beanspruchten Ausführungsform innewohnende Elemente umfassen.
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Auch wenn die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf konkrete Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich, dass die Ausführungsformen illustrativ sind und dass der Schutzbereich der Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist. Bezüglich der oben beschriebenen Ausführungsformen sind viele Variationen, Abwandlungen, Hinzufügungen und Verbesserungen möglich. Es ist vorgesehen, dass diese Variationen, Abwandlungen, Hinzufügungen und Verbesserungen in den Schutzbereich der Erfindung fallen, wie in den folgenden Ansprüchen detailliert angegeben.
