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Die
Erfindung betrifft eine Endoskopoptik der im Oberbegriff des Patentanspruchs
1 genannten Art.
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Bildleiter
in Form von Relaislinsensystemen werden in Endoskop- oder Übertragungsoptiken
von starren Endoskopen verwendet, um ein vom Objektiv erzeugtes
Bild eines Objekts durch einen langgestreckten dünnen Schaft des Endoskops hindurch zur
Bildbetrachtungseinrichtung zu übertragen.
Bei der Übertragung
wird das Bild in jedem der Umkehrsätze um 180 Grad gedreht, woraus
sich die Bezeichnung Umkehrsatz herleitet. Die Bildbetrachtungseinrichtung
besteht gewöhnlich
aus einem Okular oder einer Videokamera, mit denen sich das am proximalen
Ende des Bildleiters erzeugte Bild betrachten bzw. auf einem Monitor
darstellen lässt.
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Eine
bekannte Endoskopoptik ist in einer Firmenschrift des Anmelders
mit dem Titel "Das
Resektoskop", Olympus
Winter & Ibe,
1993 dargestellt.
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Zur
Montage eines als Relaislinsensystem ausgebildeten Bildleiters werden üblicherweise
die Linsen der Umkehrsätze
in axialer Richtung einzeln hintereinander in einem durchgehenden
starren und wenig biegsamen Rohr gestapelt, das anschließend in
den Schaft des Endoskops eingeführt
wird. Beim Stapeln werden ringförmige,
aus Stahl oder einem anderen Metall bestehende Abstandhalter zwischen jeweils
benachbarte Linsen und damit auch zwischen benachbarte Umkehrsätze eingebracht,
um sie in einem vorgegebenen Abstand voneinander zu halten. Der
aus den Linsen und den Abstandhaltern gebildete Stapel wird innerhalb
des Rohrs durch die Kraft einer Feder in axialer Richtung gegen
einen Anschlag gepresst, um eine spielfreie axiale Lagerung der
Linsen zu gewährleisten.
Um ein Brechen einzelner Stablinsen zu verhindern, wenn sich das
im Schaft des Endoskops angeordnete Rohr bei einer Operation zusammen
mit dem Schaft etwas biegt, werden die Linsen üblicherweise mit einem geringfügigen radialen
Spiel im Rohr gestapelt.
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Das
vorhandene radiale Spiel der Linsen im Rohr kann jedoch bei einer
stärkeren
Erschütterung oder
bei einer stoßförmigen Belastung
der Endoskopoptik, zum Beispiel beim Herabfallen des Endoskops,
zu einer als Verspringen bezeichneten Veränderung der Drehlage einzelner
Linsen um die optische Achse des Linsenstapels führen. Da die optische Achse
einer Linse selten völlig
exakt mit ihrer geometrischen Mittelachse zusammenfällt, können durch
das Verspringen von einer oder mehreren Linsen Abbildungsfehler
verursacht werden, was zum Beispiel eine geringere Bildschärfe oder
eine Veränderung
der Blickrichtung der Optik zur Folge haben kann.
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Ein
weiteres Problem beim abwechselnden Stapeln von Linsen und ringförmigen metallischen Abstandhaltern
besteht darin, dass die Linsen normalerweise nur an einer Kantenlinie
kraftübertragend gegen
die Abstandhalter anliegen. Dadurch ergeben sich im Falle einer
stoßförmigen Belastung
der Endoskopoptik an den Anlagepunkten hohe Punktbeanspruchungen,
was dort zu einem Ausbrechen oder Abplatzen von Teilen der Linsenoberflächen führen kann.
Dies hat eine starke Kontrastminderung zur Folge und kann unter
Umständen
ebenfalls Bildfehler verursachen.
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Darüber hinaus
müssen
die Linsen und die Abstandhalter beim Stapeln im Rohr einzeln nacheinander
von einem Stirnende her in dieses eingeführt und die Drehlage von mindestens
einem Teil der Linsen angepasst oder justiert werden, um die gewünschten
Abbildungseigenschaften der Optik zu erhalten. Dadurch wird ein
nicht unerheblicher Herstellungsaufwand verursacht.
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Bei
gattungsgemäßen Endoskopoptiken
sind die Linsen der Umkehrsätze
in Halterungen gelagert und mit diesen im Rohr des Relais-Linsensystems gelagert.
Einen solchen Stand der Technik zeigen die
DE 44 38 511 A1 , die
DE 197 32 991 A1 ,
hier mit auf die Linsen aufgeschrumpften Halterungen und die
DE 28 14 236 A1 .
Bei diesen Konstruktionen weisen die Linsen einzelne Halterungen
auf. Die
DE 199 12 656
A1 zeigt eine Endoskopoptik, bei der eine Halterung klemmend
sämtliche
Linsen des Relais-Linsensystems umfasst.
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Auch
bei diesen Konstruktionen können
bei Stoßbelastung
Bildfehler entstehen und es müssen die
Linsen einzeln montiert werden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Endoskopoptik zu schaffen, mit
der sich Bildfehler infolge von stoßförmigen Belastungen besser vermeiden lassen
und sich zudem der Herstellungsaufwand verringern lässt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Endoskopoptik mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einem
Endoskop nach dem Patentanspruch 14 gelöst.
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Danach
ist vorgesehen, dass die Linsen jedes Umkehrsatzes in einer rohrförmigen Halterung
fixiert sind, und dass die Umkehrsätze abwechselnd mit den Abstandhaltern
im Rohr gestapelt sind.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass sich zum einen durch
die Fixierung der Linsen jedes Umkehrsatzes in der jeweiligen Halterung
Abbildungsfehler durch Verspringen einzelner Linsen innerhalb eines
Umkehrsatzes völlig
vermeiden lassen, und dass zum anderen auch die einzelnen Umkehrsätze infolge
der größeren Masse
und des relativ großflächigen Reibkontakts
ihrer Halterungen mit der umgebenden Rohrwand weniger stark als
einzelne Linsen zum Verspringen neigen. Die Umkehrsätze bilden
zudem verhältnismäßig kurze
Montageeinheiten, die sich einfach vormontieren lassen und bei der Endmontage
der Optik leichter und mit geringerem Aufwand als einzelne Linsen
im Rohr gestapelt werden können.
Darüber
hinaus können
die Abbildungseigenschaften der vorgefertigten Umkehrsätze geprüft und ggf.
vorhandene Abbildungsfehler korrigiert werden.
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Als
Umkehrsatz wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Satz aus
mindestens zwei und vorzugsweise drei oder mehr Linsen bezeichnet,
der ein Bild eines Objekts, das in Übertragungsrichtung vor seiner
am weitesten distal gelegenen Linse erzeugt wird, in Richtung der
Bildbetrachtungseinrichtung weiter überträgt und dabei hinter seiner
am weitesten proximal gelegenen Linse ein um 180 Grad gedrehtes "Umkehr"-Bild des Objekts
erzeugt. Das heißt,
die kollektiven Abbildungseigenschaften eines Umkehrsatzes entsprechen
denen einer bikonvexen Linse. Um die Gesamtzahl der Linsen und damit
das Ausmaß der
Reflexion und Brechung an den Linsenoberflächen zu minimieren, enthalten
die Umkehrsätze
nach der heute üblicherweise
verwendeten Methode von Hopkins jeweils zwei Stablinsen, eine am
proximalen und eine am distalen Ende. Zwischen den beiden Stablinsen
sind zum Ausgleich von chromatographischen Fehlern gewöhnlich zwei
weitere Linsenkörper
angeordnet, die entweder gemeinsam in der Mitte zu einer kurzen
Linse verkittet oder einzeln mit jeweils einem der einander zugewandten Stirnenden
der beiden Stablinsen verkittet sein können. Andere Linsenkonfigurationen
sind jedoch ebenfalls denkbar.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die gegen
benachbarte Stablinsen zweier Umkehrsätze abgestützten ring- oder röhrchenförmigen Abstandhalter
aus einem elastisch nachgiebigen "weichen" Kunststoffmaterial und vorzugsweise
aus Polyetheretherketon (PEEK) bestehen, so dass im Fall von stoßförmigen Belastungen infolge
der elastischen Nachgiebigkeit der Abstandhalter Abplatzungen an
den benachbarten Oberflächen
der Stablinsen verhindert werden. Außerdem wird dadurch an den
Anlagestellen der Abstandhalter die Reibfläche und damit der Reibkontakt
der Umkehrsätze
untereinander vergrößert, was
ebenfalls einem Verspringen entgegenwirkt.
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Die
ring- oder röhrchenförmigen Abstandhalter
weisen vorzugsweise einen Außendurchmesser auf,
der mindestens dem Außendurchmesser
der Halterungen entspricht und ggf. sogar etwas größer als
dieser sein könnte,
so dass die Halterungen radial nach außen gegen die Rohrwand drücken, wenn
sie sich beim Auftreten stoßförmiger axialer
Belastungen in dieser Richtung etwas ausbeulen. Das Andrücken der
Abstandhalter gegen die Rohrwand wirkt ebenfalls einem Verspringen
der Umkehrsätze
im Rohr entgegen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die beiden Stablinsen jeder Halterung nach entgegengesetzten
Seiten über
die Stirnenden der Halterung überstehen,
so dass die von den Linsen und der Halterung eines Umkehrsatzes
gebildeten Montageeinheiten an ihren Stirnenden einen etwas kleineren Durchmesser
aufweisen und sich das umgebende Rohr stärker biegen kann, bevor es
zu einem Kontakt der Stablinsen mit der Rohrwand kommt und damit die
Gefahr von Linsenbrüchen
besteht.
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Die
zur Fixierung der Linsen jedes Umkehrsatzes dienenden röhrenförmigen Halterungen
könnten
grundsätzlich
von dünnen
Metall- oder Kunststoffrohren gebildet werden, in denen die beiden
Stablinsen nach dem Einführen
von sämtlichen
Linsen sowie von dazwischen angeordneten Distanzringen axial spielfrei
fixiert werden, zum Beispiel indem man sie in axialer Richtung gegeneinander
drückt
und ihre überstehenden
Stirnenden mit dem jeweils benachbarten Stirnende der Halterung
verklebt. Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht jedoch
vor, dass die Halterungen jeweils von einem Stück biegsamem Folien- oder Schrumpfschlauch
gebildet werden, der nach dem Einführen und Justieren der Linsen
und Distanzringe des Umkehrsatzes einer Wärmebehandlung zur Schrumpfung
des Schlauchs unterzogen werden kann, mit der sich die Linsen und Distanzringe
ohne die Gefahr einer Lageänderung axial
und radial spielfrei fixieren lassen.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es
zeigen:
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1:
eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Endoskopoptik;
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2:
eine vergrößerte Ausschnittsansicht eines
Teils der Endoskopoptik aus 1;
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3:
eine teilweise dargestellte vergrößerte Querschnittsansicht entlang
der Linie 3-3 der 2.
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Wie
am besten in 1 dargestellt, umfasst eine
Endoskopoptik 2 eine am proximalen Ende eines langgestreckten
zylindrischen starren Schafts 4 angeordnete Bildbetrachtungseinrichtung
in Form eines Okulars 10, sowie einen über ein Lichtleiterkabel 12 mit
einer externen Lichtquelle 14 verbindbaren Lichtleiter 16 zur
Beleuchtung eines Objekts 18 (in 1 als Pfeil
dargestellt), der zusammen mit einem distalen Objektivlinsensystem 20 und
einem Bildleiter 22 zur Betrachtung oder Darstellung des
Objekts 18 in einem äußeren Hüllrohr 24 des
Schafts 4 untergebracht ist.
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Die äußere Lichtquelle 14 enthält eine
Projektorlampe 26 und eine Kondensorlinse 28,
die zwischen der Projektorlampe 26 und dem Lichtleiterkabel 12 angeordnet
ist.
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Während der
Lichtleiter 16 im Schaft 4 als Faserlichtleiter
ausgebildet ist und eine Mehrzahl von einzelnen nebeneinander verlaufenden
Lichtleiterfasern 32 umfasst, die in einem im Querschnitt
sichelförmigen
Hohlraum 34 zwischen dem äußeren Hüllrohr 24 und einem
Faserrohr 36 angeordnet sind (vgl. 3), liegt
der Bildleiter 22 in Form eines Relaislinsensystems vor,
das drei in axialer Richtung des Schafts 4 hintereinander
angeordnete Umkehrsätze 40, 42, 44 umfasst.
Die jeweiligen Abbildungseigenschaften dieser Umkehrsätze 40, 42, 44 sind
so angepasst, dass ein vom Objektivlinsensystem 20 erzeugtes
umgekehrtes virtuelles Bild 38 des Objekts 18 von
den einzelnen Umkehrsätzen 40, 42, 44 in Richtung
des Okulars 10 weiter übertragen
wird, wobei es von jedem Umkehrsatz 40, 42, 44 umgekehrt wird,
das heißt
um 180 Grad gedreht. Die Anzahl der Umkehrsätze 40, 42, 44 ist
daher zweckmäßig immer ungerade,
so dass das im Okular 10 sichtbare Bild 46 des
Objekts 18 die gleiche Ausrichtung wie das Objekt 18 selbst
aufweist.
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Das
aus mehreren kurzen Linsen 48, 50, 52 bestehende
Objektivlinsensystem 20 ist zusammen mit dem Bildleiter 22 innerhalb
des gasdicht verschlossenen Faserrohrs 36 (in 1 nicht
dargestellt) angeordnet, das den Lichtleiter 16 vom Bildleiter 22 trennt
und zusammen mit dem äußeren Hüllrohr 24 den
im Querschnitt sichelförmigen
Hohlraum 34 begrenzt (vgl. 3).
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Jeder
der Umkehrsätze 40, 42, 44 umfasst zwei
Stablinsen 54, 56, die am distalen bzw. am proximalen
Stirnende des Umkehrsatzes 40, 42, 44 angeordnet
sind, sowie eine kurze Linse 58 mit einem dem Außendurchmesser
der Stablinsen 54, 56 entsprechenden Außendurchmesser,
die etwa in der Mitte zwischen den beiden Stablinsen 54, 56 angeordnet
ist und aus zwei miteinander verklebten Linsenkörpern 60, 62 mit
unterschiedlichem Brechungsindex besteht, von denen der eine bikonvex
und der andere konkavkonvex geschliffen ist, wie am besten in 2 dargestellt.
Die Stablinsen 54, 56 weisen an ihren der kurzen
Linse 58 zuge wandten Stirnenden plan geschliffene Stirnflächen auf,
während
ihre entgegengesetzten, von der kurzen Linse 58 abgewandten
Stirnflächen
konvex geschliffen sind. Zwischen den plan geschliffenen Stirnflächen der
Stablinsen 54, 56 und den jeweils benachbarten
Oberflächen der
kurzen Linse 58 sind dünnwandige
kurze Distanzrohre 64 aus Metall angeordnet, welche die
Linsen 54, 58, 56 in einem zuvor berechneten
Abstand voneinander halten.
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Die
Linsen 54, 56, 58 und die Distanzrohre 64 jedes
Umkehrsatzes 40, 42, 44 werden von einer röhrenförmigen Halterung 66 zusammengehalten, welche
die Linsen 54, 56, 58 in Bezug zueinander axial
und radial spielfrei fixiert. Die Halterung 66 besteht
aus einem biegsamen Folienschlauch 68 aus einem thermoplastischen
Kunststoffmaterial, dessen Innendurchmesser dem Außendurchmesser
der Stablinsen 54, 56, der kurzen Linse 58 und
der Distanzrohre 64 entspricht. Die Länge des Folienschlauchs 68 ist
etwas kürzer
als die Länge
des darin angeordneten Umkehrsatzes 40, 42, 44,
so dass die beiden Stablinsen 54, 56 etwas über seine
entgegengesetzten Stirnenden überstehen.
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Die
Umkehrsätze 40, 42, 44 werden
mit ihren jeweiligen Halterungen 66 zu Montageeinheiten
vormontiert, indem man zuerst die Linsen 54, 58, 56 und die
Distanzrohre 64 in der vorgegebenen Reihenfolge nacheinander
in den zuvor erwärmten
Folienschlauch 68 einführt,
indem man danach die Linsen 54, 58, 56 und
die Distanzrohre 64 in axialer Richtung gegeneinander presst,
so dass sie innerhalb des Folienschlauchs 68 spielfrei
gegeneinander anliegen, indem man dann den Folienschlauch 68 nach
einer Justierung in der axialen Mitte des Umkehrsatzes 40, 42, 44 wieder
auf Umgebungstemperatur abkühlt,
bis die Linsen 54, 58, 56 und Distanzrohre 64 eng
gegen seine Innenwand anliegen, und indem man schließlich nach
einer Kontrolle der Abbildungseigenschaften des derart vormontierten
Umkehrsatzes 40, 42, 44 die überstehenden
entgegengesetzten Stirnenden der Stablinsen 54, 56 durch
Klebepunkte 72 (vgl. 2) an den
je weils benachbarten Stirnenden des Folienschlauchs 68 fixiert,
um spätere
Relativverschiebungen der Linsen 54, 58, 56 und
Distanzrohre 64 in der Montageinheit zu verhindern.
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An
Stelle einer Verklebung der überstehenden
Stablinsen 54, 56 mit der Halterung 66 könnte zur
Fixierung der Linsen 54, 58, 56 und Distanzrohre 64 in
der Halterung 66 die letztere auch in Form eines Schrumpfschlauchs
ausgebildet werden, der nach der Justierung der Linsen und Distanzrohre
auf diese aufgeschrumpft wird. Da die Schäfte starrer Endoskope normalerweise
nur wenig gebogen werden, könnte
grundsätzlich
als Halterung auch ein dünnwandiges
starres Rohr aus Kunststoff oder Metall verwendet werden. Bei Verwendung
eines Folienschlauchs oder eines Kunststoffrohrs ist die Folie bzw.
der Kunststoff zweckmäßig transparent,
so dass auch eine visuelle Kontrolle einer ordnungsgemäßen Anordnung
der Linsen 54, 58, 56 und Distanzrohre 64 von
außen
her möglich
ist.
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Wie
in 1 schematisch dargestellt, kann auch das Objektivlinsensystem 20 mittels
einer ähnlichen
Halterung 76 zu einer Montageeinheit vormontiert werden.
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Bei
der Endmontage der Endoskopoptik 2 werden die vorgefertigten
Montageeinheiten 40, 42, 44 nacheinander
in das Faserrohr 36 gestapelt, wobei die Halterungen 66 mit
radialem Spiel in das Rohr eingesetzt sind und jeweils zwischen
den einander gegenüberliegenden
Stablinsen 54, 56 zweier benachbarter Umkehrsätze 40, 42, 44 ein
kurzer röhrenförmiger Abstandhalter 74 aus
Polyetheretherketon (PEEK) oder einem anderen elastisch nachgiebigen
Kunststoffmaterial eingefügt
wird (vgl. 2), bevor die Umkehrsätze 40, 42, 44 und
die Abstandhalter 74 durch eine am proximalen Ende im Faserrohr 36 angeordneten
Druckfeder (nicht dargestellt) gegen einen am distalen Ende im Faserrohr 36 angeordneten
Anschlag (nicht dargestellt) gedrückt und dadurch axial spielfrei
gestellt werden.
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Alternativ
können
die vorgefertigten Montageeinheiten 40, 42, 44 auch
in einem zusätzlichen Systemrohr
(nicht dargestellt) gestapelt werden, das nach dem Zusammenbau mit
dem Objektivlinsensatz 20 in das Faserrohr 36 eingeführt wird.
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Die
Abstandhalter 74 weisen einen dem Außendurchmesser der Halterungen 66 entsprechenden
Außendurchmesser
auf und stehen nach dem Einführen
in das Faserrohr 36 entlang der kreisförmigen Innenkanten ihrer entgegengesetzten
ringförmigen
Stirnflächen
in Berührung
mit den konvexen Oberflächen
der Stablinsen 54, 56. Nach der Montage der Druckfeder
werden die Umkehrsätze 40, 42, 44 und
die Abstandhalter 74 durch die axiale Druckkraft der Druckfeder
gegeneinander angepresst, wodurch sich an den Berührungsstellen
infolge einer leichten elastischen Verformung der Abstandhalter 74 eine
flächige
Anlage ergibt. Durch die flächige
Anlage werden die Reibkräfte
zwischen den Stablinsen 54, 56 und den Abstandhaltern 74 vergrößert und
damit die Umkehrsätze 40, 42, 44 noch
besser gegen Verspringen gesichert. Dies gilt auch im Fall einer stoßförmigen Belastung,
bei der die Abstandhalter 74 einfedern und anschließend wieder
ausfedern, ohne dass ihr Kontakt mit den benachbarten Linsen 54, 56 verloren
geht. Durch das Einfedern der Abstandhalter 74 wird zudem
ein Ausbrechen oder Abplatzen von Teilen der im Kontakt mit den
Abstandhaltern 74 befindlichen Linsenoberflächen verhindert,
und zwar zum einen wegen der geringeren Flächenpressungen an den Anlagestellen
und zum anderen wegen der geringeren Beschleunigung infolge der
Einfederung und der dadurch hervorgerufenen niedrigeren Beschleunigungskräfte.