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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein das Gebiet von Fahrzeugen, insbesondere das Gebiet von Leistungsbatteriesystemen von New Energy Vehicles (Fahrzeuge mit alternativer Antriebstechnik) (Elektrofahrzeuge, Hybridfahrzeuge). Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung eine Kühlvorrichtung für ein Leistungsbatteriesystem, ein Leistungsbatteriesystem für ein Fahrzeug und ein Fahrzeug mit einem Leistungsbatteriesystem.
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Hintergrund
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Hybridfahrzeuge und reine Elektrofahrzeuge erfordern in der Regel ein hocheffizientes Leistungsbatteriesystem zur Bereitstellung von Energie. Wenn das Leistungsbatteriesystem mit hoher Leistung betrieben wird, erzeugen Lade- und Entladeprozesse von Batterien eine große Wärmemenge, was zu einer Hitzeentwicklung innerhalb der Batterien führt und eine Beeinträchtigung der Batterieleistung verursacht. Da die Leistungsbatterien temperaturempfindlich sind, werden mehr und mehr Batteriesysteme mit auf Luftkühlung oder Flüssigkeitskühlung basierenden Kühlsystemen ausgestattet, damit die Leistungsbatterien bei einer optimalen Temperatur (15-35°C) betrieben werden können. Da die Luftkühlung einen niedrigen Wärmeübertragungskoeffizienten und eine langsame Wärmeübertragungsrate hat, wird am häufigsten ein Flüssigkeitskühlungssystem verwendet. Es besteht in dem Flüssigkeitskühlungssystem jedoch die Gefahr einer Kühlmittelleckage, was dazu führen kann, dass das Batteriesystem einen Kurzschluss erfährt, Feuer fängt oder sogar explodiert.
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Kurzfassung der Offenbarung
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Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, obige Probleme zu überwinden, um ein durch die Kühlmittelleckage verursachtes Sicherheitsrisiko zu vermeiden. Durch Konstruktion einer Kühlvorrichtung für ein Leistungsbatteriesystem mit äußeren Kühlrohrleitungen, wären Hochspannungsvorrichtungen und Module innerhalb des Batteriesystems nicht betroffen, selbst wenn das Kühlmittel leckt, wodurch die Sicherheit stark verbessert wird.
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Dazu wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung eine Kühlvorrichtung für ein Leistungsbatteriesystem bereitgestellt. Die Kühlvorrichtung ist an einer Unterseite des Leistungsbatteriesystems angeordnet und weist eine Kammer auf, die durch ein Gehäuse definiert wird. Die Kammer weist Folgendes auf: einen ersten Bereich, in dem eine Flüssigkeitskühlplattenanordnung angeordnet ist; und einen zweiten Bereich, der von dem ersten Bereich abdichtend getrennt ist und ein Rohrleitungssystem für Kühlmittelverbindung aufnimmt.
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Die Flüssigkeitskühlplattenanordnung erstreckt sich von einer Unterseite des ersten Bereichs zu einer Unterseite des zweiten Bereichs, und das Rohrleitungssystem steht mit einem Strömungskanal der Flüssigkeitskühlplattenanordnung in fluidischer Verbindung.
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Gemäß dem obigen technischen Konzept kann die vorliegende Offenbarung ferner eine oder mehrere der folgenden optionalen Ausführungsformen beinhalten.
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Bei einigen optionalen Ausführungsformen weist die Flüssigkeitskühlplattenanordnung mehrere Flüssigkeitskühlplatten auf, die nebeneinander angeordnet und abdichtend miteinander verbunden sind, und eine oder mehrere benachbarte Flüssigkeitskühlplatten stehen in fluidischer Verbindung, um einen Kühlkreislauf zu bilden.
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Bei einigen optionalen Ausführungsformen sind Seiten der einen oder mehreren Flüssigkeitskühlplatten, die den Kühlkreislauf bilden, mit Schlitzen versehen, um eine fluidische Verbindung zwischen den Flüssigkeitskühlplatten zu erreichen, und die Schlitze sind im zweiten Bereich angeordnet.
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Bei einigen optionalen Ausführungsformen weist das Rohrleitungssystem ein Flüssigkeitseinlassrohr und ein Flüssigkeitsauslassrohr auf. Das Flüssigkeitseinlassrohr steht mit einer oder mehreren Flüssigkeitskühlplatten in fluidischer Verbindung und ist über eine Flüssigkeitseinlassverbindung mit einem Flüssigkeitszufuhrrohr verbunden, und das Flüssigkeitsauslassrohr steht mit einer oder mehreren Flüssigkeitskühlplatten in fluidischer Verbindung und ist über eine Flüssigkeitsauslassverbindung mit einem Flüssigkeitsabführrohr verbunden.
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Bei einigen optionalen Ausführungsformen wird der erste Bereich durch mehrere vertikale Platten senkrecht zu der Flüssigkeitskühlplattenanordnung definiert; die mehreren vertikalen Platten sind abdichtend mit der Flüssigkeitskühlplattenanordnung verbunden; und das Leistungsbatteriesystem ist in dem ersten Bereich angeordnet und wird durch die Flüssigkeitskühlplattenanordnung gestützt.
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Bei einigen optionalen Ausführungsformen ist der zweite Bereich durch die vertikale Platte abdichtend von dem ersten Bereich getrennt, und der zweite Bereich weist ferner eine Verkleidungsseitenplatte, durch die sich das Rohrleitungssystem erstreckt, und/oder eine Abdeckplatte auf.
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Bei einigen optionalen Ausführungsformen sind die mehreren Flüssigkeitskühlplatten durch Reibrührschweißen oder Metall-Inertgasschweißen abdichtend verbunden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Leistungsbatteriesystem für ein Fahrzeug bereitgestellt. Das Leistungsbatteriesystem weist mindestens eine Kühlvorrichtung wie oben erwähnt auf.
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Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Fahrzeug bereitgestellt. Das Fahrzeug weist ein Leistungsbatteriesystem auf, und das Leistungsbatteriesystem weist mindestens eine Kühlvorrichtung wie oben erwähnt auf.
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Bei der Kühlvorrichtung der vorliegenden Offenbarung ist das Rohrleitungssystem vollständig außerhalb des Batteriesystems angeordnet. Somit wären die Batteriezellen oder Hochspannungsvorrichtungen innerhalb des Batteriesystems nicht betroffen, selbst wenn das Kühlmittel am Rohrleitungssystem leckt, wodurch die Sicherheit des Batteriesystems stark verbessert wird. Des Weiteren können die Flüssigkeitskühlplatten der Flüssigkeitskühlplattenanordnung flexibel in einer Reihen- und Parallelverbindung angeordnet werden, so dass die Strömungsverteilung der Flüssigkeitskühlplatten angemessen eingestellt werden kann, was dabei hilft, Temperaturdifferenzen zwischen den Batteriezellen zu reduzieren, die Leistung des Batteriesystems zu verbessern und die Betriebslebensdauer der Batteriezellen zu verlängern. Darüber hinaus können die Länge und die Komplexität der Flüssigkeitskühlrohrleitungen stark reduziert bzw. vereinfacht werden, was dabei hilft, ein Ausfallrisiko und Kosten zu reduzieren.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung optionaler Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen deutlicher hervor, wobei gleiche Bezugszahlen in den Zeichnungen die gleichen oder ähnliche Teile kennzeichnen. In den Zeichnungen zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht einer Kühlvorrichtung für ein Leistungsbatteriesystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
- 2 eine schematische Ansicht der Kühlvorrichtung ähnlich 1, wobei eine Abdeckplatte in einem zweiten Bereich entfernt ist;
- 3 eine schematische Ansicht der Kühlvorrichtung von 2, wie von oben gesehen;
- 4 eine schematische Querschnittsansicht entlang Linie C-C von 3;
- 5 eine vergrößerte schematische Ansicht eines Teils D von 4; und
- 6 eine schematische Ansicht ähnlich 3, die die Strömungsrichtung eines Kühlmittels zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
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Die Implementierung und die Anwendung der Ausführungsformen werden nachfolgend ausführlich besprochen. Es sollte jedoch darauf hingewiesen werden, dass die speziellen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung nur der Veranschaulichung spezieller Weisen zum Implementieren und Anwenden der vorliegenden Offenbarung dienen, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung einzuschränken. Die Darstellungen von strukturellen Positionen verschiedener Komponenten, wie zum Beispiel nach oben, nach unten, Oberseite, Unterseite usw., in der Beschreibung sind nicht absolut, sondern eher relativ. Diese Ausrichtungsdarstellungen sind angemessen, wenn die verschiedenen Komponenten wie in den Figuren gezeigt angeordnet sind, wenn sich jedoch die Positionen der verschiedenen Komponenten in den Figuren ändern, ändern sich auch diese Ausrichtungsdarstellungen entsprechend.
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Allgemein beinhaltet ein Leistungsbatteriesystem für ein Fahrzeug ein Batteriepack, das durch mehrere Batteriezellen gebildet wird, und eine Kühlvorrichtung, die an einer Unterseite des Leistungsbatteriesystems angeordnet ist, um dabei zu helfen, Wärme von dem Batteriepack schnell und gleichmäßig abzuführen. Um die Gefahr einer Kühlmittelleckage zu vermeiden, ist die Kühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung vorteilhafterweise dazu eingerichtet, eine von einem Gehäuse definierte Kammer aufzuweisen. Die Kammer weist Folgendes auf: einen ersten Bereich, in dem eine Flüssigkeitskühlplattenanordnung angeordnet ist; und einen zweiten Bereich, der von dem ersten Bereich abdichtend getrennt ist und ein Rohrleitungssystem für Kühlmittelverbindung aufnimmt.
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Bei der in 1 bis 6 gezeigten Ausführungsform befinden sich der erste Bereich 10 und der zweite Bereich 20 nebeneinander und sind voneinander getrennt. Die Flüssigkeitskühlplattenanordnung 30 erstreckt sich von einer Unterseite des ersten Bereichs 10 zu einer Unterseite des zweiten Bereichs 20. Das Rohrleitungssystem 40, 50 steht mit Strömungskanälen der Flüssigkeitskühlplattenanordnung 30 in fluidischer Verbindung und ist im zweiten Bereich 20 angeordnet. Gemäß einigen Ausführungsformen wird der erste Bereich 10 durch mehrere vertikale Platten senkrecht zu der Flüssigkeitskühlplattenanordnung 30 definiert, und die mehreren vertikalen Platten sind abdichtend mit der Flüssigkeitskühlplattenanordnung 30 verbunden. Zum Beispiel sind eine vordere Platte 11, eine hintere Platte 12 und zwei Seitenplatten 13, 14 in der Ausrichtung von 1 gezeigt, wodurch eine erste Kammer A zur Aufnahme des Leistungsbatteriesystems definiert wird, und die Flüssigkeitskühlplattenanordnung 30 als eine Bodenplatte stellt Abstützung für das Leistungsbatteriesystem bereit, während sie effektiv eine Wärmeübertragungsfläche gewährleistet. Die vordere Platte 11 trennt den ersten Bereich 10 abdichtend von dem zweiten Bereich 20. Der zweite Bereich 20 kann auch Verkleidungsseitenplatten und eine Abdeckplatte 22 aufweisen. Eine vordere Verkleidungsseitenplatte 21 ist in 1 beispielhaft gezeigt. Bei einigen Ausführungsformen kann der zweite Bereich 20 auch Verkleidungsseitenplatten aufweisen, die sich an beiden Seiten befinden und mit den beiden Seitenplatten 13, 14 des ersten Bereichs 10 verbunden sind, wodurch eine zweite Kammer B zur Aufnahme des Rohrleitungssystems 40, 50 für Kühlmittelverbindung definiert wird. 2 zeigt das in dem zweiten Bereich 20 angeordnete Rohrleitungssystem 40, 50 durch das Entfernen der Abdeckplatte 22.
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Wie in 3 gezeigt ist, weist die Flüssigkeitskühlplattenanordnung 30 mehrere Flüssigkeitskühlplatten auf, die nebeneinander angeordnet und abdichtend miteinander verbunden sind, und jede Flüssigkeitskühlplatte ist mit Strömungskanälen versehen. Bei der dargestellten Ausführungsform sind vier Flüssigkeitskühlplatten beispielhaft gezeigt, das heißt, eine erste Flüssigkeitskühlplatte 31, eine zweite Flüssigkeitskühlplatte 32, eine dritte Flüssigkeitskühlplatte 33 und eine vierte Flüssigkeitskühlplatte 34. Diese Flüssigkeitskühlplatten sind zum Beispiel durch Schweißen wie beispielsweise Reibrührschweißen oder Metall-Inertgasschweißen (MIG) integral ausgebildet. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass in praktischen Anwendungen mehr oder weniger Flüssigkeitskühlplatten wie erforderlich vorgesehen sein können.
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Vorteilhafterweise stehen eine oder mehrere benachbarte Flüssigkeitskühlplatten in fluidischer Verbindung miteinander, um einen Kühlkreislauf zu bilden. Bei bestimmten Ausführungsformen sind Seiten der einen oder mehreren Flüssigkeitskühlplatten, die den Kühlkreislauf bilden, mit Schlitzen versehen, um eine fluidische Verbindung zwischen den Flüssigkeitskühlplatten zu erreichen. Die Schlitze sind vorzugsweise im zweiten Bereich 20 angeordnet. Wie in 3 und 4 gezeigt ist, können die erste Flüssigkeitskühlplatte 31 und die zweite Flüssigkeitskühlplatte 32 durch jeweils darin vorgesehene Schlitze 311, 321 in fluidischer Verbindung miteinander stehen, und die dritte Flüssigkeitskühlplatte 33 und die vierte Flüssigkeitskühlplatte 34 können durch jeweils darin vorgesehene Schlitze 331, 341 in fluidischer Verbindung miteinander stehen. Mit anderen Worten sind die erste Flüssigkeitskühlplatte 31 und die zweite Flüssigkeitskühlplatte 32 in Reihe verbunden, und sind mit der dritten Flüssigkeitskühlplatte 33 und der vierten Flüssigkeitskühlplatte 34, die auch in Reihe verbunden sind, parallel verbunden, wodurch sie zum Beispiel zwei S-förmige Strukturen bilden, wobei ihre Kopfenden verbunden sind und ihre hinteren Enden verbunden sind, um die Gleichförmigkeit der Temperaturfeldverteilung der Flüssigkeitskühlplatten zu gewährleisten, den Druckabfall des Systems effektiv zu reduzieren und die Wärmeabführungswirkung zu verbessern.
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Wie oben beschrieben wurde, sind die Flüssigkeitskühlplatten durch Schweißen verbunden. Wenn Schlitze vorgesehen sind, um zwei oder mehr Flüssigkeitskühlplatten fluidisch zu verbinden, muss der Schweißeinbrand während des Schweißprozesses so gesteuert werden, dass verhindert wird, dass Schweißnähte die Strömungskanäle blockieren. Wie in 5 gezeigt ist, wird insbesondere an den Positionen der Schlitze der Einbrand einer Schweißnaht 60 vorteilhafterweise so gesteuert, dass er im Wesentlichen gleich der Dicke einer Wand der Flüssigkeitskühlplatte ist.
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Erneut auf 3 Bezug nehmend, beinhaltet das Rohrleitungssystem bei der dargestellten Ausführungsform ein Flüssigkeitseinlassrohr 40 und ein Flüssigkeitsauslassrohr 50. Das Flüssigkeitseinlassrohr 40 steht mit einer oder mehreren Flüssigkeitskühlplatten in fluidischer Verbindung und ist über eine Flüssigkeitseinlassverbindung 41 mit einem Flüssigkeitszufuhrrohr verbunden, und das Flüssigkeitsauslassrohr 50 steht mit einer oder mehreren Flüssigkeitskühlplatten in fluidischer Verbindung und ist über eine Flüssigkeitsauslassverbindung 51 mit einem Flüssigkeitsabführrohr verbunden. Wenn die Flüssigkeitskühlplattenanordnung die obige Anordnung der vier Flüssigkeitskühlplatten annimmt, und zwei Flüssigkeitskühlplatten in Reihe verbunden sind und mit den anderen beiden Flüssigkeitskühlplatten, die auch in Reihe verbunden sind, parallel verbunden sind, kann das Flüssigkeitseinlassrohr 40 ein Flüssigkeitseinlasshauptrohr 42, das mit der Flüssigkeitseinlassverbindung 41 verbunden ist, ein erstes Flüssigkeitseinlassabzweigungsrohr 43, das mit der ersten Flüssigkeitskühlplatte 31 verbunden ist, und ein zweites Flüssigkeitseinlassabzweigungsrohr 44, das mit der dritten Flüssigkeitskühlplatte 33 verbunden ist, aufweisen; und dementsprechend kann das Flüssigkeitsauslassrohr 50 ein Flüssigkeitsauslasshauptrohr 52, das mit der Flüssigkeitsauslassverbindung 51 verbunden ist, ein erstes Flüssigkeitsauslassabzweigungsrohr 53, das mit der zweiten Flüssigkeitskühlplatte 32 verbunden ist, und ein zweites Flüssigkeitsauslassabzweigungsrohr 54, das mit der vierten Flüssigkeitskühlplatte 34 verbunden ist, aufweisen. Es kann an der Verbindungsstelle des Flüssigkeitseinlasshauptrohrs 42, des ersten Flüssigkeitseinlassabzweigungsrohrs 43 und des zweiten Flüssigkeitseinlassabzweigungsrohrs 44 eine T-Verbindung vorgesehen sein, um Flüssigkeitsstrom zu teilen. Ebenso kann eine T-Verbindung an der Verbindungsstelle des Flüssigkeitsauslasshauptrohrs 52, des ersten Flüssigkeitsauslassabzweigungsrohrs 53 und des zweiten Flüssigkeitsauslassabzweigungsrohrs 54 vorgesehen sein. Durch Teilen des Flüssigkeitsstroms durch die Rohre kann der Strom wie erforderlich zu jeder Flüssigkeitskühlplatte verteilt werden.
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Während des Kühlprozesses der Kühlvorrichtung strömt Kühlmittel so, wie durch Pfeile in 6 gezeigt wird. Das Kühlmittel tritt von der Flüssigkeitseinlassverbindung entlang dem ersten Flüssigkeitseinlassabzweigungsrohr und dem zweiten Flüssigkeitseinlassabzweigungsrohr in die erste Flüssigkeitskühlplatte 31 bzw. die dritte Flüssigkeitskühlplatte 33 ein, durchströmt die S-förmigen Strömungskanäle und strömt von der zweiten Flüssigkeitskühlplatte 32 bzw. der vierten Flüssigkeitskühlplatte 34 über das erste Flüssigkeitsauslassabzweigungsrohr 53 und das zweite Flüssigkeitsauslassabzweigungsrohr 54 zu der Flüssigkeitsauslassverbindung, wodurch das Ziel der Zirkulationskühlung erreicht wird und gewährleistet wird, dass die Leistungsbatterien in einer Umgebung betrieben werden, in der die Temperatur im Wesentlichen konstant ist.
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Bei der Kühlvorrichtung für das Leistungsbatteriesystem der vorliegenden Offenbarung wird ein Dichtungsbereich des Gehäuses durch die vertikalen Platten gebildet, die den ersten Bereich 10 und die Flüssigkeitskühlplattenanordnung 30 bilden, und das Rohrleitungssystem 40, 50 ist außerhalb des Dichtungsbereichs in dem zweiten Bereich 20 angeordnet. Somit wären Batteriezellen, Hochspannungsvorrichtungen und dergleichen in dem Batteriegehäuse nicht betroffen, selbst wenn es zu einem Kühlmittelleckageunfall kommt. Bei einigen Ausführungsformen sind Strömungskanäle zwischen den Flüssigkeitskühlplatten, die in Reihe verbunden sind, auch außerhalb des Dichtungsbereichs des Gehäuses angeordnet, so dass, selbst wenn das Kühlmittel aufgrund von Schweißfehlern oder Extrusionstests leckt, Komponenten in dem Gehäuse nicht betroffen wären, wodurch die Sicherheit und die Zuverlässigkeit des Systems verbessert werden.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die in 1 bis 6 gezeigte Ausführungsform nur die optionale Form, Größe und Anordnung der Kühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt und lediglich der Veranschaulichung und nicht der Einschränkung dient. Es können auch andere Formen, Größen und Anordnungen verwendet werden, ohne von dem Konzept und Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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Vorstehend sind technische Inhalte und technische Merkmale der vorliegenden Offenbarung offenbart worden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass der Fachmann an den vorstehend offenbarten Konzepten unter dem Erfindungsgedanken der vorliegenden Offenbarung verschiedene Änderungen und Verbesserungen vornehmen kann und dass alle Änderungen und Verbesserungen unter den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung fallen. Die Beschreibung der obigen Ausführungsformen dient der Veranschaulichung und nicht der Einschränkung, und der Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung wird durch die Ansprüche definiert.
