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Verfahren zur Herstellung eines Balkens mit einem Steg aus armiertem
und/oder vorgespanntem Beton. -Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
eines Balkens dessen zu beiden Seiten der neutralen Zone liegender Teil aus armiertem
und/oder vorgespanntem Beton-besteht.-Die im Bauingenieurwesen, sowie für industrielle
und Wohnungsbauten verwendeten Balken weisen meist einen vollwandigen Steg auf.
Ob die Balken nun aus Stahl oder aus Beton und Stahl bestehen, weisen sie relativ
zu ihrer -Kapazität des Widerstandes gegen Scherbeanspruchungen@einen erheblichen
Materialüberschuß-auf. Mit anderen Worten., die vollwandigen Stege sind theoretisch
häufig viel zu dick. Dieser Ma.terialüberschuß ist im allgemeinen auf die _ praktischen
Schwierigkeiten der Herstellung von Stegen zurückzuführen, die so dünn sind, als
theoretisch zulässig wäre. In dem bescnderen Bereich der Konstruktion, mit
gewöhnlichem,
nicht vorgespanntem armierten Beton kommt häufig zu den vorstehend erwähnten Schwierigkeiten
noch eine irrtümliche Vorstellung hinzu, die sich auf die Bestimmung der Mindestdickeldes
Steges in Abhängigkeit von der Scherbeanspruchung bezieht Die Berechnung des armierten
Betons sieht tatsächlich eine Begrenzung der maximalen Zugspannung im Beton auf
sehr geringe Diese Begrenzung,ist auf die Scherbeanspruchung zurückzuführen, selbst
wenn Bewehrungen vorgesehen sind.,.um-ein eventuelles Versagen des Betons restlos
auszuschalten. Diese Berechnung führt an den Stellen von großen Scherbeanspruchungen
zu sehr großen Stegdicken, so daß es schwierig ist, dieselben in den . Zonen zu
verringern, in denen-die Scherbeanspruchungen viel kleiner sind Der Zveck der Begrenzung
der Spannungen, welche dicke Stege erforderlich machen, besteht darin, die Gefahr
der Rißbildung zu vermindern Ein anderes Mittel, die Gefahr der Rißbildung zu vermindern,.
besteht im Gegensatz hierzu darin, die Dicke des Steges derart stark zu verringern,
daß die Dichte der Bewehrungen genügend erhöht wird. Eine ausreichende Verringerung
des Betonquerschnitts beim Vorhandensein vcn Bewehrungen, welche die ganzen Zugbeanspruchungen
aufnehmen_können, vermeidet tatsächlich die Rißbildung,@ungezchtet.der großen Spannungen,
Sie im Beton vor seinem eventuellen Versegen vorhanden sind.. Das ist in. diesem
Fall darauf zurückzuführen, daß die Spannung im Stahl vor dem Versagen des f Betons
viel größer ist und daß infolgedessen die durch das Versagen dbs.'Betons bewirkte
Erhöhung,-dieser Spannung viel geringer istb Diese Erhöhung der Spannung im Stahl
bedingt jedoch die B'eite eines eventuellen Rtßes und wenn diese
Erhöhung
genügend gering ist, kann die Breite des Risses -genügend klein bleiben, so daß
derselbe nicht wahrnehmbar ist. Der Riß kann daher nur miltroskcpisch und infolgedessen
nicht von Nachteil sein, Man kann überdies annehmen,daß in dem in Betracht gezogenen
Fall der Riß überhaupt nicht vorhänden ist infolge einer Erscheinung des Fließens,des
Betons vor dem Bruch durch Zug. Diese Erscheinung ist . analog jener, die. insbesondere
weicher Stahl zeigt, aber mit dem Unterschied, daß sie im Beton auf einer äußerst
geringen Länge auftritt, so daß sie an einer Probe aus nicht armiertem Beten unmöglich
zu beobachten ist.
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Beim Vorhandensein einer bestimmten Zugbean_pruchung und einer Bewehrung,
welche diese Beanspruchung allein aufnehmen kann< gibt es daher zwei Grenzwerte
für den Betonquerschnitt, ,in den diese Bewehrung eingebettet ist. Wenn dieser Quer-.
schnitt zwischen den beiden Grenzwerten liegt (erster Fall), reißt der Beton. Wenn
dieser Querschnitt oberhalb des oberen Grenzwertes liegt (zweiter Fall'), reißt
der Beton nicht,, weil seine Zugspannung genügend gering ist. Wenn dieser Querschnitt
unterhalb des unteren Grenzwertes liegt (dritter Fall), reißt der Beton praktisch
ebenfalls nicht,-weil die eventuellen Risse eine geringe Breite aufweisen. so daß
sie nicht vcn Nachteil sein können Ber Beteis für-das iTcrhandensein des vorstehend
erwähnten dritten Falles wird durch die Zonen großer Zugspannungen geliefert; die
auf. die maximalen Biegungsmc_nente in der Mehrzahl der Ballten aus gewöhnlichem
armiertem Beton zurückzuführen sind, in diesen'Zcnen sind die Zugspannungen im Beton
vcr*äessen Versagen Sehr groß und die Praxis zeigt, daß sich daraus keine unzulässige
systematische Rißbildung ergibt. rer Gr=and hier--'ür#-besteht da.--in, daß in diesen
Zonen
sehr wenig Beton vorhanden ist, so daß praktisch ._ keine Rißbildung auftreten_kann.
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W'enri in den vön den Scherbeanspruchungen-am stärksten beeinflußten
Zonen die Stege genügend dick sind, tritt im Gegenteilshäufig der vorstehend erwähnte
erste Fall ein. Um die Rißbildung zu vermeiden, kann man die Dicke der Stege vergrößern,
damit der_vorstehend-erwähnte ztseite Fall eintritt. Das gleiche Ergebnis kann aber
auch erreicht werden, indem-im Gegenteil sehr dünne Stege vorgesehen werden; damit
der vorstehend erwähnte dritte Fall eintritt, unter der -BEdirKang ,jedoch, daß
die durch die Scherbeansprüchungen hervorgerufenen Druckspannungen im Beton die
entsprechenden zulässigen Grenzen nicht überschreiten, 'die aber sehr hoch sind.
' Leider-ist die Herstellung vorn Balken mit einem sehr dünnen Steg aus ärmiertem
Beton nach den bekannten Verfahren mit sehr großen Schwierigkeiten verbunden, insbesondere
was die Schalungen betrifft, sowie den Durchgang und die Einführung des Betons in
diese Schalungen. Diese Schwierigkeiten verhindern die Herstellung von Stegen mit
einer Dicke, die unterhalb bestimmter praktischer Grenzen liegt. Die gleiche Überlegung
macht die Herstellung eines stärk dürchbrcchenen Steges sehr schwierig.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Balkens
mit einem Steg aus armiertem oder vorgespanntem Beton, das den vorstehend erwähnten
Materialüberschuß verringert und die Schwierigkeiten der Herstellung beseitfgt,
welche die Ursache dieses Überschusses sind.-
Gemäß diesem neuen
Verfahren wird der Steg vorgefertigt, , indem der Beton flach in eine Form gegossen
wird, in welcher vorher die metallischen Bei;ehrungen angeordnet werden, wobei der
Steg genügend dünn gemacht wird,. damit sein volumetrischer Prozentsatz an Stahl
relativ zum Beton in den Zonen der großen Scherbeanspruchungen hoch sei Und von
der gleichen Größenordnung wie jener, welche im allgemeinen in den Zonen der Balken
aus armiertem Beton zulässig ist, die viel größeren Zugspannungen unterworfen sind.
welche von maximalen Biegungsmcmenten herrühren, und wobei dann der vorgefertigte
Steg mitadem Gurt fest verbunden wird Gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung
wird der Steg getrennt von dem Gurt vorgefertigt. Damit der dünne Steg der Scherbeanspruchung
am besten Widerstand leistet..-. wird wenigstens ein Teil der Bewehrungen in der
Richtung der maximalen Zugspannungen gelegt, die von der Scherbeanspru--, chung
herrühren Wenn der Balken eine beträchtliche Länge aufweist; kann derselbe vorteilhaft
derart hergestellt werden, daß dem Steg in der Zone, in der die Scherbeanspruchung
größer ist, eine größere Dicke gegeben wird als in der Zone, in der die Scherbeanspruchung
geringer ist.
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Der vorgefertigte dünne Steg kann mit den eventuellen Gurten auf verschiedene
Arten fest verbunden werden.
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Eine dieser Arten besteht darin, ciaß die Beinehrungen des .-Steges,
die über die Ränder desselben hinaus ragen, an wenigstens einer Metalleiste befektigt
werden welche als verlorene Wand der Form dient; inwelcher der Steg gegcssen wird,
und daß dann diese Metalleiste mit einem anderen Teil des Balkens fest verbunden
wird.
Erforderlichenfalls kann der ;Steg auch längs wenigstens einer
seiner Längskanten und auf beiden Seiten dieser Kante mit,permanenten Elementen
versehen Werden, die einen endgültigen Gurt bilden, oder mit abnehmbaren Elementen,
die einen provisorischen Gurt bilden. Außerdem kann ein solcher provisorischer Gurt
zur Herstellung eines endgültigen Gurtes verwendet werden, wobei nach dem Abbinden
des Betons des letzteren der provisorische Gurt entfernt werden kann. -Gemäß einem
besonders wichtigen Merkmal der Erfindung wird der dünne Steg in zwei getrennten
Phasen vorgefertigt, und zwar derart, daß in der ersten Phase getrennt einerseits
die S£egelemente hergestellt werden, die hauptsächlieh dazu bestimmt sind, unter
der Wirkung der den Balken belastenden Scherbeanspruchung gespannt zu werden, und
andererseits eventuell die Stegelemente, die hauptsächlich dazu bestimmt sind, unter
der Wirkung dieser Scherbeanspruchung verdichtet zu werden, sowie derart, daß in
der zweiten Phase die genannten Elemente miteinander durch zusätzliche Beton.-naszen
vereinigt werden, um diesen dünnen Teil oder diesen Steg-zu bilden, der alle Wirkungen
der Scherbeanspruehung aufnehmen kann. Dieses bescndere Merkmal ermöglicht die Herstellung
von durchbrochenen Stegen und insbesondere von Facht:erkstegen. -Weitere Merlgnale
und Einzelheiten der, Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung.
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In den Zeic ungen sind schematisch@mehrere-beispielsweise g sfo'rmen
des Erfindungsgegenstandes dar$estellt. Ausführun Fig. 1 zelgtiim Querschnitt einen
BalXen, der nach dem neuen Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt ist.
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Fig. 2 ist ne Längsseitenansicht des Balkens gemäß Fig. 1.
| Fige=3 stellt eine-Form dar,- in welcher ein dünner Steg |
| des Ballens liegend gegossen wird.. |
| Fig. ;@ zeigt-im - Ungsschnitt den Stegabsehnitt eines |
| Balkens.mit einer kontinuierlichen Bev;ehrungsanordnung. |
| Figa 5 zeigt im Ungsschhitt einen anderen Stegabwchnitt |
| mit disktintinuierlichen Bes,*ehrungen. |
| Fig6- 6 ist ein senkrechter Querschnitt nach der Linie vZ..@rI |
| der Figa 5. |
| Figr 7 ist ein teilweiser Querschnitt eines Balkens mit |
| einem dünnen Steg, mit welchem ein Gurt verbunden ist, |
| der-8us vorgefertigten Elementen besteht, beispielsweise |
| aus vorgespanntem Beton. |
| Fig= 8 ist eine Seitenansicht eines besonderen Stegsb- |
| echnitts eines analogen Balkens. |
| Fig. 9-ist ein Querschnitt nach der,Linie IX-IX der-Fig. B. |
| Figo 10 veranschaulicht eine Art der Herstellung des |
| -Stegabschnitts gemäß den Fig. 8 und 9. |
| rig.-11 ist ein analoger Querschnitt des Stegabschnitts! |
| mit_welchem Metallversteifungen fest verbunden sind. |
| Fige 12# ist ein Querschnitt eines anderen Balkens mit |
| Gurten aus araniertem Beton |
| rig@-1i5 ist ein teilweiser Querschnitt eines anderen |
| Ballens, der besondere permanente Elemente zur Armierung |
| eines, Gurtes verwendet. |
| Fig...ll@ ist ein: teilweiser Querschnitt eines Balkens, der |
| abnehmbare besondere Elemente verwendet; welche einen |
| vorübergehenden Gurt bilden, der vor und/oder während |
| der Herstellung eines endgültigen Gurtes verwendet wird. |
| Die Fig. 15:.17 und 19 veranschaulichen-andere Ausführungs- |
| formen des Verfahrens zur Herstellung vrn Balkenabschnitten |
| mit einem dünnen Steg, . |
| Die Fig: 16.5 18 und 20 sind entsprechende Teilansichten |
| der fertigen Balken. |
| Fig. 21 zeigt eine Form, in welcher der dünne Steg und die |
| beiden Gurte eines Balkens gleichzeitig liegend gegossen |
| werden; _ - ` - . |
In den verschiedenen Figuren sind-identische Teile mit den gleichen
Bezugsziffern bezeichnet. .., Die neuen Konstruktionsverfahren, die den Gegenstand
der vorliegenden Patentanmeldung bilden, werden ausgeführt,, um einen Balken herzustellen,
der einen Steg 1 aus armiertem oder vorgespanntem Beton aufweist, sowie gegebenenfalls
einen Obergurt 2-und einen Untergurt 3. Der Steg 1 besteht aus. einer Betonmasse
4, in welcher Stahlbewehrungen 5 angeordnet sind.
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Wenri ein auf diese Weise hergestellter Balken beispielsweise auf
zwei einfache Endstützen aufgelegt und außen durch gleichmäßig verteilte, nach unten
wirkende Lasten belastet wird, treten besonders große Zugspannungen auf, die vom
Biegungsmoment im mittleren Teil des Untergurts herrühren,.sowie Zugspannungen,
die auf die@Scherbeanspruchung zurückzuführen sind, welche in den_an die Stützen
angrenzenden Teilen des Steges besonders. hoch ist, und zwar in der Höhe-der neutralen
Zone.
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Gemäß der Erfindung wird der Steg-1 getrennt von den Gurten 2 und
3 vorgefertigte Außerdem wird eingenügend dünner Steg .l hergestellt,_damit der
volumetrische-Prozentsatz an Stahl seiner Bewehrungen 5 relativ zur Betonmasse.4
in den Zonen der großen Scherbeanspruchungen hoch sei und von der gleichen Größenordnung
wie jener, welche im allgemeinen in den Zonen der Balken aus armiertetri Beton zulässig
ist, die viel größeren Zugspannungen unterworfen sind, welche von maximalen Biegungsmomenten
herrühren* Dann wird der vorgefertigte Steg 1 mit den Gurten 2 und 3 fest verbunden.
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Erforderlichenfalls kann der Balken in mehreren Abschnitten hergestellt
werden. Es werden dann getrennte Stegabschnitte. in der gleichen gleise wie vorher
und unabhängig von den
eventuellen Gurten hergestellt.-Hierauf
werden diese Stegabschnitte mit aneinander stoßenden Enden zusammengesetzt und gemeinsam
mit den Gurten fest verbunden. In diesem F.11 ist es rationell, einzelnen Stegabschnitten
verschiedene Dicken zu geben und dieselben derart anzuordnen,, daß der Steg in der
Zone,der hohen Scherbeanspruchung @stäülcer.und in der Zone der geringeren Scherbeanspruchung
schwächer ist ,Um einen besonders dünnen Steg 1 erhalten zu können, wird derselbe
liegend'in einer Form 6 gegossen, in welcher vorher die Bewehrungen 5 angeordnet
wirden, wobei dieselben vorzugsweise oder wenigstens zum Teil in der Richtung der
maximalen Zugspannungen gelegt werden,, die von der Scher- . beanspruchung herrühren.
Vor dem Gießen des Steges können die Bewehrungen 5 durch eine Vorverdichtung der
Betonmasse 4 gegebenenfalls einer ausgeglichenen Vorspannung unter- -worfen werden.
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Der Steg T. kann an den Gurten 2 und 3 auf verschiedene Weise befestigt
werden.
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Gemäß Fig: 4 können die Stahlbewehrungen 5 über die Längsränder des
,Steges derart hinaus regen,. daß sie beispielswewe Schleifen 7 bilden, mittels
welcher diese Ränder des Steges in den Gurten 2-und 3 aus armiertem oder vorgesvanntem
Beton verankert werden können. --Gemäß den FigQ 5, 6 und 7 können in der Nähe der
Längs-@ ränder des Steges 1@Öffnungen 8 ausgespart werden. In diesem Fall werden
die Elemente, welche die vorgefertigten Gurte aus armiertem odervorgespanntem Beton
bilden, am Steg 1 mit Hilfe von üblichen Befestigungsmitteln befestigt, wie znB.
von Bolzen 9 mit hoher Festigkeit
Gemäß den Fig: 8, 9 und 10 -v:erden
die Bewehrungen 5 ,des-Steges 1 an Metalleisten 10 befestigt,. die als verlorene
Wand der Form 6 dienen, in welcher dieser Steg gegossen wird. Diese Leisten 10 werden
dann mit anderen Teilen des Balkens fest verbunden, z.B. mit_den Metallversteifungen
11, wie in Fig. 11! die im Beton eingebettet werden können der. gegebenenfalls durch
tiegung vorverdichtet wird; oder in Gurte aus armiertem oder vorgespanntem Beton,
wie in Fig, 12.
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Gemäß einer abgeänderten Ausführungsform des neuen Zierfahrens wird
der Steg 1 mit Elementen 12 versehen; die längs wenigstens einem seiner Längsränder
und zu beiden Seiten desselben angeordnet werden. Im Falle der Fig. 13 sind diese
Elemente 12 permanent und in den Gurt aus armiertem Beton eingebettet Im Falle der
Fig, 1lk sind die Elemente 12 abnehmbar und nur vorübergehend angeordnet. Sie dienen
dann beispielsweise zum Abstützen eines prcvi.-sorischen Gurtes, der aus einer Facht;erksehalung
13 gebildet ist, auf welche der Obergurt 2 in Form einer Platte gegossen wird. Der
Untergurt 3 besteht a--s- aus armierter Beton und umgibt den unteren Rand des Steges>
Nach dem Abbinden des Betons des Obergurtes werden die Elemente 12 und die Schalungen
13 abgenommen.
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Gemäß einem apderen wichtigen Merkmal des neuen Verfahrens wird der
Steg-1 in zwei getrennten Phasen gegossen. in der ersten Phase werden getrennt einerseits
die Stegelemente 14 hergestellt, die hauptsächlich dazu bestimmt sind, unter der
Wirkung der den Balken belastenden Scherbeanspruehung gespannt zu werden,, und andererseits
eventuell die Stegelemente 15-, die hautsächlich dazu bestimmt sind, unter der Wirkung
dieser Seherbeanspruchung verdichtet zu v;erden.
| In der zi;eiten Phase werden die Elemente 14 und 15 |
| miteinander-" durch züsät211ehe'Betönma:ssen 1.6 vereinigt, |
| um.den Steg 1 zu bllden;-der alle Wirkungen der Scherbe- |
| a nspruchüng aufnehmen kenh*:- z.;@ . |
| Die:Herstellung der gespannten Stegelemente 14 kann äuf |
| verschiedene Artenerfolgen. Eine derselben ist jedoch |
| pesonders.vorteilhaft und verwendet eine lange Schalung |
| Von geringer Höhe, in welehe.in der Längsrichtung |
| Bewehrungen parallel zu dell-von der Scherbeanspruchung |
| :-herrührenden Zugbeinepruchungen und in der Querrichtung |
| Ber eitschaftsbeyehrungen angeordnet werden. .Auf die in |
| der Längsrichtung'-angeordneten Betgehrungen erird ein |
| vorherbestimmter Zug ausgeübt. Dann werden auf die in der |
| Längsrichtung angeordneten Bewehrungen Stichbalken aufge- |
| legt, um dieselben trappen- oder stufenförmig anzuordnen, |
| in der langen Schalung Merden@auf diese Weise kleine |
| 'einzelne Schalungen hergestellt. In diese einzelnen |
| .-Schalungen Wird der' Beton flach eingegossen und nach dem |
| Abbinden des Betons Herden die Stichbalken abgenommen. |
| Die Längsbewehrungen werden zerschnitten, um die einzelnen |
| Steselemente 14 äu---erhalteri. |
| Nachdem auf dienre Weläe die gespannten Stegelemente 14 |
| hergestellt wurdeni@werden-sie flach in eine Form gelegt |
| und derart susgeriehtet, daß ihre Lgngsbeisehrungen
5 |
| in der Riclitung=der am -stärksten gespannten Zonen des |
| -Steges liegen, so daß_diese Elemente 14 tatsächlich unter
' |
| der 'liii@l:ung der Seherbeanspruchung gespannt werden, die |
| auf den fertigen Balken einwirkt. |
| D_Ie Art. wie die- glemente 14 miteinander verbunden werden |
| kann'vom einen zum. anderen Fall verschieden sein. |
Im Falle der Figo 15 und 16 werden zwischen den gespannten ..
Stegelementen 14 verdichtete Stegelemente 15 angeordnet.
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Die Bereitschaftsbewehrungen der verdichteten Elemente kommen zwischen
den in der Querrichtung angeordneten Bereitsschaftsber:ehrungen zu liegen, die seitlich
aus den gespannten Elementen herausragen. Die zwischen den gespannten Elementen
14 und den verdichteten Elementen 15 verbleibenden Ztiischenräume werden durch zusätzliche
Betonmassen 16 ausgefüllt, in welche die Bereitschaftsbewehrungen eingebettet sind.
Auf diese 1-,eise wird ein Fachr:erksteg hergestellt, der mit den Gurten 2 und 3
fest verbunden ist. .
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Im Falle der Fig. 17 und 18 wird in der vorstehend beschriebenen Weise
vorgegangen, nur werden im rechts gezeichneten Teil keine vorgefertigten verdichteten
Elemente 15 verwendet. Diese werden durch zusätzliche Betonmassen 16 zwischen den
gespannten Elementen 11E ersetzt. Hierauf wird der .Steg mit den Gurten 2 und 3
fest verbunden Schließlich wird im -F alle der Figo 19 und 20 wie im besonderen
rechten Teil des vorhergehenden Falles vorgegangen, wobei jedoch die zusätzlichen
Betonmassen 16 den ganzen freien Raum zwischen den gespannten Elementen 14 ausfüllen,
Die.vorstehend beschriebenen Verfahren beziehen sieh auf Balken mit einem dünnen
Steg, der getrennt von dem eventuellen Gurt gegossen wird, Figo 21 veranschaulicht
einen Fall, in welchem der Steg und die Gurte des Ballens
gleichzeitig
liegend gegessen iierden, wobei die Dicke des Steges gemäß der Erfindung,jedoch
trotzdem gering ist. Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und-beschriebenen
beispielsweisen Ausführungsformen beschränkt, die verschiedene Abänderungen erfahren
können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.