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GEBIET UND STAND DER TECHNIK
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Melken
eines Tiers mittels einer Melkmaschine mit mindestens einem Paar
Zitzenbecher mit jeweils einer Auskleidung (Zitzengummi) zur Aufnahme
einer Zitze des Tieres, wobei diese Auskleidungen innen mit Unterdruck
beaufschlagt werden, um Milch aus den zugehörigen Zitzen zu saugen. Weiterhin
weist sie einen Pulsator, der über
die Pulsationskammer jedes Zitzenbechers dessen Auskleidung von
außen
mit einem zyklisch mit einer Zeitperiode T pulsierenden Druck beaufschlagt,
wobei die Periode
eine erste Öffnungsphase (a) mit einer
ersten Dauer ta, während der der Druck in der
Pulsationskammer von einem ersten auf ein zweites Druckniveau abfällt, eine
zweite Offenphase (b) mit einer zweiten Dauer tb,
während
der der Druck in der Pulsationskammer im wesentlichen konstant auf
dem zweiten Druckniveau verbleibt,
eine dritte Schließphase (c)
der dritten Dauer (tc), während der
der Druck in der Pulsationskammer vom zweiten auf das erste Druckniveau
ansteigt, und eine vierte geschlossene Phase (d) einer vierten Dauer (td) aufweist, während der der Druck in der
Pulsationskammer im wesentlichen konstant auf dem ersten Druckniveau
verbleibt.
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Derartige
Verfahrensweisen und Vorrichtungen sind bekannt und werden in herkömmlichen Melkmaschinen
eingesetzt. Ein herkömmlicher
Melkvorgang kann ein Anfangsintervall I aufweisen, während dessen
die Milchströmung
beginnt und die vorgesehen ist, um die Zitze zum Starten des Milchflusses
anzuregen und zu massieren. Es folgen ein Hauptmelkintervall II
sowie ein Melkendeintervall III. Nach der bekannten Technik kann
im Melkanfangsintervall schneller gepulst werden, um den Anregungseffekt
zu verstärken.
Bei der häufigsten
Pulsatorart liegt das Verhältnis
der Offen- zur Schließposition zwischen
70:30 und 60:40. Gewöhnlich
hat ein solcher Pulsator zwei Ablaufanschlüsse, die einen zyklisch pulsierenden
Druck auf ein Paar Zitzenbecher geben. Der zyklisch pulsierende
Druck ist zwischen den beiden Zitzenbechern um 180° phasenverschoben,
so dass eine Offenphase eines der Zitzenbecher im wesentlichen gleichzeitig
auftritt mit einer Schließphase
des anderen. Auf diese Weise läßt sich
die Fluktuation des Unterdruckniveaus der Melkkammer abschwächen und
die Kapazität
vorhandener Melkausrüstungen
maximal ausnutzen. Da im stimulierenden Melkanfangsintervall jedoch
schneller gepulst wird, nehmen die Offen- und die geschlossene Phase ab,
während
die Öffnungs-
und die Schließphase eine
im wesentlichen konstant Dauer aufweisen, die zunächst von
den Eigenschaften der Auskleidung (des Zitzengummis) und den Luftvolumina
auf der Pulsationsseite bestimmt werden. Folglich nehmen die Öffnungs-
und die Schließphase
einen verhältnismäßig längeren Teil
der Dauer des Gesamtzyklus ein. Bei einer solchen höheren Pulsationsfrequenz
ist ein Verhältnis
von 50:50 für
den Offen- und den geschlossenen Zyklusanteil optimal. Er hängt von
dem Umstand ab, dass die geschlossene Phase bei schnellerem Pulsieren
bspw. mit einem Verhältnis von
70:30 sehr kurz ist und u. U. sogar verschwindet.
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Die
DE 30 20 758 A1 offenbart
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verhinderung der Benetzung
von Zitzenspitzen durch einen Rückstrom.
Dabei werden die Teilmilchströme
in mindestens zwei in Richtung des abfließenden Gesamtmilchstroms räumlich hintereinanderliegenden
Milchstufen zum Gesamtmilchstrom zusammengefaßt, wobei der Luftstrom zur
Beschleunigung des Milchstromes auf mindestens einer Luftstufe eingelassen
wird.
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Die
WO 95/09526 A1 offenbart
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Melken, wobei die Zitzen eines
Tieres auf die Weise gemolken werden, daß der Zitzengummi in einem
ersten Betriebsmodus einem pulsierenden Vakuum unterworfen wird,
wodurch er sich in einer Reihe von Pulszyklen wechselweise öffnet und
schließt,
und daß der
Zitzengummi in einem zweiten Betriebsmodus einem konstanten Vakuum
unterworfen wird, das groß genug
ist, den Zitzengummi in einem im wesentlichen geöffneten Zustand zu halten.
Dabei ist die Dauer des zweiten Betriebsmodus' mindestens so lang wie die Dauer einer
Mehrzahl von Pulszyklen des ersten Betriebsmodus'. Das Pulsverhältnis der Öffnungs- und Offenphasen zu
den Schließ-
und Geschlossenphasen in einem Pulszyklus beträgt 65:35.
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Ein
Problem, das bei einem Verhältnis
von 50:50 und einer Phasenverschiebung von 180° auftritt, ist, dass für ein Paar
Zitzenbecher eine Öffnungs-
und eine Schließphase
gleichzeitig auftreten. Dies ergibt eine Druckdifferenz und folglich
eine Luftströmung
zwischen den Innenräumen
der beiden Zitzengummis, infolge der Milch in Tröpfchenform aus einer Zitze über den
Sammler durch den kurzen Milchschlauch zum anderen Zitzenbecher
und in diesen hinein gesaugt werden kann und auf die andere Zitze
auftrifft. Diese Milchströmung aus
einem Zitzenbecher in den anderen wird als ”Querströmung” bezeichnet nd kann bei sehr
hoher Geschwindigkeit auftreten. Die Tröpfchen enthalten u. U. Bakterien, die
in den Milchleiter der Zitze eindringen und dort Infektionen verursachen
können.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ziel
der vorliegenden Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung,
mit denen sich eine Milchströmung
zwischen zwei Zitzenbechern, die sogen. ”Querströmung”, speziell bei hoher Pulsationsfrequenz
eines Pulsators und einem Verhältnis
von etwa 50:50 vermeiden läßt.
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Dieses
Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht,
dass man, wenn sowohl as zweite als auch das vierte Intervall Tb und Td kürzer sind
als die Hälfte der
Dauer T des Zyklus insgesamt, die zyklisch pulsierenden Drücke der
jeweiligen Pulsationskammern so steuert, dass eine Strömung zwischen
den beiden Zitzenbechern des jeweiligen Paars verhindert ist. Diese
Steuerung kann auf meh rere Art und Weise erfolgen – bspw.
durch Variieren des Phasenversatzes zwischen den beiden Zyklen oder
durch geeignetes Verändern
der Pulsationsfrequenz der beiden Zyklen.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung werden die zyklisch pulsierenden Drücke der jeweiligen Pulsationskammern
so gesteuert, dass die erste Öffnungsphase
eines der Zitzenbecher nicht gleichzeitig mit der dritten Öffnungsphase des
anderen Zitzenbechers auftritt. Die Gefahr des besagten Milchstroms
zwischen den beiden Zitzenbechern besteht vor allem dann, wenn diese
Phasen zusammenfallen. Am praktischsten haben die einschließenden Zyklen
eine im wesentlichen gleiche Dauer bezüglich der eingeschlossenen
Phasen. Dadurch lassen sich die zyklisch pulsierenden Drücke der
jeweiligen Pulsationskammern so steuern, dass sie einen Phasenversatz
haben, der verhindert, dass eine Öffnungs- und eine Schließphase gleichzeitig auftreten,
wobei der Phasenversatz so gesteuert wird, dass er einen Höchstwert
Fmax nicht übersteigt, für den gilt: Fmax = (td/T)·360° wenn td < tb, und Fmax =
(tb/T)·360° wenn tb < td.
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Diese
Bedingungen lassen sich mathematisch leicht ableiten unter der Voraussetzung,
dass die besagten Zyklen die gleiche Dauer haben und nur phasenversetzt
sind. Mit Vorteil werden die zyklisch pulsierenden Drücke der
jeweiligen Pulsationskammern möglichst
nahe an den genannten Höchstwert des
Phasenversatzes heran gesteuert, wobei man den Phasenversatz auf
einen Wert steuert, der mindestens größer ist als Fmax – 20° Nach einer
anderen vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung wird die Pulsationsfrequenz so gesteuert, dass sie
höchstens 200
Zyklen pro Minute beträgt.
So läßt sich
erreichen, dass die zyklischen pulsierenden Drücke der jeweiligen Pulsationskammern
einen konstanten Phasenversatz im Bereich von 80°–100° haben. In diesem Fall kann
ein Phasenversatz von 90° geeignet
sein. Auf diese Weise vermeidet man die Gefahr der genannten Strömung zwischen
den beiden Zitzenbechern, solange die Pulsationsfrequenz niedriger
ist als 200 Zyklen pro Minute. Bei einer Pulsationsfrequenz im Bereich
zwischen 200–400
Zyklen pro Minute sollte der Phasenversatz konstant in den Bereich
von 35°–55° fallen;
vorzugsweise wählt
man einen Phasenversatz von 45°.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung führt
man das Verfahren aus, wenn das erste Druckniveau ein atmosphärischer
Druck und das zweite Druckniveau ein Unterdruck von etwa 50 kPa
ist; es handelt sich also um die normalen Drücke für Melkmaschinen.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung führt man
das Verfahren während
des anfänglichen
Massageintervalls I aus, das dem Haupt-Melkintervall II vorhergeht.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Ausführen des
obigen Verfahrens. Die Vorrichtung weist eine Steuerung auf, die
so angeordnet ist, dass sie die zyklisch pulsierenden Drücke dem
oben erwähnten
Verfahren gemäß steuert.
So kann die Steuerung eine Steuerungseinheit aufweisen, die bei Kenntnis
der Pulsationsgeschwindigkeit der eingeschlossenen Zyklen, d. h.
der Dauer und anderer Besonderheiten, den Pulsator so beeinflusst,
dass die Öffnungphase
nicht gleichzeitig mit einer Schließphase eines Paares von Zitzenbechern
auftritt. Die Steuereinheit kann eine Recheneinheit sein, die die
zyklisch pulsierenden Drücke
der jeweiligen Pulsationskammern so steuert, dass sie einen Phasenversatz aufweisen,
der einen berechneten Höchstwert
Fmax nicht übersteigt. Die Steuerungseinheit
kann auch einfacher konstruiert sein, so dass sie die zyklisch puliserenden
Drücke
der jeweiligen Pulsationskammern innerhalb eines Pulsationsfrequenzbereichs auf
einen konstanten Phasenversatz steuert. Dieser konstante Phasenversatz
kann bei einer Pulsationsfrequenz unter 200 Zyklen pro Minute 90° und bei
einer Pulsationsfrequenz zwischen 200 –400 Zyklen pro Minute 45° liegen.
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Weiterhin
kann diese Steuerungseinheit so geschaffen sein, dass die genannte
Steuerung in einem anfänglichen
Massageintervall I ausgeführt wird,
das dem Haupt-Melkintervall II vorhergeht.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen unter Bezug auf
die beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt
eine Melkmaschine mit einer erfindungsgemäßen Steuerungseinheit;
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2 zeigt
das Entstehen einer Milchströmung
(”Querströmung”) zwischen
zwei Zitzenbechern;
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3 zeigt
einen Pulsationsdruckzyklus mit vier Phasen;
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4 zeigt
zwei Zyklen mit 180° Phasenversatz
bei einem Verhältnis
von etwa 70:30;
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5 zeigt
zwei Zyklen mit 180° Phasenversatz
bei einem Verhältnis
von 50:50;
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6 zeigt
zwei Zyklen mit 90° Phasenversatz
bei einem Verhältnis
von 50:50;
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER
AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG
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1 zeigt
eine Melkmaschine 1 mit einem Paar Zitzenbechern 2.
Es sei darauf hingewiesen, dass hier nur ein einziges Paar Zitzenbecher
gezeigt ist; die Melkmaschine 1 kann jedoch mehrere Paare Zitzenbecher
aufweisen. Jeder Zitzenbecher 2 weist eine Auskleidung 3 (Zitzengummi)
auf, die eine Zitze eines Tiers aufnimmt. Die Außenfläche der Auskleidung 3 bildet
mit der Innenfläche
des Zitzenbechers 2 eine Pulsationskammer 4. Jede
Auskleidung 3 weist innen einen Milchleitkanal auf, der über kurze Milchschläuche 6 die
Milch zu einem Sammler 7 leitet. Danach wird die Milch
durch einen langen Milchschlauch 8 an eine Hauptmilchleitung 9 geführt. Kurze
Pulsationsschläuche 10 verbinden
die Pulsationskammern 4 der Zitzenbecher 2 über den
Sammler 7 und lange Pulsationsleitungen 11 mit
einem Pulsator 12. Der Pulsator 12 ist so eingerichtet,
dass er den Druck in den Pulsationskammern 4 eines Paars
von Zitzenbechern abwechselnd verringert. Eine Einstelleinrichtung 13,
mit der der Druck im Pulsator 2 einstellbar ist, ist an
eine Unterdruckleitung 14 angeschlossen. Erfindungsgemäß ist eine
Steuerungseinheit 15 vorgesehen, die den Pulsator 12 so
steuert, dass eine Milchströmung
zwischen den beiden Zitzenbechern 2 verhindert ist.
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Aus
der 2 ergibt sich, dass zwischen den beiden Zitzenbechern 2 eines
Paars eine Strömung
auftreten kann. Da der Pulsator 12 einen zyklisch pulsierenden
Druck an die jeweilige Pulsationskammer 4 jedes Zitzenbechers 2 überträgt, führt die
Auskleidung 3 eine Öffnungsbewegung
A und eine Schließbewegung
C auf, wenn in der Pulsationskammer 4 der Druck sich zwischen
einem ersten Druckniveau P1 und einem zweiten Druckniveau P2 ändert. Die Auskleidungen 3 sind
intern über
den Melkschlauch 6 und den Sammler 7 mit einem
Unterdruck beaufschlagt, der gewöhnlich
als Vakuum bezeichnet wird. Die größte Gefahr der erwähnten Milchströmung zwischen
den beiden Zitzenbechern 2 besteht dann, wenn die Auskleidung 3 eines
von ihnen ihre Öffnungsbewegung
A gleichzeitig mit einer Schließbewegung
C der Auskleidung 3 des anderen Zitzenbechers vollzieht.
In der 2 führt
die Auskleidung 3 des linken Zitzenbechers 2 eine Öffnungsbewegung
A und die Auskleidung 3 des rechten Zitzenbechers 2 dabei
eine Schließbewegung
C aus. Die Auskleidung 3, die eine Öffnungsbewegung A ausführt, vergrößert ihr
Innenvolumen, so dass man zeitweilig einen Unterdruck relativ zum
Druck im Sammler 7 erhält.
Entsprechend verringert die eine Schließbewegung C ausführende Auskleidung 3 ihr Innenvolumen,
so dass sich in ihr ein vorübergehender Überdruck
relativ zum Druck im Sammler 7 ergibt. Infolge dieser zeitweiligen
Druckdifferenz in den Auskleidungen 3 kann ein Luftstrom
von der Auskleidung 3 mit dem zeitweiligen Überdruck
in die Auskleidung 3 mit dem zeitweiligen Unterdruck laufen.
Dieser Luftstrom ist in 2 mit den Pfeilen 16 angedeutet.
So entsteht die Gefahr, dass Milch – im wesentlichen in Form von
Tröpfchen 17 – von dem
Luftstrom angesaugt und mitgerissen wird. Derartige Tröpfchen 17 können eine
sehr hohe Geschwindigkeit von bis zu 12 m/s annehmen. Die Milchtröpfchen können in die
Milchleiter der Zitzen eindringen und sie infizieren, falls die
Milch Bakterien enthält.
Eine infizierte Zitze kann andere Zitzen des gleichen Tiers ohne weiteres
ebenfalls infizieren.
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Die 3 zeigt
einen Zyklus des zyklisch pulsierenden Drucks in der Pulsationskammer 4.
In der Pulsationskammer 4 herrscht anfänglich ein erstes Druckniveau
P1, das gewöhnlich
im wesentlichen dem atmosphärischen
Druck entspricht. Während
einer ersten Öffnungsphase
(a) fällt
der Druck in der Pulsationskammer 4 auf ein zweites Druckniveau
P2 ab, bei dem es sich um einen Unterdruck von 50 kPa handeln kann.
Diese erste Phase (a) hat eine Dauer ta.
Da nach beginnt eine zweite Offenphase (b), während der der Druck in der
Pulsationskammer 4 im wesentlichen konstant auf dem zweiten
Druckniveau P2 verbleibt. Während
dieser Phase wird Milch aus der Zitze gesaugt. Diese Phase (b) hat
eine zweite Dauer tb. Dann wird eine dritte
Schließphase
(c) eingeleitet, während
der der Druck in der Pulsationskammer 4 vom zweiten Druckniveau
P2 auf das erste Druckniveau P1 steigt. Die dritte Phase (c) hat
eine dritte Dauer tc. Schließlich hat
der Zyklus eine vierte Phase (d), in der der Druck in der Pulsationskammer
im wesentlichen konstant mit dem ersten Druckniveau P1 ist. Diese
vierte geschlossene Phase (d) hat eine vierte Dauer td.
Die Gesamtdauer des Zyklus beträgt T.
d. h. die Summendauern der eingeschlossenen Phasen. Die Dauer T
wird von der Pulsationsfrequenz des Pulsators 12 bestimmt.
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Die 4 zeigt,
wie für
ein Paar Zitzenbecher beim herkömmlichen
Melken während
des Haupt-Melkintervalls I der zyklisch pulsierende Druck variiert.
Das Verhältnis
zwischen der Offen- und der Schließposition der Auskleidungen 3 beträgt in diesem
Fall etwa 70:30. Dieses Verhältnis
ist berechnet als die Länge
der Öffnungsphase
(a) plus der Offenphase (b) im Verhältnis zur Schließphase (c)
plus der geschlossenen Phase (d). Beim herkömmlichen Melken sind die Zyklen
um 180° gegeneinander
versetzt und haben eine Pulsationsfrequenz von etwa 60 Zyklen/min.
Die Offenphase (b) herrscht hier vor, und infolge der Tatsache,
dass die Zyklen um 180° versetzt sind,
hat ein beliebiger der Zyklen der Zitzenbecherpaare immer die Phase
(b), d. h. die Öffnungsphase (a)
und die Schließphase
(c) treten aus diesem Grund nie gleichzeitig auf. So lange die Dauer
tb der Offenphase (b) größer ist als die Hälfte der
Dauer T des Zyklus insgesamt, sind bei den Zyklen des Zitzenbecherpaars
deren Phasen (b) immer um 180° gegeneinander
versetzt. Entsprechendes gilt auch für die Schließphase (d),
falls sie länger
ist als die Offenphase (b). Gewöhnlich
tritt ein Problem nur auf, wenn man ein Verhältnis von etwa 50:50 wünscht oder
die Pulsationsfrequenz erheblich steigern will, weil die Dauer der
Phasen (b) und (d) dann kürzer sein
kann als die halbe Dauer T des Gesamtzyklus. Die 5 zeigt
ein solches Beispiel mit einem Verhältnis von 50:50. Dieses Verhältnis kann
während des
anfänglichen
Massageintervalls I wünschenswert
sein, das vor dem Hauptmelkintervall II liegt. In diesem Fall kann
ein Phasenversatz von 180° zwischen
den Zyklen nicht aufrecht erhalten werden, da eine Öffnungsphase
(a) eines der Zyklen gleichzeitig mit einer Schließphase (c)
des anderen Zyklus auftritt. Sind die beiden Zyklen hinsichtlich
der Dauer der eingeschlossenen Phasen identisch, läßt sich,
um eine Gleichzeitigkeit einer Öffnungsphase
(a) mit einer Schließphase
(c) zu vermeiden, eine Beziehung für einen maximalen Phasenversatz
Fmax zwischen den Zyklen ableiten, der nicht überschritten
werden darf, wobei für
Fmax gilt: Fmax =
(td/T)·360° wenn td < tb und Fmax =
(tb/T)·360° wenn tb < td.
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Die
Steuerungseinheit 15 läßt sich
folglich so einrichten, dass sie den Phasenversatz der Zyklen so steuert,
dass dieser maximale Phasenversatz Fmax nicht überschritten
wird. Die Steuerung kann mit der oben angegebenen Formel so berechnet
werden, dass der Phasenversatz ansprechend auf die Werte der eingeschlossenen
Zyklen variiert oder innerhalb bestimmter Pulsationsfrequenzbereiche
konstant ist. Die 6 zeigt die Zyklen der 5,
aber mit einem Phasenversatz von 90°. Wie ersichtlich, tritt hier
keine Öffnungsphase
(a) gleichzeitig mit einer Schließphase (c) der jeweiligen Zyklen
auf.
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Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen in den Figuren
beschränkt,
sondern läßt sich
im Rahmen der Ansprüche
frei variieren.