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Die
Erfindung betrifft einen RFID-Transponder.
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RFID-Transponder
werden für
die verschiedensten Anwendungen eingesetzt, insbesondere zum elektronischen
Identifizieren von Gegenständen.
Im RFID-Transponder
kann beispielsweise eine Identifikationsnummer für den entsprechenden Gegenstand
gespeichert sein. Mittels eines Lesegeräts kann diese Identifikationsnummer
ausgelesen werden. Das Problem dabei ist, daß passive RFID-Transponder
sich sehr nahe am Lesegerät
befinden müssen,
damit ein Auslesen möglich
ist.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen RFID-Transponder zu schaffen,
der zum einen über
große
Entfernungen ausgelesen werden kann (bei einem UHF-Frequenzbereich von
860 bis 950 MHz), insbesondere über
Entfernungen von mehr als 1 m, und zum anderen sehr unempfindlich
ist gegenüber
Umwelteinflüssen.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein RFID-Transponder
mit einem Gehäuse
vorgesehen, einer Koppelschleife, die elektrisch mit einem im Gehäuse angeordneten
RFID-Chip verbunden ist, und einer Antenne, die einen Schlitz aufweist und
an der Außenseite
des Gehäuses
angeordnet ist. Die extern angeordnete Antenne vergrößert die
Entfernung, über
die der RFID-Transponder mit einem Lesegerät ausgelesen werden kann. Die
extern angeordnete Antenne muß auch
nicht elektrisch mit dem RFID-Chip im Gehäuse verbunden sein, sondern
wird von der Koppelschleife angeregt. Auf diese Weise ergibt sich
eine hohe Robustheit. Das Gehäuse
ist insbesondere so ausgeführt,
daß der
darin angeordnete RFID-Chip weder durch Umwelteinflüsse beschädigt wird
noch durch hohe Temperaturen und Chemikalien, wie sie bei verschiedenen
industriellen Reinigungsprozessen auftreten bzw. verwendet werden.
Dies ermöglicht
beispielsweise, den RFID-Transponder an Bierfässern anzubringen, um diese
berührungslos
und über
größere Entfernungen identifizieren
zu können.
Bei der Reinigung der Bierfässer
wird der RFID-Transponder nicht beschädigt.
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Die
Antenne besteht vorzugsweise aus einem flächigen Metallstück und kann
aus Metallblech bestehen. Es ist auch möglich, ein Gußteil zu
verwenden. in jedem Fall kann der Schlitz mit geringem Aufwand in
dem Metallteil ausgebildet werden.
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Der
Schlitz ist mit seiner Länge
so an die vom RFID-Chip verwendete Wellenlänge angepaßt, daß die Schlitzlänge entweder
die Hälfte
der Wellenlänge
oder ein Viertel der Wellenlänge
beträgt.
Dies ermöglicht
eine besonders hohe Reichweite.
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Für den Schlitz
können
verschiedene geometrische Gestaltungen verwendet werden, beispielsweise
linienförmig,
gekrümmt
oder gegabelt. Solche Gestaltungen sind von sogenannten Schlitzstrahlern
bekannt. Je nach konkretem Anwendungsfall und den sich daraus ergebenden
Anforderungen kann die geeignete Form des Schlitzes ausgewählt werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist ein Schutzelement vorgesehen, das den Schlitz
vor Verschmutzungen schützt.
Auf diese Weise wird verhindert, daß sich elektrisch leitende
oder dielektrische Materialien im Schlitz festsetzen, was zu einer
Verstimmung der Antenne führen
würde. Das
Schutzelement kann entweder eine Abdeckung sein, die auf einer Außenseite
des Metallstücks
angeordnet ist, oder als Form- oder Vergußteil ausgeführt sein,
das direkt den Schlitz ausfüllt.
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Das
Gehäuse
kann mit der Antenne mechanisch auf unterschiedliche Weise verbunden
sein, beispielsweise durch eine Schraube, einen Paßstift, ein
Niet, einen Spreizdorn oder eine Rastverbindung.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
die Antenne mit Befestigungsmitteln versehen, mittels denen der
Transponder an einem Gegenstand befestigt werden kann. Insbesondere
kann vorgesehen sein, daß die
Befestigungsmittel als abgebogener Befestigungsabschnitt ausgeführt sind.
Diese Ausführungsform
macht sich die Festigkeit des Metallteils zunutze, aus dem die Antenne
gebildet ist.
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Somit
kann die Antenne direkt an beispielsweise einem Bierfaß, einer
Gasflasche oder einem zu bearbeitenden Werkstück angebracht werden. Dies kann
durch Verpressen, Verschrauben, Aufklipsen, etc. erfolgen.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsformen
beschrieben, die in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines RFID-Transponders mit
Antenne;
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2 eine
perspektivische Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform des RFID-Transponders;
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3 verschiedene
Beispiele von Antennen;
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4 in
zwei perspektivischen vergrößerten Ansichten
den RFID-Transponder
von 1;
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5 in
zwei perspektivischen Ansichten einen RFID-Transponder gemäß einer
zweiten Ausführungsform;
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6 in
zwei schematischen Ansichten einen RFID-Transponder gemäß einer
dritten Ausführungsform;
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7 in
zwei perspektivischen Ansichten einen RFID-Transponder gemäß einer
vierten Ausführungsform;
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8 in
zwei perspektivischen Ansichten einen RFID-Transponder gemäß einer
fünften
Ausführungsform;
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9 in
zwei perspektivischen Ansichten einen RFID-Transponder gemäß einer
sechsten Ausführungsform;
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10 in
zwei perspektivischen Ansichten einen RFID-Transponder gemäß einer
siebten Ausführungsform;
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11 in
zwei perspektivischen, teilgeschnittenen Ansichten eine achte Ausführungsform der
Erfindung;
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12 in
zwei perspektivischen, teilgeschnittenen Ansichten eine neunte Ausführungsform der
Erfindung;
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13 in
zwei perspektivischen, teilgeschnittenen Ansichten eine zehnte Ausführungsform der
Erfindung;
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14 in
einer perspektivischen Ansicht und einer Seitenansicht eine elfte
Ausführungsform
der Erfindung und eine Ausführungsvariante;
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15 in
zwei perspektivischen und einer geschnittenen Ansicht ein zwölfte Ausführungsform der
Erfindung; und
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16 in
einer perspektivischen Ansicht und einer Seitenansicht eine dreizehnte
Ausführungsform der
Erfindung.
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In 1 ist
ein RFID-Transponder dargestellt, der als wesentliche Bauteile ein
Gehäuse 10 und
eine Antenne 50 aufweist.
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Das
Gehäuse 10 enthält im Inneren
einen RFID-Chip, der dort vor Umwelteinflüssen geschützt aufgenommen ist. Der RFID-Chip
kann im Inneren des Gehäuses
vergossen oder auf andere Weise eingeschlossen sein. Beispielsweise
kann das Gehäuse aus
zwei Teilen bestehen, die durch Reibschweißen miteinander fest verbunden
sind. Das Gehäuse 10 besteht
aus einem mechanisch, chemisch, thermisch und witterungstechnisch
beständigen
Material, beispielsweise aus Vectra LCP 840i LDS. Auf seiner der Antenne 50 zugewandten
Seite ist das Gehäuse 10 mit
einer Koppelschleife 12 (siehe beispielsweise 4b) versehen. Die Koppelschleife 12 ist
elektrisch mit dem RFID-Chip im Inneren des Gehäuses verbunden. Der RFIF-Transponder
sendet und empfängt
insbesondere im UHF-Frequenzbereich (860–950 MHz).
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Das
Gehäuse 10 ist
mechanisch mit der Antenne 50 verbunden. Zu diesem Zweck
weist das Gehäuse 10 an
zwei voneinander abgewandten Enden jeweils eine Befestigungsöffnung 14 (siehe
beispielsweise 5b) auf, in die jeweils
ein Befestigungsmittel eingesetzt ist. Als Befestigungsmittel kann
eine Schraube 20 oder ein Niet 22 (siehe 4),
ein Paß- oder
Kerbstift 24 (siehe 6) oder
ein Spreizdorn 26 aus Metall (siehe 7) bzw.
aus Kunststoff (siehe 8) verwendet werden. Der Spreizdorn 26 spreizt
Klemmlaschen 28, die einstückig mit dem Gehäuse 10 ausgeführt sind.
Es können
auch einstückig mit
dem Gehäuse 10 ausgeführte Rasthaken 30 (siehe 9)
verwendet werden oder eine Kombination aus einem einstückig mit
dem Gehäuse 10 ausgeführten Montagefuß 32 und
einem Paß-
oder Kerbstift 24 (siehe 10). Allen
Befestigungsmitteln ist gemeinsam, daß sie es ermöglichen,
das Gehäuse 10 in
der gewünschten
Weise an der Antenne 50 zu befestigen, entweder unlösbar oder
lösbar.
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Die
Antenne 50 ist gebildet durch ein flächiges Metallteil, das mit
einem Schlitz 52 versehen ist. Das Gehäuse 10 ist so an der
Antenne angebracht, daß die
Koppelschleife 12 mit dem Schlitz 52 induktiv gekoppelt
ist. Zu diesem Zweck wird das Gehäuse 10 meist so angeordnet
sein, daß es
sich von der einen Seite des Schlitzes zur anderen erstreckt. Es
ist allerdings auch denkbar, das Gehäuse vollständig auf einer Seite des Schlitzes
anzuordnen. Die Antenne 50 besteht in dem Ausführungsbeispiel
der 1 und 2 aus einem gestanzten Metallblech.
Es kann entweder rechteckig sein oder beispielsweise auch kreisförmig, wobei
sich dann der Schlitz kreisbogenförmig erstreckt. Die Länge des
Schlitzes hängt
von der Wellenlänge
der zum Auslesen des Transponders verwendeten Frequenz ab. Im Hinblick
auf eine hohe Reichweite ist es vorteilhaft, wenn die Länge des
Schlitzes die Hälfte
oder ein Viertel der Wellenlänge
beträgt.
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Alternativ
zu einer Antenne aus gestanztem Blech kann auch ein gegossenes Metallteil
oder ein lasergeschnittenes Metallteil verwendet werden.
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Die
Form des Schlitzes 52 der Antenne 50 hängt von
den jeweiligen Einsatzbedingungen ab. Verschiedene Beispiele für geeignete
Schlitze finden sich in den 3a bis 3e. In allen dort gezeigten Antennen sind
auch jeweils zwei Öffnungen 54 zu
sehen, in welche die Befestigungsmittel zur Anbringung des Gehäuses an
der Antenne eingreifen können.
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Im
Beispiel von 3a wird der bereits von 1 bekannte,
geradlinige Schlitz 52 verwendet. Im Beispiel von 3b wird ein sich verzweigender, allgemein
X-förmiger
Schlitz mit einem Mittelabschnitt verwendet. Im Beispiel von 3c hat der Schlitz die Form einer Sanduhr.
Dieses Beispiel zeigt, daß ein „Schlitz" nicht notwendigerweise
erfordert, daß die Ränder des
Schlitzes einander unmittelbar gegenüberliegen. Das Beispiel von 3d zeigt die bereits von 2 bekannte
Antenne, die ringförmig
ist und einen sich über
einen Winkelbereich von etwa 300° erstreckenden
Schlitz 52 aufweist. Beim Beispiel von 3e werden
zwei kürzere
Schlitze verwendet, wobei nur einer vom Gehäuse 10 überdeckt
wird. Allgemein gilt, daß durch
die entsprechende Ausgestaltung der Schlitze 52 die Abstrahlcharakteristik
der Antenne geeignet eingestellt werden kann.
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In 11 ist
ein Ausführungsbeispiel
eines RFID-Transponders gezeigt, der an einer Druckgasflasche 70 angebracht
ist. Das Metallteil der Antenne 50 ist hier allgemein ringförmig und
zweifach im rechten Winkel abgebogen, so daß ein sich senkrecht zur Mittelachse
erstreckender Zwischenabschnitt gebildet ist, in welchem der Schlitz 52 angeordnet
ist. Auf diese Weise ist die Vorzugsrichtung der Antenne in Richtung
der Längsachse
der Druckgasflasche 70 ausgerichtet. Die Antenne selber
ist im Bereich des Ventils der Druckgasflasche 70 angebracht.
Zu diesem Zweck sind an einem Endabschnitt der ringförmigen Antenne 50 mehrere
Bolzen 72 angeordnet, die in entsprechende Öffnungen 74 an
der Druckgasflasche 70 eingreifen. Das Gehäuse 10 des RFID-Transponders
ist auf der „Unterseite" des Schlitzes 52 angeordnet,
so daß das
Gehäuse
geschützt
in einem von außen
nicht zugänglichen
Hohlraum zwischen der Antenne 50 und der Druckgasflasche 70 angeordnet
ist. Der Schlitz 52 der Antenne 50 kann mit einem
Dielektrikum ausgegossen sein, welches als Schutzelement wirkt,
so daß sich
keine Fremdkörper
oder Schmutzteile im Schlitz 52 festsetzen können, welche
die Antenne verstimmen könnten.
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Die
gezeigte Ausführungsform
zeichnet sich dadurch aus, daß sie
mechanisch sehr widerstandsfähig
ist. Sie ermöglicht
es, die Druckgasflasche 70, die beispielsweise technische
Gase wie Propan, Stickstoff, Sauerstoff enthalten kann oder ein
Feuerlöscher
ist, über
Entfernungen von mehr als 1,5 m sicher zu identifizieren. Aufgrund
der geschützten
Anbringung besteht auch bei einer rauhen Behandlung der Druckgasflasche 70 nicht
die Gefahr, daß der RFID-Transponder
beschädigt
oder gar abgerissen wird.
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Das
Ausführungsbeispiel
von 12 unterscheidet sich von dem in 11 gezeigten
Ausführungsbeispiel
durch die Ausgestaltung der Antenne 50. Anstelle des kragenförmigen Endabschnittes
ist hier der Bereich der Antenne 50, der mit dem Schlitz 52 versehen
ist, mit mehreren nach innen ragenden Befestigungsnasen 76 versehen,
die hinter ein Außengewinde 78 der
Druckgasflasche 70 greifen.
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Die
Ausführungsform
gemäß 13 unterscheidet
sich von der Ausführungsform
gemäß 12 durch
eine Nut 80 an der Druckgasflasche, in welche die Befestigungsnasen 76 an
der Antenne 50 eingreifen.
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In
den 14a und 14b ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel
gezeigt. In diesem Fall ist der RFID-Transponder mit einer Antenne 50 versehen, die
aus einer mehrfach abgebogenen Metallblech gebildet ist, das an
seinen Enden jeweils mit einem abgebogenen Befestigungsabschnitt 90 versehen
ist. Durch diese erstreckt sich ein Spannband 92, mittels dem
die Antenne 50 zusammen mit dem Gehäuse 10 an einem Gegenstand
befestigt werden kann, beispielsweise temporär an einem zu bearbeitenden Werkstück 94.
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In
den 14c und 14d ist
eine Ausführungsvariante
gezeigt, die auf der Ausführungsform der 14a und 14b beruht.
Der Unterschied besteht darin, daß bei der Ausführungsvariante
der 14c und 14d im
Schlitz 52 der Antenne 50 ein Schutzelement 96 angebracht
ist, das im Querschnitt betrachtet allgemein H-förmig ist, wobei sich der Mittelsteg
des „H" durch den Schlitz
erstreckt. Das Schutzelement verhindert, daß sich Verschmutzungen im Schlitz 52 festsetzen,
die zu einem elektrischen Kurzschluß führen könnten. Ein solcher Kurzschluß würde die
Abstrahl- und Empfangscharakteristik der Antenne beeinflussen.
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Das
Gehäuse 10 ist
mit der Antenne 50 vernietet, wobei die zur Befestigung
verwendeten Niete gleichzeitig dazu dienen, eine Befestigungsklammer 97 an
der Antenne anzubringen. Die Befestigungsklammer 97 umgreift
das Spannband 92, so daß die Antenne stabilisiert
ist. Alternativ kann die Befestigungsklammer auch weggelassen werden.
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In
den 15a und 15b ist
ein Ausführungsbeispiel
gezeigt, das sich von dem in 14 gezeigten
Ausführungsbeispiel
im wesentlichen durch ein Schutzelement 96 unterscheidet,
welches aus Kunststoff besteht und die Antenne sowie das daran angebrachte
Gehäuse
vollständig
umschließt.
Auf diese Weise ist der im Inneren des Gehäuses 10 angeordnete
RFID-Chip noch besser vor Umwelteinflüssen geschützt. Zusätzlich ist eine Befestigungsklammer 97 vorgesehen,
die vom Spannband 92 gehalten wird und das Schutzelement 96 umgreift.
Auf diese Weise ist ein besonders gut geschützter RFID-Transponder geschaffen,
der sowohl mechanisch als auch chemisch und thermisch extrem hoch
belastbar ist.
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In
den 16a bis 16c ist
ein Ausführungsbeispiel
gezeigt, das auf dem Ausführungsbeispiel der 15 beruht,
sich aber hinsichtlich der Umspritzung der Antenne und des Gehäuses unterscheidet. Das
Gehäuse
ist hier ebenfalls mit einem Schutzelement 96 umspritzt,
das aus Gummi oder Hotmelt besteht. Das Schutzelement ist auf seiner
Innenseite mit mehreren Schlitzen bzw. Aussparungen 99 (siehe 16a) versehen, so daß mehrere einzelne Segmente
gebildet sind. Auf diese Weise ist eine Flexibilität geschaffen,
mit der das Gehäuse
mit Schutzelement an Gegenständen
mit unterschiedlichen Krümmungen
angebracht werden kann. Das Schutzelement ist dabei so dick ausgeführt, daß auf die
Befestigungsklammer verzichtet werden kann; das Schutzelement 96 liegt
an der Außenfläche des
Gegenstandes an, der mit dem RFID-Transponder versehen werden soll,
während
gleichzeitig ein definierte Abstand zwischen Gegenstand und Antenne
aufrechterhalten wird.
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Über das
Schutzelement wird anschließend ein
Schrumpfschlauch 100 (siehe 16b)
gezogen, der erwärmt
wird, so daß er
sich eng an das Gehäuse und
das Spannband 92 anlegt. Der Schrumpfschlauch kann bei
einer Wartung mit geringem Aufwand ersetzt werden, so daß sämtliche
Partikel, die sich in der Zwischenzeit an der Oberfläche des Schrumpfschlauchs
abgesetzt haben und evtl. zu einer Funktionsstörung führen könnten (z.B. metallischer Abrieb,
Bremsstaub, Metallspäne,
etc.), dabei entfernt werden.
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Zur
Befestigung des RFID-Transponders kann ein Spannschloß 102 verwendet
werden, das in Öffnungen 104 des
Spannbandes 92 eingehängt werden
kann. Auf diese Weise ist mit geringem Aufwand eine Anpassung an
unterschiedliche Durchmesser des Gegenstandes möglich.
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Gemäß einer
nicht dargestellten Weiterbildung könnte auch die Antenne 50 zusammen
mit dem daran angebrachten Gehäuse 10 unmittelbar
in einen zu identifizierenden Gegenstand eingesetzt sein, beispielsweise
in den Außenring
von Bierfässern
dort, wo sich auch die Handgriffe befinden. Der RFID-Chip ist aufgrund
des Gehäuses
gut genug geschützt,
um zum einen die rauhen Umgebungsbedingungen zu überstehen, denen Bierfässer insbesondere
beim Transport ausgesetzt sind, und zum anderen auch die Umweltbedingungen
zu überstehen,
die beim industriellen Reinigen und Desinfizieren von Bierfässern herrschen.
Aufgrund der Antenne und der damit erhöhten Reichweite können die
Bierfässer auch
dann aus einer Entfernung von mehr als 1,5 m identifiziert werden,
wenn sie übereinander
gestapelt sind.