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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft einen Aktor für ein Schiebedach eines Fahrzeugs und insbesondere einen Elektromotor für den Aktor.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Ein Schiebedach ist ein übliche Ausstattungselement zum Belüften eines Fahrzeugs und ist grundsätzlich unterteilt in einen elektrischen und einen manuellen Typ. Das elektrische Schiebedach wird durch einen Aktor mit einem Elektromotor und einem Getriebe angetrieben. Der Motor ist üblicherweise ein Permanentmagnet-Gleichstrommotor mit einem Stator, der Permanentmagnete umfasst, und mit einem Rotor, der einen Eisenkern hat. Der Kern hat mehrere Polzähne. Eine Rotorwicklung ist um die Polzähne herumgeführt und wird mit Strom versorgt, um ein Magnetfeld zu erzeugen, das zur Drehung des Rotors mit dem Feld des Permanentmagnets zusammenwirkt. Ein Rotor eines bekannten Permanentmagnetmotors hat sechs Polzähne, und zwischen benachbarten Polzähnen sind Wicklungsnuten gebildet. Ein solcher Motor generiert ein hohes Rastmoment, wodurch eine starke Drehmomentwelligkeit hervorgerufen wird, die zu Vibrationen und Geräuschen führt. Der Komfort des Benutzers wird durch den Motor nachteilig beeinflusst.
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ÜBERSICHT
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Aus diesem Grund wird ein Elektromotor gewünscht, der ein niedriges Rastmoment aufweist und daher vibrations- und geräuscharm ist. Ebenso wird ein Aktor gewünscht, in dem ein solcher Motor verwendet wird.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Permanentmagnetmotor angegeben, umfassend einen Stator und einen in dem Stator angeordneten Rotor, wobei der Stator ein Gehäuse und einen an einer Innenwand des Gehäuses befestigten Permanentmagnet hat, wobei der Permanentmagnet vier Magnetpole bereitstellt und wobei der Rotor eine Rotorwelle und einen an der Rotorwelle befestigten Rotorkern hat, wobei der Rotorkern einen die Rotorwelle umschließenden Befestigungsbereich, zehn sich von dem Befestigungsbereich nach außen erstreckende Zähne und eine Vielzahl von um die Zähne gewickelten Spulen umfasst, wobei jeder der Zähne einen Wicklungsbereich hat, der sich von dem Befestigungsbereich erstreckt, und einen Polbereich, der an einem distalen Ende des Wicklungsbereichs vorgesehen ist, wobei benachbarte Polbereiche in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind, um eine Schlitzöffnung zu bilden, und wobei eine Außenfläche jedes Polbereichs, die dem Permanentmagnet zugewandt ist, eine sich axial erstreckende Nut hat.
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Vorzugsweise ist eine Breite der Nut nicht größer als eine Breite der Schlitzöffnung.
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Vorzugsweise ist eine Breite des Polbereichs in einer Umfangsrichtung größer als eine Breite der Schlitzöffnung.
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Vorzugsweise ist ein mit der Nut versehener Teil der Fläche des Polbereichs ein imaginärer Teil, und ein Teil der Fläche des Polbereichs ohne Nut ist ein realer Teil, und eine Breite des imaginären Teils ist etwa gleich wie die Breite des realen Teils.
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Vorzugsweise sind zwei Nuten an dem Polbereich vorgesehen und unterteilen den Polbereich in zwei imaginäre Teile und drei reale Teile, und die beiden imaginären Teile und die drei realen Teile sind alternierend angeordnet.
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Vorzugsweise hat der Rotor ferner einen Kommutator, der an der Rotorwelle befestigt ist. Der Kommutator hat eine Basis, die die Rotorwelle fest umschließt, und eine Vielzahl von Kommutatorstäben, die an der Basis befestigt sind. An einem dem Rotor gegenüberliegenden Ende jedes Kommutators ist ein Haken vorgesehen, wobei jeder Haken mit einer jeweiligen Spule verbunden ist, und der Stator hat ferner ein Bürstenpaar, das für einen elektrischen Gleitkontakt mit den Kommutatorstäben angeordnet ist.
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Vorzugsweise hat das Gehäuse ein offenes Ende und ein geschlossenes Ende. Eine Endkappe ist mit dem offenen Ende verbunden. Die Endkappe hat eine Kappenplatte, die für das Verschließen des offenen Endes konfiguriert ist, und einen zylindrischen Körper, der sich von der Kappenplatte erstreckt. Der zylindrische Körper ist derart konfiguriert, dass dieser in Presspassung in das Gehäuse eingesetzt ist, und eine Vielzahl von vorspringenden Rippen ist an einer Außenwandfläche des zylindrischen Körpers gebildet.
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Vorzugsweise ist der Permanentmagnet durch eine Vielzahl von Permanentmagnetsegmenten gebildet.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Aktor angegeben, umfassend einen Motor und ein mit dem Motor verbundenes Getriebe zum Reduzieren der Drehzahl des Motors, wobei der Motor der Permanentmagnetmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 ist und wobei sich ein Ende der Rotorwelle für den Antrieb eines Getriebezugs des Getriebes aus dem Motor heraus erstreckt.
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Vorzugsweise umfasst das Getriebe einen Mantel, eine Schnecke und Antriebszahnrad, die in dem Mantel aufgenommen sind, und ein Abtriebszahnrad, das außerhalb des Mantels vorgesehen ist, wobei die Schnecke mit der Rotorwelle des Motors in Antriebsverbindung steht und mit dem Antriebszahnrad kämmt, wobei das Antriebszahnrad an der Drehwelle des Aktors befestigt ist und ein Ende der Drehwelle des Aktors mit dem Mantel drehbar verbunden ist und das andere Ende sich aus dem Mantel heraus erstreckt, für eine feste Verbindung mit dem Abtriebszahnrad, um das Abtriebszahnrad mit dem Antriebszahnrad zu drehen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr anhand eines Beispiels beschrieben, wobei auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Zeichnungsfigur erscheinen, sind in sämtlichen Figuren, in denen sie erscheinen, grundsätzlich identisch gekennzeichnet. Die Dimensionen von Komponenten und Merkmalen sind im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Die Figuren sind nachstehend aufgelistet.
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1 ist eine perspektivische Ansicht eines Aktors gemäß vorliegender Anmeldung;
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2 ist eine Teilansicht des in 1 gezeigten Aktors, wobei zur Darstellung eines Getriebezugs ein Teil eines Getriebemantels entfernt wurde;
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3 ist eine perspektivische Ansicht eines Permanentmagnetmotors des Aktors;
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4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV von 3;
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5 ist eine Schnittansicht entlang der Linie V-V von 3;
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6 eine Schnittansicht entlang der Linie VI-VI von 3.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFüHRUNGSFORM
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Wie in 1 gezeigt ist, umfasst ein erfindungsgemäßer Aktor einen Motor 10 und ein mit dem Motor 10 verbundenes Getriebe 30. Das Getriebe hat einen Reduktions- oder Geschwindigkeitsreduzier-Getriebezug zum Reduzieren der Drehzahl des Motors beim Antreiben einer Last, beispielsweise beim Öffnen oder Schließen eines Schiebedachs eines Fahrzeugs. Das Getriebe hat einen Mantel 32, in dem der Getriebezug aufgenommen ist.
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Es wird auf 2 Bezug genommen. Der Getriebezug umfasst eine Schnecke 34, ein Antriebszahnrad 36 (in Form eines Schneckenrads) und ein Abtriebszahnrad 38. Die Schnecke 34 und das Antriebsrad 36 sind in dem Mantel 32 aufgenommen, und das Abtriebszahnrad 38 liegt außerhalb des Mantels 32 und ist für eine Verbindung mit der Last konfiguriert. Das Abtriebszahnrad 38 ist wesentlich kleiner als das Antriebszahnrad 36. Die Schnecke 34 wird durch den Motor 10 angetrieben, und ihr eines Ende ist mit der Welle des Motors 10 verbunden und kämmt mit dem großen Zahnrad 36. Alternativ kann die Schnecke direkt an der Welle des Motors gebildet sein. Das Antriebszahnrad 36 ist an einer Drehwelle 40 befestigt, und ein Ende der Drehwelle 40 ist mit dem Mantel 32 drehbar verbunden, und ein anderes Ende verläuft durch den Mantel 32, für eine feste Verbindung mit dem Abtriebszahnrad 38. Auf diese Weise dreht sich das Antriebszahnrad 36, wenn es durch die Schnecke 34 angetrieben wird, zusammen mit dem Abtriebszahnrad 38, um einen weiteren Geschwindigkeitsreduziermechanismus zu bilden. Daher ist die Abtriebsdrehzahl des Getriebes 30 wesentlich niedriger als die Drehzahl des Motors 10.
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Es wird auf die 3 bis 6 Bezug genommen. Der Motor 10 ist ein Permanentmagnetmotor, der einen Stator 11 und einen in dem Stator 11 aufgenommenen Rotor 12 hat. Der Stator 11 hat ein Gehäuse 13, eine mit dem Gehäuse 13 verbundene Endkappe 14, einen in dem Gehäuse 13 befestigten Permanentmagnet 15 und in der Kappe 14 befestigte elektrische Bürsten 16. Der Rotor 12 hat eine Rotorwelle 17, einen Kern 18 aus Eisen und einen Kommutator 19, die die Rotorwelle 17 umschließen, und eine (nicht gezeigte) Wicklung, die um den Kern 18 herumgeführt und mit dem Kommutator 19 elektrisch verbunden ist. Der Kern 18 liegt axial an einer dem Permanentmagnet 15 entsprechenden Position, und der Kommutator 19 liegt axial an einer den Bürsten 16 entsprechenden Position. Der Kommutator 19 wirkt mit den Bürsten 16 zusammen, um die Wicklung mit einer Stromquelle zu verbinden, wodurch der Rotor ein variierendes Magnetfeld generieren kann. Das Magnetfeld des Rotors wirkt mit dem Magnetfeld des Stators 11 zusammen, um den Rotor 12 zu drehen. In dieser Ausführungsform ist der Motor 10 ein Motor mit vier Statorpolen und zehn Schlitzen 185 (die zehn Rotorpole bilden). Das Magnetfeld des Stators hat vier Pole, die durch den Permanentmagnet gebildet werden. In dieser Ausführungsform ist der Permanentmagnet 15 durch vier individuelle Segmente gebildet, deren jedes einen Magnetpol bildet. Alternativ kann der Permanentmagnet einteilig sein oder aus einer Anzahl von Teilen oder Segmenten bestehen, um das Magnetfeld des Stators zu bilden.
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Das Gehäuse 13 des Stators 11 hat eine zylindrische Form mit einem offenen Ende und einem geschlossenen Ende. Die Segmente des Permanentmagnets 15 sind an einer inneren Umfangsfläche des Gehäuses 13 befestigt und sind in der Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet, und benachbarte Segmente haben unterschiedliche Polarität. Das offene Ende des Gehäuses 13 liegt dem Getriebe 30 gegenüber und erstreckt sich in einer radialen Richtung nach außen, um einen Flansch 131 zu bilden. Eine Durchgriffsöffnung 132 ist in dem Flansch 131 vorgesehen, und ein Element wie beispielsweise eine Schraube durchgreift die Durchgriffsöffnung 132 in dem Flansch 131, für eine feste Verbindung mit dem Mantel 32 des Getriebes 30. Das geschlossene Ende ist von dem Getriebe 30 entfernt. Die Mitte des geschlossenen Endes springt nach außen vor, um einen Ansatz 133 für die Aufnahme eines Lagers 20 zum Stützen eines Endes des Rotors zu bilden. Der Ansatz 133 und das Gehäuse 13 sind koaxial angeordnet. In dieser Ausführungsform ist zwischen einem axialen Ende des Lagers 20 und dem Ansatz 133 ein Axiallager 21 vorgesehen. Das Axiallager stützt die Rotorwelle gegen eine axiale Bewegung und dämpft dadurch axiale Vibrationen des Rotors.
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Die Endkappe 14 ist mit dem offenen Ende des Gehäuses 13 fest verbunden. In dieser Ausführungsform hat die Endkappe 14 eine Kappenplatte 141 und einen zylindrischen Körper 142, der sich von einer Außenkante der Kappenplatte 141 axial in das Gehäuse 13 hinein erstreckt. Die Kappenplatte 141 verschließt das offene Ende des Mantels 32, und die Mitte der Kappenplatte 141 springt in das Getriebe 30 hinein vor, um einen weiteren Ansatz 143 für die Aufnahme eines weiteren Lagers 22 zu bilden. Ein weiteres Ende der Rotorwelle 17 verläuft durch das Lager 22 und den Ansatz 143 und erstreckt sich aus dem Motor 10 heraus und in den Mantel 32 des Getriebes 30 hinein, in dem dieses Ende der Welle 17 durch ein Verbindungsstück mit der Schnecke 34 verbunden ist. Der zylindrische Körper 142 der Endkappe 14 bildet eine Presspassung mit dem Gehäuse 13, wodurch die Endkappe 14 an dem Gehäuse 13 festgelegt ist. In dieser Ausführungsform ist eine Vielzahl von Rippen 144 an einer Außenwandfläche des zylindrischen Körpers 142 vorgesehen, wobei die Rippen 144 in einer Umfangsrichtung des zylindrischen Körpers 142 beabstandet sind. Die Bürsten 16 sind in dem zylindrischen Körper 142 der Endkappe 14 angeordnet. In dieser Ausführungsform sind zwei Bürsten vorhanden, wie in 6 gezeigt.
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Der Kern 18 des Rotors 12 hat einen Befestigungsbereich 181, der an der Rotorwelle 17 festgelegt ist, und eine Vielzahl von Zähnen 182, die sich von dem Befestigungsbereich radial nach außen erstrecken. Die Wicklung umfasst eine Vielzahl von Spulen (nicht gezeigt), die um die Zähne 182 gewickelt sind. Jeder Zahn 182 hat einen Wicklungsbereich 183, der sich von dem Befestigungsbereich 181 und einem an einem distalen Ende des Wicklungsbereichs 183 gebildeten Polbereich 184 erstreckt, wobei die Spulen um den Wicklungsbereich 183 gewickelt sind und der Polbereich 184 dem Permanentmagnet 15 des Stators 11 gegenüberliegt. Benachbarte Polbereiche 184 sind in Umfangsrichtung durch einen Spalt getrennt, der eine Schlitzöffnung 189 der Wicklungsnut 185 bildet. Der Kommutator 19 hat eine Isolierbasis 191, die die Rotorwelle 17 fest umschließt, und eine Vielzahl von Kommutatorstäben 193, die an der Basis 191 befestigt sind. Die Kommutatorstäbe 193 sind in einer Umfangsrichtung der Basis 191 gleichmäßig beabstandet. Die Anzahl von Kommutatorstäben 193 ist die gleiche wie die Anzahl der Zähne 182. Ein dem Kern 18 gegenüberliegendes Ende jedes der Kommutatorstäbe 193 ist mit einem Haken 194 versehen, der mit einer entsprechenden Spule verbunden ist. In dieser Ausführungsform ist an einer Außenwand der Basis 191 eine Vielzahl von Rippen 192 gebildet, und jeder der Kommutatorstäbe 193 ist an einer entsprechenden vorspringenden Rippe 192 befestigt. Die beiden Bürsten 16 befinden sich mit zwei der Kommutatorstäbe 193 gleichzeitig in Kontakt, und wenn sich der Rotor 12 dreht, gleiten die beiden Bürsten 16 über die Stäbe, um abwechselnd einen elektrischen Kontakt mit den Kommutatorstäben 193 herzustellen und aufzuheben, um die mit den Kommutatorstäben 193 verbundenen entsprechenden Spulen mit Strom zu versorgen und dadurch ein variierendes Magnetfeld zu generieren.
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In der Umfangsrichtung ist eine Breite der Schlitzöffnung 189 wesentlich kleiner als eine Breite des Polbereichs 184. Eine dem Permanentmagnet 15 zugewandte Außenfläche jedes Polbereichs 184 ist konkav ausgebildet, um mindestens eine Nut 186 zu bilden, und vorzugsweise ist die Breite der Nut 186 nicht größer als die Breite der Schlitzöffnung 186. Ein die Nut 186 aufweisender Teil der Fläche des Polbereichs 184 ist als imaginärer Teil 187 definiert, und ein Teil der Fläche des Polbereichs 184 ohne die Nut 186 ist als realer Teil 188 definiert, und vorzugsweise hat der imaginäre Teil 187 eine Breite, die gleich einer Breite des realen Teils 188 ist. Jeweils zwei benachbarte reale Teile 188 sind durch einen imaginären Teil 187 oder eine Schlitzöffnung 189 getrennt. Wenn sich der Rotor 12 jeweils um einen Winkel dreht, der einem realen Teil 188 entspricht, trifft der Permanentmagnet 15 auf eine Schlitzöffnung 189 oder eine Nut 186, und wenn sich der Rotor 12 anschließend um einen bestimmten Winkel dreht, trifft der Permanentmagnet 15 auf einen realen Teil 188. Daher kann mit der alternierenden Anordnung der Schlitzöffnungen 189, der imaginären Teile 187 und der realen Teile 188 die Änderung der Reluktanz des Luftspalts optimiert werden, wodurch das Rastmoment so weit wie möglich verringert wird, um Vibrationen und Geräusche des Motors 10 zu verringern.
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In dieser Ausführungsform ist der Motor 10 ein Motor mit vier Magnetpolen und zehn Schlitzen, wobei die Anzahl der Zähne 182 des Rotors 18 zehn beträgt und die Außenfläche des Polbereichs 184 jedes Zahns 182 mit zwei Nuten 186 versehen ist. In der Umfangsrichtung ist jeder Polbereich 184 durch die beiden Nuten 186 in im Wesentlichen fünf gleiche Teile unterteilt, d. h. in drei reale Teile 188 und in zwei imaginäre Teile 187, und die imaginären Teile 187 und die realen Teile 188 sind alternierend angeordnet. Es versteht sich, dass die Anzahl von Nuten 186 an dem Polbereich 184 entsprechend den Dimensionen des Polbereichs 184 und der Schlitzöffnung des Wicklungsschlitzes 185 geändert werden kann und nicht auf zwei begrenzt ist.
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Wie in der folgenden Tabelle gezeigt ist, wurde an zwei erfindungsgemäßen Motoren und an zwei konventionellen Motoren eine Geräuschprüfung vorgenommen. Das Geräusch des konventionellen Motors #1 bei einer Drehung in Uhrzeigerrichtung (CW) und bei einer Drehung gegen die Uhrzeigerrichtung (CCW) betrug 52,0 dBA, und das Geräusch des erfindungsgemäßen Motors #1, der mit den Nuten
186 versehen ist, betrug bei einer Drehung in Uhrzeigerrichtung und gegen die Uhrzeigerrichtung 46,6 dBA bzw. 46,5 dBA. Das Geräusch eines konventionellen Motors #2 bei einer Drehung in Uhrzeigerrichtung und gegen die Uhrzeigerrichtung betrug 51,4 dBA bzw. 49,2 dBA, und das Geräusch des erfindungsgemäßen Motors #2, der mit den Nuten versehen ist, betrug bei einer Drehung in Uhrzeigerrichtung und gegen die Uhrzeigerrichtung 46,2 dBA bzw. 46,7 dBA. Somit kann das Geräusch des erfindungsgemäßen Motors gegenüber dem konventionellen Motor um etwa 10% verringert werden. Tabelle 1 Geräusch-Korrelationstabelle
| | CW (dBA) | CCW (dBA) |
| Konventioneller Motor #1 | 52,0 | 52,0 |
| Erfindungsgemäßer Motor #1 | 46.6 | 46.5 |
| Konventioneller Motor #2 | 51,4 | 49,2 |
| Erfindungsgemäßer Motor #2 | 46,2 | 46,7 |
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Verben wie ”umfassen”, ”aufweisen”, ”enthalten” und ”haben” sowie deren Synonyme, die in der Beschreibung und in den Ansprüchen der vorliegenden Anmeldung verwendet werden, drücken aus, dass das genannte Element oder Merkmal vorhanden ist, sie schließen jedoch nicht aus, dass auch weitere Elemente oder Merkmale vorhanden sind.
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Es versteht sich, dass bestimmte Merkmale der Erfindung, die der Übersichtlichkeit halber im Kontext einzelner Ausführungsformen beschrieben wurden, auch in einer einzigen Ausführungsform kombiniert sein können.
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Umgekehrt können verschiedene Merkmale, die der Kürze der Beschreibung halber im Kontext einer einzigen Ausführungsform beschrieben wurden, ebenso getrennt oder in zweckmäßigen Unterkombinationen vorgesehen sein können.
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Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen stellen lediglich ein Beispiel dar. Der Fachmann wird erkennen, dass innerhalb des Rahmens der Erfindung, der durch die anliegenden Ansprüche definiert ist, verschiedene weitere Modifikationen möglich sind.
