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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich der Anlagen einer Stromrichterstation/Umspannstation mit einer Spannungsebene von 220 kV und mehr, insbesondere ein Trennschaltermodul mit Doppelunterbrechung.
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Stand der Technik
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Ein Trennschalter (oder Messerschalter) bezieht sich in der Regel auf einen Hochspannungs-Trennschalter, also einen Trennschalter mit einer Nennspannung von über 1 kV, der oft kurz als Trennschalter bezeichnet wird und ein am häufigsten verwendetes elektrisches Bauteil bei Hochspannungs-Schalteinrichtungen darstellt, wobei trotz einfachen Arbeitsprinzips und Aufbaus er einen großen Einfluss auf die Konstruktion, den Aufbau und die Betriebssicherheit eines Umspannwerks und Kraftwerks aufgrund hoher Anzahl verwendeter Trennschalter und hoher Anforderung an Betriebszuverlässigkeit ausübt. Als ein Hauptmerkmal kann ein Trennschalter aufgrund fehlender Fähigkeit zur Lichtbogenlöschung einen Stromkreis lediglich bei keinem Laststrom öffnen bzw. schließen. Ein Trennschalter wird bei verschiedenen Spannungsebenen eingesetzt und dient zum Ändern der Stromkreisverbindung oder Trennung eines Stromkreises oder einer Anlage von der Stromversorgung, wobei aufgrund fehlender Fähigkeit zur Stromabschaltung eine Betätigung nur nach Öffnen des Stromkreises mittels einer anderen Einrichtung möglich ist. In der Regel ist er mit einer Verriegelungseinrichtung zum Verhindern einer Fehlbedienung bei vorhandener Belastung an dem Schalter versehen und zum Verhindern einer Öffnung des Schalters infolge einer starken Magnetkraft bei Störung wird manchmal ein Stift benötigt.
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Mit dem Fortschritt der Stromversorgungstechnologie und der Entwicklung der Volkswirtschaft finden GIS-Produkte dank geringer belegter Fläche, niedriger Betriebsstörungshäufigkeit, leichten Gewichts und der Wartungsfreiheit zunehmende Anwendung.
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Hinsichtlich der Konstruktion der Erweiterungsstruktur für Reservefelder bei großen inländischen und ausländischen GIS-Anlagenherstellern ist zwischen einem Reserve-Erweiterungsfeld und einem Betriebsbus lediglich eine isolierende Unterbrechungsstelle vorgesehen, so dass zur Erweiterungsmontage eines GIS-Reservefelds und zur Spannungsfestigkeitsprüfung bei Abnahme eine Stromversorgungsunterbrechung für den bestehenden Betriebsbus erfolgen muss, um eine Körperverletzung infolge eines Entladungsdurchschlags der isolierenden Unterbrechungsstelle beim Verbinden und auch einen Anlagensicherheitsunfall aufgrund eines Entladungsdurchschlags infolge einer Anlegung von Überspannungen in entgegengesetzte Richtungen an beiden Enden der isolierenden Unterbrechungsstelle bei einer Abnahmeprüfung zu verhindern. Für Betreiber führt eine Stromversorgungsunterbrechung des Busses einer Umspannstation zu Verschiebung des Projektfortschritts, Verschwendung personeller und materieller Ressourcen sowie unmittelbaren oder mittelbaren wirtschaftlichen Verlusten infolge einer Stromversorgungsunterbrechung. Laut einer groben Schätzung kann bei einer 500 kV-Umspannstation eine Stromversorgungsunterbrechung für einen Tag unmittelbare wirtschaftliche Verluste in Höhe mehrerer Millionen Yuan verursachen, wobei bei einigen Umspannstationen mit besonderen vorgelagerten bzw. nachgelagerten Kunden wie z. B. großen Schmelzwerken und wichtigen Regierungsbehörden eine Stromversorgungsunterbrechung des Busses äußerst schwierig zu koordinieren ist und die Zeit der Inbetriebnahme des Projekts wesentlich verschieben und große mittelbare wirtschaftliche Verluste verursachen kann. Daher legen viele Auftraggeber bereits bei der Ausschreibung im Lastenheft für GIS fest, dass die Konstruktion des GIS-Reservefelds die Anforderung an spätere Erweiterung von GIS ohne Außerbetriebnahme des Betriebsbusses erfüllen muss.
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Trennschalter mit Einfachunterbrechung (DS: Disconnector Switch), die bei herkömmlichen GIS verwendet werden, können nicht mehr der Anforderung heutiger Industrien gerecht werden.
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Daher wird ein neuartiges Trennschaltermodul benötigt, um eine Erweiterungsmontage eines GIS-Felds und eine Spannungsfestigkeitsprüfung bei Abnahme ohne Stromversorgungsunterbrechung des Busses zu ermöglichen und durch Bereitstellung eines sicheren, stabilen und zuverlässigen Schaltermoduls, mit dem eine Erweiterung und eine Spannungsfestigkeitsprüfung bei Abnahme ohne Stromversorgungsunterbrechung der bestehenden GIS-Anlagen verwirklicht werden können, die Anforderung an Erweiterung des GIS-Felds ohne Stromversorgungsunterbrechung zu erfüllen.
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Inhalt der vorliegenden Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zum Überwinden der Nachteile im Stand der Technik ein Trennschaltermodul bereitzustellen, mit dem eine gleichzeitige und synchrone Doppelöffnung ermöglicht werden kann.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch folgende Ausgestaltung:
Ein Trennschaltermodul mit Doppelunterbrechung, umfassend ein Gehäuse, eine Schalteinrichtung mit Doppelunterbrechung und einen Antriebsmechanismus, wobei innerhalb des Gehäuses der Reihe nach miteinander verbundene geschlossene Kammern in einer Anzahl von n vorgesehen sind und innerhalb jeder der Kammern jeweils eine Gruppe von Schalteinrichtungen mit Doppelunterbrechung und eine Gruppe von Antriebsmechanismen vorgesehen sind, wobei die Schalteinrichtung mit Doppelunterbrechung einen beweglichen Kontaktträger, ein Paar beweglicher Kontakte und ein Paar fester Kontakte umfasst, wobei der bewegliche Kontaktträger in der Mitte der Kammer angeordnet ist, wobei die beiden festen Kontakte jeweils auf beiden gegenüberliegenden Seiten des beweglichen Kontaktträgers angeordnet sind, wobei die beiden beweglichen Kontakte innerhalb des beweglichen Kontaktträgers angeordnet sind und in entgegengesetzte Richtungen aus dem beweglichen Kontaktträger hinausragen können, um die zugeordneten festen Kontakte zu berühren und damit zusammenzuwirken, und unter Antrieb von dem Antriebsmechanismus eine synchrone, geradlinige Hin- und Herbewegung durchführen, so dass sie die festen Kontakte gleichzeitig berühren bzw. sich davon trennen, wobei die beiden beweglichen Kontakte miteinander verbunden sind, wobei die Schalteinrichtungen mit Doppelunterbrechung innerhalb jeder der Kammern über den Antriebsmechanismus synchron geschlossen bzw. geöffnet werden.
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Durch das Trennschaltermodul mit Doppelunterbrechung kann eine gleichzeitige Öffnung bzw. Schließung der isolierenden Unterbrechungsstellen auf beiden gegenüberliegenden Seiten ermöglicht werden.
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Als Weiterbildung der ersten Ausgestaltung umfasst es ferner einen an dem Gehäuse angebrachten Erdungsmesserschalter und einen an der Oberfläche des beweglichen Kontaktträgers angebrachten festen seitlichen Kontaktträger, der mit dem Erdungsmesserschalter zusammenwirkt.
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Zum Sicherstellen der Stabilität und Zuverlässigkeit mechanischer Bedienung des Mechanismus wird die Betätigung der Schalteinrichtung mit Doppelunterbrechung und des Erdungsmesserschalters jeweils von zwei Bedienungsmechanismen gesteuert, wodurch der Betätigungsvorgang des Messerschalters optimiert und vereinfacht und eine Fehlbedienung vermieden wird.
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Als Weiterbildung der ersten Ausgestaltung ist an einem dem festen Kontakt abgewandten Ende des beweglichen Kontakts eine in Axialrichtung angeordnete Zahnstange vorgesehen, die mit dem Antriebsmechanismus zusammenwirkt.
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Als Weiterbildung der dritten Ausgestaltung ist der bewegliche Kontakt zylinderförmig ausgebildet und weist an seiner dem festen Kontakt abgewandten Seite einen in radiale Richtung angeordneten L-förmigen Ausschnitt auf, wobei die Zahnstange auf einer radialen Ebene des L-förmigen Ausschnitts liegt und die Bewegungsübertragungsrichtung der Zahnstange der Axialrichtung des beweglichen Kontakts entspricht.
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Als Weiterbildung der dritten Ausgestaltung umfasst der Antriebsmechanismus eine isolierende Getriebestange, ein Getriebezahnrad, eine Getriebewelle und einen Getriebeeinsatz, wobei es sich bei der Getriebewelle um eine Keilwelle handelt und an der Stelle der Achsmitte des Getriebeeinsatzes ein mit dem Außenumfang der Keilwelle zusammenwirkendes Keilsackloch und an der Stelle der Achsmitte des Getriebezahnrads ein mit dem Außenumfang der Keilwelle zusammenwirkendes Keildurchgangsloch vorgesehen ist, wobei der Außenumfang des Getriebezahnrads als eine mit der Zahnstange zusammenwirkende Außenverzahnung ausgebildet ist, wobei an beiden Enden der isolierenden Getriebestange jeweils ein Getriebeeinsatz koaxial befestigt ist, dessen Keilsackloch nach außen ausgerichtet ist, wobei das Getriebezahnrad innerhalb des beweglichen Kontaktträgers angeordnet ist und die Außenverzahnung mit der Zahnstange eines Paares beweglicher Kontakte zusammenwirkt, wobei die Getriebewelle durch das Keildurchgangsloch des Getriebezahnrads hindurch geführt, an einem Ende mit einem an einem Ende einer isolierenden Getriebestange angeordneten Getriebeeinsatz verbunden und an dem anderen Ende mit einem an einem Ende der isolierenden Getriebestange von einem Antriebsmechanismus einer anderen Gruppe angeordneten Getriebeeinsatz verbunden ist.
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Eine derartige einfache und kompakte mechanische Verbindungsstruktur sorgt für eine stabile und zuverlässige Schalteinrichtung mit Doppelunterbrechung.
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Als Weiterbildung der fünften Ausgestaltung besteht die isolierende Getriebestange aus Epoxidharz.
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Als Weiterbildung der fünften Ausgestaltung besteht das Getriebezahnrad aus 40Cr.
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Als Weiterbildung der ersten Ausgestaltung umfasst der bewegliche Kontaktträger einen beweglichen Kontaktträgerkörper und mehrere Federkontakte, wobei innerhalb des beweglichen Kontaktträgerkörpers eine Innenkammer vorgesehen und auf beiden gegenüberliegenden Seiten des beweglichen Kontaktträgerkörpers jeweils ein mit der Innenkammer verbundenes Führungsloch ausgebildet ist, dessen Innenwand mit dem Außenumfang des beweglichen Kontakts zusammenwirkt, wobei an der Innenwand des Führungsloches mehrere in Axialrichtung mit gleichem Abstand zueinander angeordnete ringförmige Nuten zur Aufnahme von Federkontakten vorgesehen sind und in jeder der ringförmigen Nuten ein Federkontakt eingebaut ist, wobei die Innenkammer und die beiden Führungslöcher einen Aufnahmeraum für ein Paar beweglicher Kontakte bilden.
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Als Weiterbildung einer der ersten bis achten Ausgestaltung sind der bewegliche Kontaktträger und die festen Kontakte jeweils über einen Scheibenisolator an dem Gehäuse angebracht.
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Als Weiterbildung der neunten Ausgestaltung besteht der bewegliche Kontaktträger aus Aluminiumguss ZL101A-T6.
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Die vorliegende Erfindung zeichnet sich durch folgende vorteilhafte Auswirkungen aus:
- 1. Das Trennschaltermodul mit Doppelunterbrechung verwendet eine dreiphasig gleichzeitig betätigende mechanische Getriebestruktur, die für eine stabile und zuverlässige Bewegungsübertragung sorgt.
- 2. Die eingebaute Getriebestruktur ohne exponierte Verbindungsstange verstärkt die Klimabeständigkeit wichtiger Teile des Produkts, vereinfacht den Bewegungsübertragungsvorgang und erhöht die Getriebeeffizienz für den Schließ- bzw. Öffnungsvorgang des Trennmesserschalters.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen
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1 ein Trennschaltermodul mit Doppelunterbrechung nach der vorliegenden Erfindung in einer schematischen dreidimensionalen Darstellung,
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2 eine Frontansicht des Trennschaltermoduls mit Doppelunterbrechung nach der vorliegenden Erfindung in einer Schnittdarstellung,
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3 den Bereich A nach 2 in einer schematischen vergrößerten Darstellung,
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4 eine Draufsicht auf das Trennschaltermodul mit Doppelunterbrechung nach der vorliegenden Erfindung in einer Schnittdarstellung,
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5 den Bereich B nach 4 in einer schematischen vergrößerten Darstellung,
wobei die Bezugszeichen 1 für Gehäuse, 2 für Antriebsmechanismus, 3 für Kammer, 4 für beweglichen Kontaktträger, 5 für beweglichen Kontakt, 6 für festen Kontakt, 7 für Erdungsmesserschalter, 8 für festen seitlichen Kontaktträger, 9 für Zahnstange, 10 für L-förmigen Ausschnitt, 11 für isolierende Getriebestange, 12 für Getriebezahnrad, 13 für Getriebewelle, 14 für Getriebeeinsatz, 15 für Keilsackloch, 16 für Keildurchgangsloch, 17 für Außenverzahnung, 18 für Federkontakt, 19 für beweglichen Kontaktträgerkörper, 20 für Innenkammer, 21 für Führungsloch, 22 für ringförmige Nut und 23 für Scheibenisolator stehen.
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Ausführliche Beschreibung
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Wie sich aus 1 bis 5 ergibt, umfasst das Trennschaltermodul mit Doppelunterbrechung ein Gehäuse 1, eine Schalteinrichtung mit Doppelunterbrechung und einen Antriebsmechanismus 2, wobei innerhalb des Gehäuses 1 drei der Reihe nach miteinander verbundene geschlossene Kammern vorgesehen sind und innerhalb jeder der Kammern 3 jeweils eine Gruppe von Schalteinrichtungen mit Doppelunterbrechung und eine Gruppe von Antriebsmechanismen 2 vorgesehen sind, wobei die Schalteinrichtung mit Doppelunterbrechung einen beweglichen Kontaktträger 4, ein Paar beweglicher Kontakte 5 und ein Paar fester Kontakte 6 umfasst, wobei der bewegliche Kontaktträger 4 in der Mitte der Kammer 3 angeordnet ist, wobei die beiden festen Kontakte 6 jeweils auf beiden gegenüberliegenden Seiten des beweglichen Kontaktträgers 4 angeordnet sind, wobei die beiden beweglichen Kontakte 5 innerhalb des beweglichen Kontaktträgers 4 angeordnet sind und in entgegengesetzte Richtungen aus dem beweglichen Kontaktträger 4 hinausragen können, um die zugeordneten festen Kontakte 6 zu berühren und damit zusammenzuwirken, und unter Antrieb von dem Antriebsmechanismus 2 eine synchrone, geradlinige Hin- und Herbewegung durchführen, so dass sie die festen Kontakte 6 gleichzeitig berühren bzw. sich davon trennen, wobei die beiden beweglichen Kontakte miteinander verbunden sind, wobei die Schalteinrichtungen mit Doppelunterbrechung innerhalb jeder der Kammern 3 über den Antriebsmechanismus 2 synchron geschlossen bzw. geöffnet werden.
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Das Trennschaltermodul mit Doppelunterbrechung umfasst ferner einen an dem Gehäuse 1 angebrachten Erdungsmesserschalter 7 und einen an der Oberfläche des beweglichen Kontaktträgers 4 angebrachten festen seitlichen Kontaktträger 8, der mit dem Erdungsmesserschalter 7 zusammenwirkt.
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An einem dem festen Kontakt 6 abgewandten Ende des beweglichen Kontakts 5 ist eine in Axialrichtung angeordnete Zahnstange 9 vorgesehen, die mit dem Antriebsmechanismus 2 zusammenwirkt. Der bewegliche Kontakt 5 ist zylinderförmig ausgebildet und weist an seiner dem festen Kontakt 6 abgewandten Seite einen in radiale Richtung angeordneten L-förmigen Ausschnitt 10 auf, wobei die Zahnstange 9 auf einer radialen Ebene des L-förmigen Ausschnitts 10 liegt und die Bewegungsübertragungsrichtung der Zahnstange 9 der Axialrichtung des beweglichen Kontakts 5 entspricht.
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Der Antriebsmechanismus 2 umfasst eine isolierende Getriebestange 11, ein Getriebezahnrad 12, eine Getriebewelle 13 und einen Getriebeeinsatz 14, wobei es sich bei der Getriebewelle 13 um eine Keilwelle handelt und an der Stelle der Achsmitte des Getriebeeinsatzes 14 ein mit dem Außenumfang der Getriebewelle 13 zusammenwirkendes Keilsackloch 15 und an der Stelle der Achsmitte des Getriebezahnrads 12 ein mit dem Außenumfang der Getriebewelle 13 zusammenwirkendes Keildurchgangsloch 16 vorgesehen ist, wobei der Außenumfang des Getriebezahnrads 12 als eine mit der Zahnstange 9 zusammenwirkende Außenverzahnung 17 ausgebildet ist, wobei an beiden Enden der isolierenden Getriebestange 11 jeweils ein Getriebeeinsatz 14 koaxial befestigt ist, dessen Keilsackloch 15 nach außen ausgerichtet ist, wobei das Getriebezahnrad 12 innerhalb des beweglichen Kontaktträgers 4 angeordnet ist und die Außenverzahnung 17 mit der Zahnstange 9 eines Paares beweglicher Kontakte 5 zusammenwirkt, wobei die Getriebewelle 13 durch das Keildurchgangsloch 16 des Getriebezahnrads 12 hindurch geführt, an einem Ende mit einem an einem Ende einer isolierenden Getriebestange 11 angeordneten Getriebeeinsatz 14 verbunden und an dem anderen Ende mit einem an einem Ende der isolierenden Getriebestange 11 von einem Antriebsmechanismus 2 einer anderen Gruppe angeordneten Getriebeeinsatz 14 verbunden ist. Die isolierende Getriebestange 11 besteht aus Epoxidharz. Das Getriebezahnrad besteht aus 40Cr.
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Der bewegliche Kontaktträger 4 umfasst einen beweglichen Kontaktträgerkörper 19 und mehrere Federkontakte 18, wobei innerhalb des beweglichen Kontaktträgerkörpers 19 eine Innenkammer 20 vorgesehen und auf beiden gegenüberliegenden Seiten des beweglichen Kontaktträgerkörpers 19 jeweils ein mit der Innenkammer 20 verbundenes Führungsloch 21 ausgebildet ist, dessen Innenwand mit dem Außenumfang des beweglichen Kontakts 5 zusammenwirkt, wobei an der Innenwand des Führungsloches 21 mehrere in Axialrichtung mit gleichem Abstand zueinander angeordnete ringförmige Nuten 22 zur Aufnahme von Federkontakten vorgesehen sind und in jeder der ringförmigen Nuten 22 ein Federkontakt 18 eingebaut ist, wobei die Innenkammer 20 und die beiden Führungslöcher 21 einen Aufnahmeraum für ein Paar beweglicher Kontakte 5 bilden. Die beiden beweglichen Kontakte 5 sind jeweils mit einem Ende, das mit der Zahnstage 9 versehen ist, in das zugeordnete Führungsloch 21 eingeführt und die Zahnstange der beiden beweglichen Kontakte 5 steht jeweils im Eingriff der Außenverzahnung 17 des Getriebezahnrads 12, wobei der Außenumfang des der Zahnstage 9 abgewandten Endes des beweglichen Kontakts 5 mit der Innenwand des Führungsloches 21 zusammenwirkt und den Federkontakt 18 berührt, um über das Getriebezahnrad 12 den beweglichen Kontakt 5 anzutreiben, um eine geradlinige Hin- und Herbewegung in der Axialrichtung des Führungsloches 21 ermöglichen.
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Der bewegliche Kontaktträger 4 und die festen Kontakte 6 sind jeweils über einen Scheibenisolator 23 an dem Gehäuse 1 angebracht. Der bewegliche Kontaktträger 4 besteht aus Aluminiumguss ZL101A-T6.
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Die vorstehende ausführliche Beschreibung dient zu konkreter Erläuterung eines praktikablen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, welches Ausführungsbeispiel nicht zum Einschränken des Umfangs der Erfindung dient, wobei jegliche gleichwertige Ausführungen oder Abänderungen, die ohne Verlassen der Grundideen der Erfindung vorgenommen wurden, von dem Umfang der vorliegenden Erfindung umfasst sein sollen.
