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TECHNISCHES GEBIET
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Das vorliegende Gebrauchsmuster betrifft das technische Gebiet der Offshore-Windkraft und eine kombinierte Einzelpfahlfundamentstruktur für die Offshore-Windkraft.
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STAND DER TECHNIK
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Die Offshore-Windkraft weist als eine saubere Energie die Eigenschaften einer hohen Windgeschwindigkeit, einer stabilen Windgeschwindigkeit und einer großen Kapazität einzelner Anlage auf und befindet sich in einer Phase rascher Entwicklung. Aufgrund der komplexen geologischen Bedingungen in Küstennähe ist die Bautechnologie der Offshore-Windkraft schwierig und die Baukosten sind hoch. Laut Statistik nehmen die Grundkosten von Offshore-Windkraftanlagen 15% bis 25% in den Gesamtkosten eines Offshore-Windparks ein. Gegenwärtig können die Grundtypen von Offshore-Windanlagen je nach Offshore-Entfernung in Schwerkrafttyp, Einzelpfahltyp, Saugzylindertyp, Dreistapeltyp, Manteltyp und Schwimmtyp unterteilt werden. Das Einzelpfahlfundament kann sich an unterschiedliche geologische Bedingungen anpassen und bietet die Vorteile einer hohen Baugeschwindigkeit und niedriger technischer Kosten und wird weit verbreitet. In den bestehenden Offshore-Windparks nimmt das Einzelpfahlfundament mehr als 70% ein.
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Während des Betriebs von Offshore-Windkraftanlagen umfassen die durch ein Einzelpfahlfundament zu tragenden horizontalen Lasten Windlasten, Wellenlasten, Meeresströmungslasten, Meereislasten usw., und die zu tragenden vertikalen Lasten umfassen die Last der Windkraftanlageneinheit und die Last des Pfahls selbst, unter Wirkung mehrerer zyklischer Lasten erzeugt das Einzelpfahlfundament eine größere seitliche Verschiebung und Rotation. Die geologischen Bedingungen in einigen Seegebieten Chinas sind sehr kompliziert. Der Boden der Abdeckungsschicht besteht normalerweise aus Schlick, schlickigem Ton, feinem schluffigem Sand, schluffigem Sand usw., aufgrund des großen Unterschieds in der Dicke der Abdeckungsschicht weist die Grundgesteinsoberfläche unter der Abdeckungsschicht große Schwankungen auf. Mit der Erhöhung der Anforderungen an die Tragfähigkeit des Fundaments durch die Windkraftanlageneinheit soll der Durchmesser des Pfahls entsprechend vergrößert werden, und häufig ist der Bau von in den Fels eingebettetem Pfahl erforderlich; gleichzeitig sind verwitterte Felsbrocken im Granitbereich häufiger und schwer zu erkennen. Die Felsbrocken können leicht zu einem Sicken der Stahlrohrpfähle, einem Klemmen des Lochs und einem Zusammenbruch des Lochs usw. führen, das Baurisiko ist relativ hoch und der Baufortschritt ist langsam, wenn der Felsbrocken während der Vermessung fälschlicherweise als vollständiges Grundgestein beurteilt wird und sich das Pfahlende im Felsbrocken befindet, wird die Stabilität der Windkraftanlage beeinträchtigt. Darüber hinaus weist der einzelne Pfahl im Vergleich zu der durch den einzelnen Pfahl bereitgestellten horizontalen Tragfähigkeit eine bessere Fähigkeit zum Bereitstellen einer vertikalen Tragfähigkeit auf. Darauf basiert besteht ein dringender Bedarf, ein neuartiges Einzelpfahlfundament für die Offshore-Windanlage zur Verfügung zu stellen, welches für die Seegebiete mit tiefem Wasser und flacher Abdeckungsschicht sowie den Felsbrocken, durch die neue Form der Pfahlgründung der Pfahlkörper nicht tief ins Grundgestein hineinragen, um die Anforderungen an die Tragfähigkeit der Windkraftanlageneinheit zu erfüllen, das Baurisiko zu verringern, die Baugeschwindigkeit zu erhöhen, die Baukosten zu reduzieren und einen sicheren und stabilen Betrieb der Windkraftanlage sicherzustellen.
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INHALT DES VORLIEGENDEN GEBRAUCHSMUSTERS
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Hinsichtlich der oben geschilderte Probleme aus dem Stand der Technik stellt das vorliegende Gebrauchsmuster eine kombinierte Einzelpfahlfundamentstruktur für die Offshore-Windkraft zur Verfügung, wobei der Pfahlflügel an einer Außenwand des Oberteils des Verankerungsabschnitts des Pfahlkörpers befestigt ist, und wobei eine Schwerkraftplatte sich an der Grenzfläche zwischen dem Boden um den Pfahlkörper und dem Meerwasser befindet, und wobei der Pfahlkörper und der Pfahlflügel fest oder frei mit der Schwerkraftplatte verbunden sind, und wobei die Schwerkraftplatte als eine starre Struktur ausgebildet ist, und wobei die Schwerkraftplatte den Boden um den Pfahl stärken und die eigene Tragfähigkeit des Pfahlkörpers verbessern kann, und wobei der Pfahlflügel und die Schwerkraftplatte den passiven Erddruck und die Scherfestigkeit des Bodens um den Pfahl vollständig mobilisieren, um die horizontale Tragfähigkeit der Pfahlgründung zu erhöhen, die rotierende und seitliche Verschiebung des Pfahlkörpers zu verringern, das Biegemoment des Pfahlkörpers zu verringern und einen sicheren und stabilen Betrieb der Windkraftanlageneinheit zu gewährleisten; Unter der Bedingung, dass die Tragfähigkeit der Windkraftanlageneinheit erreicht wird, können durch die Optimierung des Strukturtyps und der Parameter des Pfahlflügels und der Schwerkraftplatte der Durchmesser und Länge des Pfahlkörpers angemessen reduziert werden, wodurch es für Seegebiete mit tiefem Wasser und flacher Abdeckungsschicht geeignet ist, um die Projektkosten zu reduzieren und den Baufortschritt zu beschleunigen.
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Um die vorstehenden technischen Probleme zu lösen, verwendet das vorliegende Gebrauchsmuster eine technische Lösung: eine kombinierte Einzelpfahlfundamentstruktur für die Offshore-Windkraft, umfassend einen Pfahlkörper, einen Pfahlflügel und eine Schwerkraftplatt; wobei der Pfahlflügel sich an einer Außenwand des Oberteils des Verankerungsabschnitts des Pfahlkörpers befindet, und wobei die Schwerkraftplatte den Pfahlkörper umgibt und sich an der Grenzfläche zwischen dem Boden um den Pfahlkörper und dem Meerwasser befindet, und wobei die oberen Enden des Pfahlkörpers und des Pfahlflügels fest oder frei mit der Schwerkraftplatte verbunden sind; und wobei die Schwerkraftplatte als eine starre Struktur ausgebildet ist.
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Der Pfahlkörper ist ein Stahlrohr mit großem Durchmesser, wobei der Pfahlflügel ein Stahlblech ist.
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Die Pfahlflügel sind um den Pfahlkörper als Mitte radialsymmetrisch und gleichmäßig in dem Umkreis angeordnet, wodurch der Widerstand des Bodens um den Pfahl vollständig mobilisiert werden kann, um die horizontale Tragfähigkeit des kombinierten Einzelpfahlfundaments zu verbessern.
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Die Anzahl der Pfahlflügel ist eine gerade Zahl und beträgt nicht kleiner als 4, wobei die Pfahlflügel in einer Anzahl einer geraden Zahl symmetrisch angeordnet sind, und wobei der Pfahlkörper und die Flügelplatten in ihrer Kraft ausgeglichen sind.
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Der Pfahlflügel ist eine trapezförmige Struktur, wobei die Unterkante eine Hypotenuse ist, und wobei die Normalrichtung und die axialen Richtung des Pfahlkörpers vertikal zueinander ausgerichtet sind oder einen Winkel einschließen, um den Einfluss der Pfahlflügel auf den Rammvorgang des Pfahlkörpers zu verringern.
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Die Schwerkraftplatte ist eines vom Stahlblech, Beton oder Stahlbeton. Der Strukturtyp, das Material und die Größe der Schwerkraftplatte hängen mit den geologischen Bedingungen der Pfahlgründung, der Größe der äußeren Last und der Bauweise zusammen, und die Unterwassergießtechnologie kann verwendet werden, um eine feste Verbindung zwischen der Schwerkraftplatte, den Pfahlflügeln und dem Pfahlkörper herzustellen.
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Das vorliegende Gebrauchsmuster hat folgende vorteilhafte Effekte:
- bei der kombinierten Einzelpfahlfundamentstruktur für die Offshore-Windkraft in einer Ausführungsform des vorliegenden Gebrauchsmusters ist an der Grenzfläche zwischen dem Boden um den Pfahlkörper und dem Meerwasser eine Schwerkraftplatte zusätzlich angeordnet, um den Boden um den Pfahl zu stärken, dadurch wird nicht nur die eigene Tragfähigkeit des Pfahlkörpers verbessert, sondern die Scherfestigkeit und der passive Erddruck zwischen der Schwerkraftplatte und dem Bodens können auch vollständig mobilisiert werden, um die horizontale Tragfähigkeit der Pfahlgründung zu verbessern; der Pfahlflügel ist an einer Außenwand des Oberteils des Verankerungsabschnitts des Pfahlkörpers angeschweißt, um den Einfluss der Pfahlflügel auf den Rammvorgang des Pfahlkörpers zu verringern, gleichzeitig können die Pfahlflügel weiterhin den passiven Erddruck des Bodens um den Pfahl nach dem Stärken der Schwerkraftplatte vollständig nutzen, um die horizontale Verschiebung und die rotierende Verschiebung der Pfahlgründung weiterhin zu verringern sowie die horizontale Tragfähigkeit und die Torsionsfestigkeit der Pfahlgründung zu verbessern; die Schwerkraftplatte und der mit den Pfahlflügeln versehene Pfahlkörper sind zwei relativ unabhängige Pfahlgründungsstrukturen, nach dem Rammprozess wird der Bau der Schwerkraftplatte durchgeführt, deshalb können für das kombinierte Einzelpfahlfundament ein bestehender Rammprozess und Rammausrüstung verwendet werden, und die Schwerkraftplatte hat keinen Einfluss auf den Rammprozess. Wenn die Schwerkraftplatte mit dem Pfahlkörper und den Pfahlflügeln fest verbunden ist, kann die Schwerkraftplatte weiterhin die vertikalen Lasten der Pfahlgründung tragen.
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Wenn die kombinierte Einzelpfahlfundamentstruktur für die Offshore-Windkraft in einer Ausführungsform des vorliegenden Gebrauchsmusters und ein gewöhnliches Einzelpfahlfundament eine gleiche Tragfähigkeit bereitstellen, können der Pfahldurchmesser und die Verankerungslänge des Pfahlkörpers durch eine zusätzliche Anordnung der Pfahlflügel und der Schwerkraftplatte angemessen verringert werden, so dass das kombinierte Einzelpfahlfundament für das Seegebiet mit tiefem Wasser und flacher Abdeckungsschicht sowie den Felsbrocken geeignet ist, um den Bau des in den Fels eingebetteten Pfahls zu vermeiden, dadurch werden die Vorteile erreicht, die Baukosten zu reduzieren, das Baurisiko zu vermeiden und den Baufortschritt zu beschleunigen. Im Vergleich zum herkömmlichen Flügelplatten-Einzelpfahlfundament ist bei der kombinierten Einzelpfahlfundamentstruktur für die Offshore-Windkraft gemäß dem vorliegenden Gebrauchsmuster eine Schwerkraftplatte zusätzlich angeordnet, dadurch können einerseits die Länge und die Breite der Flügelplatte verringert werden, um den Einfluss der Flügelplatte auf den Rammprozess zum höchsten Grad zu verringern, andererseits kann die Schwerkraftplatte den Kraftwirkungsmodus der Flügelplatte verbessern, um die Biegung und die Verformung der Flügelplatte sowie die Spannungskonzentration und die Ermüdungsbelastung an der Verbindungsstelle zwischen der Flügelplatte und dem Pfahlkörper zu verringern und die Lebensdauer der Flügelplatte zu verlängern. Darüber hinaus befindet sich die Schwerkraftplatte an der Grenzfläche zwischen dem Boden um den Pfahlkörper und dem Meerwasser, dadurch kann die Erosion des Bodens um den einzelnen Pfahl durch die Wellen und Meeresströmungen verringert werden.
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Bei dem Bauverfahren der kombinierten Einzelpfahlfundamentstruktur für die Offshore-Windkraft gemäß dem vorliegenden Gebrauchsmuster kann sowohl die vorhandene Rammausrüstung als auch die modifizierte Rammausrüstung verwendet werden, unter Verwendung der modifizierten Rammausrüstung kann die Baugeschwindigkeit des mit den Flügelplatten versehenen einzelnen Pfahls erhöht werden; das Verfahren zur Herstellung und Installation der Schwerkraftplatte hängt von den Baubedingungen auf der Baustelle ab, die Schwerkraftplatte kann in der Fabrik vorgefertigt werden, ebenfalls kann sie vor Ort unter Verwendung der selbstfließenden steuerbaren Vergusstechnologie unter Wasser gegossen werden; der Pfahlkörper und die Schwerkraftplatte können sowohl fest als auch beweglich miteinander verbunden sein, und unterschiedliche Verbindungsverfahren entsprechen verschiedenen Kraftwirkungsmechanismen. Das Bauverfahren der kombinierten Einzelpfahlfundamentstruktur für die Offshore-Windkraft gemäß dem vorliegenden Gebrauchsmuster weist die Flexibilität und Vielfalt auf, und der Bauprozess kann entsprechend den Baubedingungen vor Ort optimiert werden.
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Figurenliste
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Im Zusammenhang mit Figuren und Ausführungsformen wird das vorliegende Gebrauchsmuster im Folgenden näher erläutert.
- 1 zeigt eine schematische Strukturansicht des vorliegenden Gebrauchsmusters.
- 2 zeigt eine schematische A-A Schnittansicht gemäß 1.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Pfahlkörper
- 2
- Pfahlflügel
- 3
- Schwerkraftplatte
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Wie in 1 bis 2 dargestellt, eine kombinierte Einzelpfahlfundamentstruktur für die Offshore-Windkraft, umfassend einen Pfahlkörper 1, einen Pfahlflügel 2 und eine Schwerkraftplatte 3; wobei der Pfahlflügel 2 sich an einer Außenwand des Oberteils des Verankerungsabschnitts des Pfahlkörpers 1 befindet, und wobei die Schwerkraftplatte 3 den Pfahlkörper 1 umgibt und sich an der Grenzfläche zwischen dem Boden um den Pfahlkörper und dem Meerwasser befindet, und wobei die Schwerkraftplatte 3 fest oder frei mit dem Pfahlkörper 1 verbunden ist; und wobei die Schwerkraftplatte 3 als eine starre Struktur ausgebildet ist.
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Bei der kombinierten Einzelpfahlfundamentstruktur für die Offshore-Windkraft in einer Ausführungsform des vorliegenden Gebrauchsmusters ist an der Grenzfläche zwischen dem Boden um den Pfahlkörper 1 und dem Meerwasser eine Schwerkraftplatte 3 zusätzlich angeordnet, um den Boden um den Pfahl zu stärken, dadurch wird nicht nur die eigene Tragfähigkeit des Pfahlkörpers verbessert, sondern die Scherfestigkeit und der passive Erddruck zwischen der Schwerkraftplatte 3 und dem Bodens können auch vollständig mobilisiert werden, um die horizontale Tragfähigkeit der Pfahlgründung zu verbessern; der Pfahlflügel 2 ist an einer Außenwand des Oberteils des Verankerungsabschnitts des Pfahlkörpers 1 angeschweißt, um den Einfluss des Pfahlflügels 2 auf den Rammprozess zu verringern; der passive Erddruck des Bodens um den Pfahl wird vollständig mobilisiert, dadurch werden die horizontale Verschiebung und die rotierende Verschiebung der Pfahlgründung verringert, und die horizontale Tragfähigkeit und die Torsionsfestigkeit der Pfahlgründung werden verbessert, wenn die Schwerkraftplatte 3 mit dem Pfahlkörper 1 und den Pfahlflügeln 2 fest verbunden ist, kann die Schwerkraftplatte 3 weiterhin die vertikalen Lasten der Pfahlgründung tragen.
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Wenn die kombinierte Einzelpfahlfundamentstruktur für die Offshore-Windkraft in einer Ausführungsform des vorliegenden Gebrauchsmusters und ein gewöhnliches Einzelpfahlfundament eine gleiche Tragfähigkeit bereitstellen, können der Pfahldurchmesser und die Verankerungslänge des Pfahlkörpers durch eine zusätzliche Anordnung der Pfahlflügel und der Schwerkraftplatte angemessen verringert werden, so dass das kombinierte Einzelpfahlfundament für das Seegebiet mit tiefem Wasser und flacher Abdeckungsschicht sowie den Felsbrocken geeignet ist, um den Bau des in den Fels eingebetteten Pfahls zu vermeiden, dadurch werden die Vorteile erreicht, die Baukosten zu reduzieren, das Baurisiko zu vermeiden und den Baufortschritt zu beschleunigen. Im Vergleich zum herkömmlichen Flügelplatten-Einzelpfahlfundament ist bei der kombinierten Einzelpfahlfundamentstruktur für die Offshore-Windkraft gemäß dem vorliegenden Gebrauchsmuster eine Schwerkraftplatte zusätzlich angeordnet, dadurch können einerseits die Länge und die Breite der Flügelplatte verringert werden, um den Einfluss der Flügelplatte auf den Rammprozess zum höchsten Grad zu verringern, andererseits kann die Schwerkraftplatte den Kraftwirkungsmodus der Flügelplatte verbessern, um die Biegung und die Verformung der Flügelplatte sowie die Spannungskonzentration und die Ermüdungsbelastung an der Verbindungsstelle zwischen der Flügelplatte und dem Pfahlkörper zu verringern und die Lebensdauer der Flügelplatte zu verlängern. Darüber hinaus befindet sich die Schwerkraftplatte an der Grenzfläche zwischen dem Boden um den Pfahlkörper und dem Meerwasser, dadurch kann die Erosion des Bodens um den einzelnen Pfahl durch die Wellen und Meeresströmungen verringert werden.
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Bevorzugt sind die mehreren Pfahlflügel 2 um den Pfahlkörper als Mitte radialsymmetrisch und gleichmäßig in dem Umkreis angeordnet, wodurch der Widerstand des Bodens um den Pfahl vollständig mobilisiert werden kann, um die horizontale Tragfähigkeit des kombinierten Einzelpfahlfundaments zu verbessern.
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Bevorzugt ist die Anzahl der Pfahlflügel 2 eine gerade Zahl und beträgt nicht kleiner als 4, wobei die Pfahlflügel 2 in einer Anzahl einer geraden Zahl symmetrisch angeordnet sind, so dass die Kraftwirkung der kombinierten Einzelpfahlfundamentstruktur besser ausgewogen ist.
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Bevorzugt ist der Pfahlflügel 2 eine trapezförmige Struktur, wobei die Unterkante eine Hypotenuse ist, und wobei die Normalrichtung und die axialen Richtung des Pfahlkörpers vertikal zueinander ausgerichtet sind oder einen Winkel einschließen. Der Pfahlflügel 2 ist eine trapezförmige Struktur, wobei die Unterkante des Pfahlflügels eine Hypotenuse ist oder einen Winkel einschließt, um den Einfluss der Pfahlflügel 2 auf den Rammvorgang des Pfahlkörpers zu verringern.
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Bevorzugt ist die Schwerkraftplatte 3 eines vom Stahlblech, Beton oder Stahlbeton. Der Strukturtyp, das Material und die Größe der Schwerkraftplatte 3 hängen mit den geologischen Bedingungen der Pfahlgründung, der Größe der äußeren Last und der Bauweise zusammen, und die Unterwassergießtechnologie kann verwendet werden, um eine feste Verbindung zwischen der Schwerkraftplatte, den Pfahlflügeln und dem Pfahlkörper herzustellen.
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Wenn die Schwerkraftplatte 3 durch Gießen vom Zement und anderen Verfahren mit dem Pfahlkörper 1 und dem Pfahlflügel 2 fest verbunden ist, bilden der Pfahlkörper 1, der Pfahlflügel 2 und die Schwerkraftplatte 3 eine integrierte Struktur aus, und die Schwerkraftplatte 3 kann die vertikale und horizontale Last und die Torsionslast der Pfahlgründung teilen, wenn die Schwerkraftplatte 3 mit dem Pfahlkörper 1 und dem Pfahlflügel 2 frei berührend verbunden ist, sind die Schwerkraftplatte 3 und der mit den Pfahlflügeln 2 versehene Pfahlkörper 1 zwei relativ unabhängige Pfahlgründungsstrukturen, und die Schwerkraftplatte 3 kann die horizontale Tragfähigkeit und die Verdrehsicherheit der Pfahlgründung verbessern und die seitliche Verschiebung und die Torsionsverschiebung des einzelnen Pfahls sowie das Biegemoment des Pfahlkörpers verringern, jetzt kann die Schwerkraftplatte 3 die vertikale Last der Pfahlgründung nicht tragen, und der mit den Pfahlflügeln 2 versehene Pfahlkörper 1 kann sich nach oben und unten bewegen.
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Die obige Ausführungsform stellt nur eine bevorzugte technische Lösung des vorliegenden Gebrauchsmusters dar und soll nicht als eine Beschränkung für das vorliegende Gebrauchsmuster angesehen werden, und die Ausführungsformen in der vorliegenden Anmeldung und die Merkmale in den Ausführungsformen können beliebig miteinander kombiniert werden, falls kein Konflikt besteht. Der Schutzumfang des vorliegenden Gebrauchsmusters soll durch die in den Ansprüchen beschriebenen technischen Lösungen, einschließlich der äquivalenten Ersetzungen für die technischen Merkmale in den in den Ansprüchen beschriebenen technischen Lösungen, definiert werden. Nämlich sollen die äquivalenten Ersetzungen und Verbesserungen in diesem Umfang ebenfalls als von dem Schutzumfang des vorliegenden Gebrauchsmusters gedeckt angesehen werden.
