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Einführung
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein elektromagnetisch verträgliches Gehäuse (EMV-Gehäuse) und ein Kraftfahrzeugelektronikgehäuse zur Abschirmung elektromagnetischer Störungen (EMI).
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Hintergrund
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Elektronische Einheiten erzeugen während des Betriebs häufig elektromagnetische Strahlung, die den Betrieb anderer, in der Nähe befindlicher elektronischer Geräte potentiell stören kann. Dieses EMI-Potenzial ist in Kraftfahrzeuganwendungen besonders problematisch, da es den Betrieb der elektronischen Steuereinheiten eines Fahrzeugs beeinträchtigen kann, während diese sicherheitskritische Funktionen ausführen. Daher muss sichergestellt werden, dass die Kfz-Elektronik, wie z. B. Head-Units und Domänen-Controller, über eine elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) verfügt, um sicherzustellen, dass sie von externen elektromagnetischen Störungen isoliert ist und gleichzeitig keine elektromagnetischen Felder abstrahlt, die andere Geräte beeinträchtigen könnten.
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Um die EMV-Anforderungen zu erfüllen, werden elektronische Geräte in Kraftfahrzeugen in der Regel von EMI-Abschirmgehäusen aus Metalldruckguss umschlossen, die eine elektrisch geerdete Barriere zur Absorption elektromagnetischer Strahlung bilden. Solche Gehäuse bestehen in der Regel aus zwei trennbaren Teilen, damit das Gehäuse bei der Montage geöffnet werden kann und der Zugang zum Gerät für spätere Wartungsarbeiten erleichtert wird. Dementsprechend bildet ein zweiter Teil des Gehäuses in der Regel eine abnehmbare Platte oder einen Deckel, die/der mit Schrauben über dem ersten Teil befestigt wird, wobei die Teile an gegenüberliegenden Schnittstellenflächen zusammenpassen. Auch wird eine elastische, elektrisch leitende EMI-Abschirmungsdichtung zwischen den Schnittstellenflächen bereitgestellt, um die Flächen abzudichten. Damit die abschirmende Dichtung wirksam arbeiten kann, muss sie innerhalb eines bestimmten Druckbereichs zusammengedrückt werden. In der Praxis passen die Schnittstellenflächen jedoch aufgrund von inhärenten Fertigungstoleranzen, Gussfehlern und thermischen Unterschieden selten perfekt zusammen. Gleichzeitig ist die Steifigkeit des Deckels oft nicht ausreichend, um die Dichtung über die gesamte Schnittstelle zwischen den Teilen richtig zu komprimieren. Diese Faktoren bedeuten, dass die Kompressionsraten um die Dichtung herum oft ungleichmäßig sind.
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In diesem Zusammenhang zeigt 1 eine isometrische Ansicht eines herkömmlichen EMV-Gehäuses 1 für Kraftfahrzeuge mit einem Bodenteil 2, das von einem Deckel 3 abgedeckt ist, der eine Leiterplatte (PCB) 6 umschließt. Der Deckel 3 ist zur Veranschaulichung mit einer 20-fach vergrößerten Verformung dargestellt. Wie gezeigt, weichen die Schnittstellenflächen 4, 5 des Bodens und des Deckels in einer Reihe von Bereichen voneinander ab, was zu Lücken im Gehäuse führt. In diesen Bereichen kann es sein, dass die Dichtung zwischen den Schnittstellenflächen nicht ausreichend innerhalb des gewünschten Kompressionsbereichs komprimiert wird, um eine wirksame EMI-Abschirmung zu bilden. Daher kann in diesen Bereichen elektromagnetische Strahlung durch das Gehäuse dringen oder aus ihm austreten. Darüber hinaus kann die EMI-Abschirmung nicht dadurch verbessert werden, dass die Schraubbefestigungen, mit denen der Deckel 3 am Bodenteil 2 befestigt ist, weiter angezogen werden, da dies zwar dazu beiträgt, die Teile zusammenzudrücken, die Wirksamkeit jedoch durch die Steifigkeit des Deckels 3 begrenzt ist und dies außerdem zu höheren Kräften führt, die auf die Leiterplatte 6 einwirken. Dementsprechend kann die Belastung entlang der Leiterplatte 6 zu mechanischen Spannungen in den elektronischen Bauteilen und Verbindungen führen, was letztlich zu einem Ausfall der Bauteile oder zu Problemen mit der Zuverlässigkeit führen kann.
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Um dem entgegenzuwirken, wurden Forschungen für neue EMI-Abschirmungsdichtungen durchgeführt, die besser komprimierbar sind und daher eine gleichmäßigere Abdichtung zwischen den Teilen des EMV-Gehäuses bereitstellen können. Zum Beispiel können komplexere Dichtungsformen durch Formpressen, Stanzen oder selektive Abscheidungsprozesse hergestellt werden. Diese komplexeren Herstellungsverfahren sind jedoch für Anwendungen in der Automobilindustrie weitgehend nicht praktikabel, da sie die Gesamtproduktionszeit erheblich beeinträchtigen und zu einem unannehmbaren Anstieg der Produktionskosten führen würden.
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Es besteht daher nach wie vor die Notwendigkeit, die oben genannten Probleme im Stand der Technik zu lösen.
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Zusammenfassung
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Gemäß einem ersten Aspekt wird ein elektromagnetisch verträgliches Gehäuse (EMV-Gehäuse) bereitgestellt, das umfasst: ein erstes Teil und ein zweites Teil zum Bilden einer Umhüllung, wenn sie zusammengefügt sind, wobei das erste und das zweite Teil eine erste bzw. eine zweite Schnittstellenfläche zum Zusammendrücken einer Dichtung umfassen, die zwischen den Schnittstellenflächen angeordnet ist, wenn das erste und das zweite Teil zusammengefügt sind, und wobei die erste und/oder die zweite Schnittstellenfläche eine Vielzahl von hinterschnittenen Bereichen zum Verringern einer Kompression der Dichtung in dem Bereich umfasst/umfassen, wenn das erste und das zweite Teil zusammengefügt sind.
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Auf diese Weise werden die Kräfte, die zum Zusammendrücken der Dichtung als Ganzes erforderlich sind, reduziert. Gleichzeitig kann dies erreicht werden, ohne dass die Dichtung selbst verändert werden muss. Folglich kann die Dichtung ausreichend komprimiert werden, um die erforderliche EMI-Abschirmwirkung über ihre gesamte Länge zu erzielen, ohne jedoch die darin untergebrachten elektronischen Bauteile mechanisch übermäßig zu belasten. Auf diese Weise kann die elektromagnetische Verträglichkeit erreicht werden, ohne die Herstellungs- oder Produktionskosten zu erhöhen.
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In bestimmten Ausführungsformen liegen die hinterschnittenen Bereiche zwischen 40 % und 60 % der jeweiligen Schnittstellenfläche. Auf diese Weise können die Kräfte, die erforderlich sind, um eine ausreichende Kompression für die EMI-Abschirmung zu erreichen, um einen anteiligen Betrag reduziert werden.
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In bestimmten Ausführungsformen bildet die Vielzahl der hinterschnittenen Bereiche ein Muster von Wellen in der jeweiligen Schnittstellenfläche. Auf diese Weise kann ein gleichmäßigeres Kompressionsniveau auf den gesamten Schnittstellenflächen erreicht werden.
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In bestimmten Ausführungsformen sind hinterschnittene Bereiche zwischen vorspringenden Bereichen der jeweiligen Schnittstellenfläche eingestreut.
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In bestimmten Ausführungsformen liegt der Abstand zwischen den vorspringenden Bereichen zwischen 5 mm und 20 mm, wobei der Abstand hinterschnittene Bereiche definiert. In einigen Ausführungsformen liegt der Abstand zwischen den vorspringenden Bereichen zwischen 6 mm und 14 mm.
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In bestimmten Ausführungsformen sind die vorspringenden Bereiche zwischen 5 mm und 20 mm lang. In einigen Ausführungsformen sind die vorspringenden Bereiche zwischen 6 mm und 14 mm lang.
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In einigen Ausführungsformen umfasst das EMV-Gehäuse außerdem eine Dichtung. In einigen Ausführungsformen enthält die Dichtung ein elektrisch leitendes Elastomermaterial.
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In einigen Ausführungsformen ist die Dichtung auf die erste Schnittstellenfläche aufgebracht. In einigen Ausführungsformen ist ein Teil der Dichtung auf die erste Schnittstellenfläche aufgebracht.
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In bestimmten Ausführungsformen dient die erste Schnittstellenfläche dazu, die Dichtung gegen die zweite Schnittstellenfläche zu drücken, wenn das erste und das zweite Teil zusammengefügt sind.
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In bestimmten Ausführungsformen dient die erste Schnittstellenfläche dazu, die Dichtung gegen eine Leiterplatte zu drücken, die sich zwischen den Schnittstellenflächen befindet, wenn das erste und das zweite Teil zusammengefügt sind. Auf diese Weise kann die Dichtung oder ein Abschnitt einer Dichtung eine elastische Stütze zum Abstützen einer Leiterplatte bilden.
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In einigen Ausführungsformen enthält das EMV-Gehäuse ferner eine weitere Dichtung.
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In bestimmten Ausführungsformen dient die zweite Schnittstellenfläche dazu, die weitere Dichtung gegen eine Leiterplatte zu drücken, die sich zwischen den Schnittstellenflächen befindet, wenn das erste und das zweite Teil zusammengefügt sind.
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In bestimmten Ausführungsformen ist die Dichtung eine Dichtung zur Abschirmung elektromagnetischer Störungen (EMI).
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In manchen Ausführungsformen ist das Gehäuse ein Kraftfahrzeugelektronikgehäuse.
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In bestimmten Ausführungsformen sind das erste Teil und das zweite Teil so konfiguriert, dass sie ein Gehäuse um eine elektronische Steuereinheit für Kraftfahrzeuge bilden, wenn sie zusammengefügt sind.
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Figurenliste
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Eine veranschaulichende Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
- 1 eine isometrische Ansicht eines herkömmlichen EMV-Gehäuses für Kraftfahrzeuge mit einer um das 20-fache vergrößerten Verformung des Deckels zeigt;
- 2 eine isometrische Ansicht eines Bodenteils eines EMV-Gehäuses für Kraftfahrzeuge gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform zeigt;
- 3 eine vergrößerte isometrische Ansicht eines seitlichen Schnittstellenflächenabschnitts des in 2 dargestellten Bodenteils zeigt;
- 4 eine vergrößerte Seitenansicht des seitlichen Schnittstellenflächenabschnitts des in 3 dargestellten Bodenteils zeigt;
- 5 eine vergrößerte isometrische Ansicht des seitlichen Schnittstellenflächenabschnitts und der Dichtung im montierten EMV-Gehäuse der ersten Ausführungsform zeigt;
- 6 eine vergrößerte isometrische Ansicht eines Stirnabschnittes der Schnittstellenfläche des in 2 gezeigten Bodenteils zeigt;
- 7 eine vergrößerte Seitenansicht der Stirnabschnitte der Schnittstellenflächen und Dichtungen im montierten EMV-Gehäuse der ersten Ausführungsform zeigt; und
- 8 eine Draufsicht auf die geplanten Kompressionsbereiche der Dichtung im EMV-Gehäuse der ersten Ausführungsform zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
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Eine veranschaulichende Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 2 bis 8 beschrieben.
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Wie bei dem in 1 gezeigten herkömmlichen Gehäuse umfasst das EMV-Gehäuse für Kraftfahrzeuge gemäß der dargestellten ersten Ausführungsform ein Bodenteil 2 und einen Deckel 3, die mit einer dazwischen liegenden Dichtung 9 zusammengefügt sind, um ein zusammengebautes EMV-Gehäuse zu bilden.
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2 zeigt eine isometrische Ansicht des Bodenteils 2 des EMV-Gehäuses für Kraftfahrzeuge gemäß der dargestellten Ausführungsform. Das Bodenteil 2 umfasst eine erste Schnittstellenfläche 4, die mit einer entsprechenden zweiten Schnittstellenfläche 5 am Deckel 3 zusammenpasst, wenn das Bodenteil und der Deckel zusammengefügt sind. Die erste Schnittstellenfläche 4 umfasst zwei Seitenabschnitte 4a, die sich entlang der Seiten des Gehäuses erstrecken, und zwei Stirnabschnitte 4b, die sich entlang der Enden des Gehäuses erstrecken. Wie im Folgenden näher erläutert wird, weisen sowohl die Seiten- als auch die Stirnabschnitte der ersten Schnittstellenfläche ein geformtes Oberflächenprofil in Form von abgeflachten Wellen auf, die sich über ihre Längen erstrecken. In 2 sind diese Wellen in den seitlichen Schnittstellenflächenabschnitten 4a als vorspringende Bereiche 8 sichtbar, die von hinterschnittenen Bereichen 7 durchsetzt sind. Entsprechende Wellen sind an den stirn- oder endseitigen Schnittstellenflächenabschnitten 4b ausgebildet, allerdings ist dies in 2 weniger gut sichtbar, weil darüber ein zweiter Dichtungsabschnitt 9b aufgebracht ist.
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Mit Bezug zunächst auf seitlichen Schnittstellenflächenabschnitte 4a zeigen 3 und 4 jeweils eine vergrößerte isometrische Ansicht und eine Seitenansicht. Die Schnittstellenfläche weist ein wellenförmiges Profil auf, wobei die abgeflachten Böden der hinterschnittenen Bereiche 7 in einer anderen Ebene liegen als die Ebene der abgeflachten Oberseiten der vorspringenden Bereiche 8. Auf diese Weise wird ein sich wiederholendes Muster von Vorsprüngen und Hinterschneidungen bereitgestellt, wobei zwischen den Ebenen dieser Formationen Zwischenräume 71 durch die hinterschnittenen Bereiche 7 gebildet werden.
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In diesem Zusammenhang zeigt 5 eine vergrößerte isometrische Ansicht eines seitlichen Schnittstellenflächenabschnitts 4a und einer Dichtung 9 im montierten EMV-Gehäuse. Die Dichtung 9 ist als länglicher Körper aus elektrisch leitfähigem Elastomermaterial ausgebildet, und die vorspringenden Bereiche 8 bilden einen Sitz, auf dem die Dichtung 9 aufliegt. Die durch die Hinterschneidungen 7 gebildeten Zwischenräume 71 stellen eine Fläche bereit, in die sich die benachbarten Bereiche der Dichtung 9 hineinbewegen können, wenn die Baugruppe zusammengedrückt wird. Die Seitenabschnitte der zweiten Schnittstellenfläche 5, die auf dem Deckel 3 bereitgestellt sind, weisen eine flache Oberfläche auf, die dazu dient, die Dichtung 9 in die erste Schnittstellenfläche 4 zu drücken. So ragen in diesem ersten Abschnitt der Dichtung 9a die vorspringenden Bereiche 8 der ersten Schnittstellenfläche 4 in das Dichtungsmaterial hinein, wenn das Bodenteil 2 und der Deckel 3 durch die Schraubbefestigungen zusammengebracht werden.
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Gleichzeitig wird, obwohl das Dichtungsmaterial die Oberfläche der hinterschnittenen Bereiche 7 berührt, das Dichtungsmaterial in diesen Bereichen aufgrund des Zwischenraums 71 im Wesentlichen nicht komprimiert sein.
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6 zeigt eine vergrößerte isometrische Ansicht eines stirnseitigen Schnittstellenflächenabschnitts 4b des Bodenteils 2, der eine elastische Auflage für die Leiterplatte 6 bildet. In dieser Hinsicht weisen die stirnseitigen Schnittstellenflächenabschnitte 4b entsprechende Wellen auf wie die seitlichen Schnittstellenflächenabschnitte 4a, mit dem gleichen sich wiederholenden Muster von Hinterschneidungen 7 und vorspringenden Bereichen 8. In diesem Fall wird ein zweiter Abschnitt der Dichtung 9b direkt auf die Schnittstellenfläche 4 des Bodenteils 2 aufgebracht und bildet eine untere komprimierbare Auflage für die Leiterplatte 6. Wie dargestellt, nimmt der zweite Abschnitt der Dichtung 9b ein entsprechendes wellenförmiges Profil wie die Schnittstellenfläche 4 an, auf die er aufgebracht wird, wobei die Dichtung 9b in Bereichen über die vorspringenden Bereiche 8 der Schnittstellenfläche 4 vorsteht und in Bereichen über den hinterschnittenen Bereichen 7 der Schnittstellenfläche 4 zurückgesetzt ist.
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Die Stirnabschnitte der zweiten Schnittstellenfläche 5, die auf dem Deckel 3 bereitgestellt ist, weisen ebenfalls ein entsprechendes wellenförmiges Profil auf wie dasjenige, das an den Stirnabschnitten der ersten Schnittstellenfläche 4b, die in 6 dargestellt ist, bereitgestellt ist. Das heißt, im Gegensatz zu den flachen Seitenabschnitten der zweiten Schnittstellenfläche 5 sind die Stirnabschnitte dieser Fläche mit einem Muster aus vorspringenden Bereichen 8 und hinterschnittenen Bereichen 7 versehen. Gleichzeitig wird auch eine zweite Dichtung 10 direkt auf diese zweite Schnittstellenfläche 5 aufgebracht, um ein entsprechendes wellenförmiges Profil zur Bildung einer oberen komprimierbaren Auflage für die Leiterplatte 6 zu erzeugen. Die Stirnabschnitte der ersten und der zweiten Schnittstellenfläche 4, 5 spiegeln sich also weitgehend, wobei die Positionen der vorspringenden und hinterschnittenen Bereiche nicht exakt übereinstimmen müssen.
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7 zeigt eine vergrößerte Seitenansicht der Stirnabschnitte 4b, 5b der Schnittstellenflächen und Dichtungen 9, 10 im montierten EMV-Gehäuse der ersten Ausführungsform. Die Leiterplatte 6 ist zwischen den Dichtungen 9, 10 eingebettet, wobei die Bereiche der Dichtungen 9, 10, die mit den vorspringenden Bereichen der ersten und zweiten Schnittstellenflächen verbunden sind, komprimierte Bereiche 91, 101 bilden. So werden die Dichtungen 9, 10 durch die jeweiligen Schnittstellenflächen in die Leiterplatte 6 hineingedrückt, wodurch die Leiterplatte 6 festgeklemmt wird. Da die Leiterplatte 6 elastisch zwischen den Dichtungen 9, 10 gehalten wird, werden die auf die Leiterplatte 6 einwirkenden Kräfte und mechanischen Belastungen ebenfalls minimiert, wodurch das Risiko einer Beschädigung der Leiterplatte 6 verringert wird.
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8 zeigt eine Draufsicht auf die vorspringenden Bereiche der Dichtung 6 im EMV-Gehäuse der ersten Ausführungsform. Wie gezeigt, ist die Gesamtlänge der Dichtung, die erheblich zusammengedrückt wird, wenn das Gehäuse geschlossen ist, reduziert. In dieser Ausführungsform ist jeder vorspringende Bereich 8 10 mm lang, unterbrochen von einem 10 mm langen hinterschnittenen Bereich. Folglich ist die Länge der Dichtung, die zusammengedrückt wird, effektiv um etwa 50% reduziert. Es versteht sich jedoch, dass die Länge und der Abstand zwischen den vorspringenden Bereichen 8 und den hinterschnittenen Bereichen 7 angepasst werden können, um den Grad der Kompression zu optimieren. Da die hinterschnittenen Bereiche 7 zu Unterbrechungen in den komprimierten Dichtungsbereichen führen, ist die zum Komprimieren der Dichtung 9 erforderliche Kraft vorteilhafterweise geringer. Dadurch können höhere Kompressionsgrade in der Dichtung erreicht werden, wobei die Kompression innerhalb des gewünschten Bereichs gleichmäßiger über die gesamte Schnittstelle zwischen den Teilen 2, 3 erreicht wird. Gleichzeitig beeinträchtigen die Diskontinuitäten nicht die EMI-Abschirmleistung der Dichtung. Darüber hinaus wird die Leiterplatte 6 durch die geringeren Druckkräfte weniger belastet. Darüber hinaus werden auch die Produktionskosten nicht wesentlich erhöht, da die grundlegenden Techniken zur Herstellung von Dichtungen weiterhin verwendet werden können. Das heißt, es ist nicht notwendig, das Abscheide- oder Formverfahren zu ändern, um eine komplexe Dichtungsform zur Erhöhung der Kompression zu erreichen. Stattdessen können die Formen, die zum Gießen der Gehäuseteile verwendet werden, einfach so konfiguriert werden, dass sie die gewünschten Schnittstellenflächenprofile aufweisen, wobei diese Flächenprofile dazu verwendet werden, die Komprimierbarkeit über die Dichtung einzustellen.
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Es versteht sich, dass die oben dargestellte Ausführungsform nur eine Anwendung zum Zweck der Veranschaulichung zeigt. In der Praxis können Ausführungsformen auf viele verschiedene Konfigurationen angewandt werden, wobei die detaillierten Ausführungsformen für den Fachmann einfach zu implementieren sind.
