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Ausgabepumpe,insbesondere zum Zerstäuben von Flüssigkeiten,
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welche auch in umgekehrter Position arbeitet.
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Zusatz zur Patentanmeldung DT-P 28.38.613 vom 5ü9.1979 Zielsetzung
dieser Erfindung ist eine Ausgabepumpe,insbesondere zum Zerstäuben von Flüssigkeiten,die
sowohl in ihrer normalen,aufrechten als auch in ihrer umgekehrten,also enUgagengesetzten
Lage einwandfrei arbeitet.
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Bekannt sind nach den DE-Anmeldungen 26.32.062 und 28.18.560 umkehrbare
Zerstäuber,bzw.deren Pumpenventilanordnungen,deren Aufbau zum einen, kompliziert,
raumaufwendig und Einzelteil-intensivist,zum anderen erhebliche Dichtungsprobleme
und zu deren Einschränkung Reibungsverluste in Kauf nehmen muss.
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Dabei bedeuten Eingriffe bzw.Erweiterungen der an sich bekannten Konstruktionen,
räumliche Behinderungen und Kompromisse,wie auch im EinzeLnen ausgeführt wird.
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Durch die Verwirklichung der patent-erheblichen Gadanken dieser Anmeldung
wird durch einesauch wahlweise,zusätzliche Ausrüstung an sich bekannter Pumpenkonstruktionen,insbesondere
der aus der Hauptanmeldung bekannten,mit einem Ansaugkorb am Ende des Tauchrohrs,
eine Anordnung geschaffensdie ein Funktionieren auch in der umgekehrten Lage "über
Kopf" ermöglicht.
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Dazu enthält der Korb ein Rückschlagventil,welches in entgegengesetzter
Richtung zum Eingangsventil des Pumpensystems wirkend, angeordnet ist.Dieses wird
nun durch seine Lage aktiviart,d.h.
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es öffnet und schliesst durch das Gewicht des Ventilkörperswobei die
absolute Dichtung eine vorhandene Druckkomponente voraussetzt,die in etwa in Richtung
des Schwerpunktes wirksam ist.
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Das Eingangsventil arbeitet dazu im Gegensatz,weitgehendst
strömungsabhängigd.h.dass
das Eigengewicht geringer ist,als die Kraft der Strömung.
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Durch die o.e.vorveröffentlichten Anmeldungen unterscheiden sich auch
zwei derzeitige Hauptgruppen,erstere mit wenigstens zwei Ansaugleitungen,in die
beiden vertikalen Richtungen weisend, mit ihren entsprechenden Ventilen,und letztere,bei
denen die in Normallage oben befindliche Ansaugöffnung in den Pumpenkörper aufgenommen
ist.
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Zu dieser gehört auch die vorliegende Anmeldung.
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Dahei wird von dem vorbekannten Gedanken,Gegenstand der Hauptanmeldung,Gebrauch
gemacht,nämlich einer inneren Verbindung aller pumpenkammern mit dem oberen Behälterinnenraum,dies
in der oberen Ruhelage.
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Es ermöglicht eine selbstständige,zeitlich verzögerte Entleerung durch
Schwerkraft,und weiterhin eine Druckentlastung am Ende des Arbeitshubs,zum sofortigen
Anlaufen der Pumpe,wie auch das schlagartige Abbrechen der Zerstäubung um das Nachtropfen
zu vermeidensdurch eine vom Ansaugweg getrennte Verbindung, direkt in den Kopfraum
des Behälters.
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Dies wird durch die Trennung des Ansaugueges vom Entlastungsweg erreicht,wobei
ersterer durch das mitgeführte Ansaugrohr in das Eingangsventil speist,und über
eine Öffnung der Manschette des kleinen Ventilkörpers in der oberen Ruhelage den
Arbeitszylinder über den verbleibenden Ringraum des kleinen Zylinders zum Behälterinnerern
leitet.
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Besonderer Grund dieser Anordnung ist einmal den störenden Effekt
eines Gaspolsters beim Anlaufen auszuschalten und eine Film-Depotbildung und deren
Reaktion auf die Pumpenteile und die Funktion durch die Flüssigkeit zu vermeiden.
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In der letzten der vorveröffentlichten Anmeldung wird dagegen ein
Entlüftungs-Ansaug-Loch im oberen Bereich des Arbeityzylinders vorgesehen,das zwar
auch in der oberen Ruhelage eine Uerbindung zum Behälterraum darstellt, jedoch eine
selbstständige vollständige Entleerung nicht ermöglicht.
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Im Gegenteil kommt es durch die Lage der Öffnung zu einer geringen
Teilentleerun,die durch einen entsprechenden Gasanteil des Behälters ersetzt wird,und
in einer Ruhezeit unerwünschte Reaktionen einleitet.
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Ausserdem entsteht ein Hub bzw.Druckverlust der durch die Gaskomponente
unterstützt,zu einer gualitätseinderung der Zerstäubung führt.
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Durch die Lage des Ansaugloches,welches sich in etwa in der mitte
der beiden vertikalen Endpunkte der verbundenen Kanäle befindet,ist dieser Nachteil
in beiden Positionen gegeben.
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Nicht so,bei vorliegender Anmeldung,wo gerade in der "unglücklicheren"umgel<ehrten
Lage der manuellen Handhabung eine Beeinträchtigung durch das Voreilen der Gasphase
in den entsprechenden Kopfraum zu einer automatischen Entfernung führt,ohne dabei
ein pneumatisches Polster aufbauen zu können,mit dem Vorteil einer sofortigen vollen
Zerstäuberleistung.Bei Betätigung in der Normallage wird nach dem ersten Hub eine
automatische Entleerung durch Schwere tätig,jedoch erfolgt dies durch geeignete
Querschnittswahl zeitlich verzögert,sodass im Betrieb ein negativer Effekt praktisch
ausgeschaltet ist.
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Dabei ist naturgemäss von besonderer Bedeutung,dass entsprechend der
Hauptanmeldung,in der oberen Ruhelage eine Verbindung zum Behälterinneren geschaffen
wird,die nicht,wie bei anderen bekannten Pumpensystemen über den Ansaugweg erfolgt,sondern
direkt und getrennt in den oberen Innenraum leitet.
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Bei gleichem Lsitungssystem wäre eine Saugwirkung durch ein notwendiges
Ventil blockiertwoder aber die Gasphase könnte wieder eintreten0 Diese Öffnung ergibt
sich durch die Aufhebung des Dichteffektes der Dichtlippe des unteren kleineren
Koibens,die sich im Fusspunkt des oberen Zylinders befindet.
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Für die Zielsetzung dieser Anmeldung bedeutet dies,dass ein direkter
Verbindungsweg des Pumpen(Arbeits)zylinders in der oberen Ruhelage für einen Ansaugmechanismus
zur Verfügung
steht,wenn sich nämlich die Gesamtanordnung in der
umgekehrten Lage befindet,damit auch die Flüssigkeit ihre Lage gewechselt hat,und
dann die Pumpe umfliesst.
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Nachdem die Zerstäubung beendet ist,und der Kolben wieder durch Federkraft
in die obere Ruhelage zurückkehrt,schliesst das im Ansaugkorb umgekehrt liegende
Ventil durch Schwerkraft, unterstützt durch die Saugwirkung des Kolbens, und erreicht
beim weiteren Rücklauf einen Unterdruck,der im oberen Ruhepunkt sein Maximum hat,und
dann durch Freigabe der inneren Verbindung ausgeglichen wird.Dies geschieht indem
die Flüssigkeit aus dem Kopfraum des Behälters in den Arbeitszylinder eingesaugt
wird und beim Beibehalt dieser umgekehrten Position,wie es in der Praxis wohl üblich
sein dürfte,sich auch kein Flüssigkeitsverlust für den nächsten Hub ergibt.
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Besonderer Gegenstand dieser Anmeldung ist auch die Voraussetzung
zu schaffen,dass in umgekehrter'Lage das Ende des Tauchrohres,welches in den flüssigkeitsfreien
Behälter aum bzw. Boden weist,sicher verschlossen ist,damit bei der eintretenden
Saugwirkung der Pumpe keine Gas-Luft-Anteile über das Saugrohr eingezogen werden
und damit das Funktionieren der Pumpe be- oder verhindern.
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Diese soll nämlich unter Abschluss des üblichen Ansaugweges einen
Unterdruck aufbauen,der dann beim Erreichen der oberen Ruhelage zum Ausglsich kommt,
eben über die innere Verbindung des Arbeitszylinders mit dem Behälterinnenraum.
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Die wird im Einzelnen erreicht,indem das lage-abhängigaktivierbare
zusitzliche Ventil im Ansaugkorb,z.B. ein Kugelventil mit mehrfacher, seitlicher
Anströmung,welches in der Normallage durch das relative hohe Eigengewicht des Ventil
-körpers gegenüber dem eigenen Strömungswiderstand inaktiviert oder geöffnet ist,
jedoch in umgekehrter Lage schliesst.
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In ansich bekannter Weise wird durch die Ausgestaltung des Ventils
die Kraft der Strömung auf ein Minimum reduziert.
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Ein besonderer Vorteil dieser Anmeldung liegt in der Untsrbringung
des
Ventils in dem Korb.Dieser kann einmal die Funktion einer notwendigen Siebung übernehmen
und weiterhin einen erheblichen Nachteil praktisch aller bekannten Ausführungen
uermeiden,nämlich die Verformung des Tauchrohrendes durch Druck, auch durch das"Kriechen"des
Kunststoffes bekannt.
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Diese Verformung führt zu einer Reduktion des Öffnungsquerschnittes
oder sogar zum Verschluss,da nämlich das sichere Erreichen des Bodeninhaltes nur
durch Überlänge des Tauchrohres garantiert ist,womit eben der permanente Druck verursacht
wird,und durch die Anwesenheit von Komponenten der Flüssigkeit eine bedingte Reaktion
der Materialien einsetzt,die meist zu einer Verringerung der Festigkeit führen.
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Sicher kann auch ein Korb ohne Ventil diese Vorteile bringen, jedoch
liegt hier der Schwerpunkt in einer kosten-orientierten Auslegung der Gesamtkonstruktion.
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Weiterhin ist durch die Trennung dieses Ventil vom Pumpenkörper an
das Ende des Ansaugrohres ein weiterer Vorteil verbunden,dass nämlich eine solche
Ausstattung zusätzlich erfolgen kann,und nicht für jeden Fall die sicher zusätzlichen
Kosten eintreten müssen.Bei Bedarf kann der Korb durch Steckverbindung jederzeit
angebracht werden.
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Damit können ohne sonstige Änderung alle Pumpensysteme mit dieser
Anordnung ausgerüstet werden,die einen Aufbau eines Unterdrucks im Arbeitszylinder
beim Verschluss ihres Eingangsventils gestatten,und deren 'Polster"Druckausgleich
über eine öffnung in den oberen Bereich des Behälterinneren erfolgen kann.Im Zusammenhang
mit der Flüssigkeitsausgabe entsteht nun ein Unterdruck,der sich durch den Verlust
der Flüssigkeit in die Atmosphere zwangsläufig ergibt.In der Normallage,also aufrecht,wird
der notwendige Ausgleich über die Durchtrittsöffnung erreicht,immer dann,wenn die
Pumpe sich eben nicht in ihrer oberen Ruhelage befindet,die ja gleichzeitig absolute
Verschlusslage bedeutet.
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Dieser für die Lagerung und den Transport verschlossene Zustand
vermeidet
jegliche Flüssigkeits- und Gasverluste,die ausserdem noch zum Verschmutzen der Ware
und Verpackung führen.
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Beim Betätigen jedoch öffnet sich dieser Ringverschluss um die Aussenluft
eindringen zu lassen.
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Diese Situation ist grundsätzlich identisch bei der Betätigung in
umgekehrtem Zustand.
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Jedoch führt es naturgemäss beim Zustand des ruckausgleiches zu der
Tatsache,dass die Durchtrittsöffnung bei Verwendung eines normalen Wanddurchbruches
auch die auf der anderen Seite dann befindliche Flüssigkeit durchsickern lässt.
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Es muss also diese Durchtrittsöffnung so gestaltet sein,dass sie einen
Gasdruckausgleich in Richtung des Behälterinhaltes erlaubt, ein Durchtreten der
Flüssigkeit in Gegenrichtung jedoch unterbindet.
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Diese Gestaltung,ebenfalls Gegenstand dieser Anmeldung,wird in einer
maximalen Verlängerung des Durchtrittskanals gesehen, den zu durchfliessen eine
bestimmte Zeit erfordert,dieseaber grösser ist, als die des zu erwartenden entgegengesetzten
Druckausgleiches bzw. der erneut Unterdruck bedingenden Teilentnahme von Flüssigkeit
durch den Einsaughub.
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Zur Anordnung sind die Flächen des oberen Pumpenkörpers vorgesehen,die
durch Aussensitz mit einer ebenfalls radial-konischen Ringfläche eines Halterungsringes
abgedeckt werden.
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An dieser meist durch Schnappsitz entstehenden Grenzlinie zweier Flächen
sind die Vertiefungen des Durchtrittskanals eingearbeitet und bieten ausreichende
Verzögerung durch eine kontinuierliche,spiralförmige Kanalführung.
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Auch sind zur Lösung leichtansprechende Flächenventile denkbar, die
jedoch weitere Komponenten und Montage erforderlich machen.
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Eine weitere vorveröffentliche Möglichkeit erscheint besonders geeignet
den Unterdruck zu kompensieren,indem der Behälter,wie beim Aerosolgebinde,vüllig
von der Aussenatmosphere abgeschlossen ist.Dabei bestände die Notwendigkeit eines
inneren Druckaufbaues
lediglich im Massstab des Flüssigkeitsvolumenersatzes,
also äusserst geringer Natur,der weiterhin,gelöst in der Flüssigkeit,die Zerstäuberqualitit
erheblich verbessern würde.Die notwendigen Druckerfordernisse für die Komponenten
sind so gering, dass die wie ursprünglich ausgelegten Einzelteile diesen schon entsprechen.
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Insgesamt wird durch die erweiterte Ausgestaltung der Hauptanmeldung
durch das vom Pumpenkörper getrennt angeordnete Ventil,welches in Flussrichtung
gesehen,vor dem eigentlichen Eingangsventil liegt, und einer neuartigen Gas-Flüssigkeits-Ausgleichsstrecke,die
das Austreten von Flüssigkeit aus dem Behälter vermeidet,die Möglichkeit geschaffendie
Funktion der Ausgabepumpe nach der Hauptanmeldung auch in Umgekehrter Lage zu garantieren.
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In der beigefügten Zeichnung ist ein Beispiel der Erfindung zum Zwecke
ihrer besseren Erläuterung dargestellt.
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Die Schnittdarstellung ist bedingt schematisch und zeigt die Ausgabepumpe
in ihrer oberen Ruhe- und Verschlusslage.
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Diese in ihren Einzelheiten dargestellte Pumpe weist ein Pumengehuse
1U auf,indem sich der Arbeitszylinder 11 befindet,mit seinem Arbeitskolben 12, sowie
der Einlassventilkörper 14 in seinem Ventilgleitrohr 13,dies in Verlängerung der
Pumpenachse,welches einen geringeren Durchmesser aufweist gegenüber dem Arbeitszylinder,in
Abhängigkeit der Ausgabedruckvorgabe und der Federkraft.
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Das Gehäuse ist beidseitig geöffnet und wird z.B. mit einem Schnappdeckel
16 oder auch einer Gewindekappe mit einem Abdichtring auf den nicht dargestellten
Behälter befestigt.
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Im Schnappdeckel befindet sich eine Öffnung die durch den Gleitkragen
18 gebildet wird und welche die hohle Kolbenstange 19 des Arbeitskolbens 12 gleitend
führt.
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Am oberen Ende dieser Kolbenstange ist ein üblicher Betätigungskopf
20 mit Dralldüse 21 fest aufgesteckt,und über
die Kanäle 22 und
23 mit der Kolbenstange,deren Hohlraum 19 a verbunden,sodass der Inhalt hierdurch
nach aussen gelangt.
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Die Gestaltung 24 des Betätigungskopfes 20 ist der Aufgabe, den Fingerdruck
zu übernehmen angepasst.
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Im übrigen passt sich die Ausführungsform des Kopfes 20 derjenigen
des Schnappdeckels 16 oder einer Gewindekappe an,wobei im allgemeinen der Einfacheit
halber Schnappverbindungen der Vorrang gegeben wird.
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Die Kolbenstange bildet nun den Kanal 19 a, in welcher der Auslassventilsitz
30 gebildet wird.Dieser wird normalerweise durch den Ventilkegel 31 geschlossen
gehalten,der am Einlassventilkorper 14 innerhalb der Kolbenstange 19 beweglich ist.
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Dieses Auslassventil 31 wird durch die Feder 32 normalerweise in ihre
obere Schliesslage gedrückt,und befindet sich zwischen dem Einlassventilkörper 14
und dem Boden des Pumpengehäuses 10.
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Übersteigt jedoch der Innendruck des Arbeitszylinders 11 die Kraft
der Feder 32,so wird das Auslassventil 31 von seinem Sitz abgehoben.
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Der Einlassventilkörper trägt eine Verlängerung 34 zur Aufnahme des
Tauchrohres 35,durch welche die Flüssigkeit in den Zylinder 11 angesaugt wird,direkt
aus dem Behälter über das Einlassventil 37,welches einen Rückstrom dorthin vermeidet.
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Das Einlassventil 37 wird nun durch einen Käfig 38 eingeschlossen,welcher
mit mehreren Üffnungen 39 versehen ist,durch welche die Flüssigkeit aus dem Tauchrohr
35 in die Pumpenkammer 11 strömen kann,und von wo sie dann durch das Auslassventil
31, den Kolbenstangenkanal 19a über den Betätigungskopf 20 nach aussen gelangt.
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Der Ventilkäfig ist Teil des Auslassventils,der zwar getrennt gefertigt
wird,jedoch durch Schnappverbindung mit dem Einlassventilkörper vereinigt wird.
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Da die zu zerstäubende Flüssigkeit in dem Arbeitszylinder 11 unter
Druck gesetzt werden sollssind die Manschette 40 des Arbeitskolbens 12 und die Manschettte
41 des Einlassventilkörpers
14 üblicherweise zu einander angeordnet,sodass
der auftretende Druck,die Manschetten an die respektiven Wände zur Dichtung anlegt.
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Wie üblich ist die Pumpe während der Lagerung geschlossen, um keinerlei
Verlust an Inhalt zu verursachen.Die Belüftung von aussen erfolg über den Ringspalt
der sich zwischen der Kolbenstenge 19 und dem Gleitkragen 18 ergibt,wenn der Arbeitskolben
12 gedrückt wird und gelangt dann über den Durchtrittsweg 42 abwärts in den Behälter.Ist
der Kolben 12 in der obersten Lage,dann verschliesst die Ringschulter 43 gegen den
entsprechenden Abschnitt der Kolbenstange 19.
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Es sei vorausgeschickt,dass nach totaler Füllung mit Flüssigkeit die
Pumpe normal arbeitet,weil der Üffnungsdruck leicht durch die Betätigung erreicht
wird.
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Auch wenn man davon ausgeht,dass der Zylinder 11 nur zum Teil Flüssigkeit
enthält also einer, weiteren Anteil Luft und oder Gas,auch der eigenen Flüssigkeit
beinhaltet,bewirkt der Druck auf den BEtcitigungskopf 20,dass sich der Kolben 12
abwärts verschiebt.Daboi folgt das Auslassventil 31 zunächst geschlossen dem Flub,dem
der Druck der Feder 32 entgegensteht.Bei weiterer Abwirstbewegung wird die Mischung
soweit komprimiert, dass auch dann der entstahende Druck im Zylinder 11 grösser
wird,als der dr Feder 32,sodass der Einlassventilkörper 14 abwiirtsbewegend, das
Auslassventil 31 öffnet.
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Dieses bleibt dann bis zui Druckausgleich geöffnetem bei Unterschreiten
des vorgegebenen Grenzdruckes wieder zu schliessen.
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Die Begrenzung der Abwlrtsbewegung ist durch den Sitz 45 gegeben,bei
welchem Erreichen durch den Einlassventilkörper 14, der sich in Phase mit dem Arbeitskolben
11 bewegt,die Ausgleichswege 46 erreicht werden,und nun den völligen Druckaus gleich
direkt in den oberen Teil des Behälters schlagartig veranlassen.
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Beim Aufwärtshub nun werden zunächst die Ausgleichswege 46
geschlossen,
das Auslassventil 31 ist auf Grund des abgefallenen Drucks ebenfalls dicht,und der
Arbeitskolben 12 öffnet nun durch den entstehenden Unterdruck das Einlassventil
37 und füllt damit den Zylinder 11 vollständig mit Flüssigkeit für den nächsten
Hub.
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Beide letzte Darstellungen der Funktionsabläufe gehen von einer gefüllten
oder mindestens teilgefüllten Pumpe aus.Anders stellt sich jedoch das Anlaufen einer
Pumpe dar,die ausschliesslich mit einer Luft-Gas-Mischung gefüllt ist.Hier wird,wie
schon weiter oben angedeutet,durch die Kompression des Zylinderinhaltes der notwendige
Druck zum Öffnen des Auslassventils nicht erreicht, weil eine praktisch totale Kompression
des Inhaltes konstruktiv schwer durchführbar ist,d.h.dass die räumliche Reduktion
des Restvolumens fast auf Null gebracht werden müsste,wobei auch dann bei möglichen
Teilentleerungen immer wieder ein Restvolumen auftritt, durch die pneumatische Komprimierbarkeit
der Gase und der Öffnung des Einlassventils oder dann einer notwendigen Saugwirkung
mit einem Plus an Überdruck gegenübersteht.
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Gemäss der Hauptanmeldung wird nun,um eine vollständige Entleerung
des Arbeitszylinders 11,insbesondere von Gasen zu erreichen,im Punkte des unteren
Hubendes durch mindestens einen Kanal bzw.Druckausgleichsöffnung 46 der totale und
schlagartige Druckabbau mit Ausräumung des Restvolumens an Gasen bewirkt.Ausserdem
vermeidet dieser schnelle Druckverlust ein Nachtropfen an der Düse,da diese normalerweise
dann leitend verbunden ist.Die Entfernung dieser Gase wäre nicht möglich, wenn nicht
durch die ebenfalls aus der Hauptanmeldung bekannte Trennung der Einlass- und Entlastungswege
46 erfolgt wäre, da sonst ein Entlastungsweg durch die Zylinderwand nicht möglich
wäre,da er einen Ansaughub ohne Sogwirkung ergäbe,oder die Gase wiederholt über
den Eingangsweg eintreten lassen würde,ausser anderen Nachteilen.
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Zu dieser Pumpe befindet sich nun am Ende des Tauchrohres 35 ein Ansaugkorbe
47,mit einem Rückschlagventil 48,den Ausaugöffnungen
50,welches
in der Normallage auch gegen die Strömungsrichtung geöffnet bleibt,und dann keinen
Einfluss auf den Funktionsablauf der Pumpe gewinnt.
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Dabei liegt in der oberen Ruhe-und Verschlusslage die Planschette
41 nicht dichtend an,sodass sich eine selbständige Entleerung, durch den geringen
Qt13rschnittder Öffnung verzögert, vollzieht.
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Bei umgekehrter Lage nun fliesst die Flüssigkeit in den ursprünglichen
Kopfraum und lässt das Ansaugende des Tauchrohrs 35 unbedeckt.Dabei schliesst der
Ventilkörper 49 das Ventil 48 und lässt beim Ansaughub keine Luft-Gas eintreten.So
entsteht ein Unterdruck im Arbeitszylinder 11,der seinen Höchstpunkt in der oberen
Ruhelage hat,Beim Erreichen dieser Position öffnet sich nun die Ringdichtung oder
Manschette 41 und lässt die totale Füllung zu,da auch eventuelle Gasreste in den
Behälterraum,dann aufwärts entweichen können.
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Nach der Zerstäubung durch erneute Betätigung des Kopfes 20 wied-.rholt
sich der Ablauf der Füllung gleichsam.
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In beiden Lagen,normal und umgekehrt,ergibt sich nun durch Ausgabe
der Flüssigkeit ein Unterdruck,der durch die Durchtrittsöffnung 42 von aussen abgebaut
wird'diens jedoch nur bei Betätigung,da sonst die Ringschulter 43 verschliesst.
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Durch die besondere Ausgestaltung des Durchtrittausgleichskanals wird
mit Sicherheit vermieden,dass selbst beim Start der Pumpe in umgekehrter Lage und
bei Druckausgleichsbedingungen Flüssigkeit nach aussen gelangt oder die Pumpe durch
Unterdruck in ihrer Funktion belastet wird.
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Die obengeschilderten Ausführungsformen sind nur eine der möglichen
Anordnungen,wie sie sich aus den Ansprüchen ergeben können.
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Für d;e Zielsetzung dieser Anmeldung sind alle entsprechenden Ausführungsformen
gleichwertig.