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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein gefederte Sitze mit Magnetfeder
und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, einen Gewichtsanpassungsmechanismus
zur Anpassung an das Gewicht einer sich auf den gefederten Sitz
setzenden Person.
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2. Stand der Technik
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Begleitend
zum praktischen Einsatz von Dauermagneten mit hoher Koerzitivkraft
und hoher Restmagnetflussdichte wurde in den letzten Jahren die
Forschung über
magnetische Steuerungen für den
magnetischen Hub, magnetische Lager, Stoßdämpfer mit magnetischer Flüssigkeit
usw. vorangetrieben. Weil es die magnetische Hubdämpfung ermöglicht,
physische Gegenstände
ohne physischen Kontakt zu tragen, gehören zu ihren Vorzügen die Verringerung
der Probleme mit Reibung und Abnutzung, die Möglichkeit der Bewegung mit
sehr hoher Geschwindigkeit und der niedrige Schwingungs- und Geräuschpegel.
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Vor
kurzem wurde ein gefederter Sitz mit Magnetfeder, bei der gleiche
Magnetpole einander gegenüberliegen,
vorgeschlagen, und die diesbezügliche
Forschung macht Fortschritte.
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Auch
wenn gefederte Sitze einen Gewichtsanpassungsmechanismus zum Ausgleichen der
Gewichtsunterschiede der verschiedenen Benutzer besitzen, gilt für gefederte
Sitze mit Magnetfeder, dass ihre Konstruktion im Detail noch diskussionswürdig ist
und dass Gewichtsanpassungsmechanismen noch nicht ausreichend erforscht
sind.
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Bei
den bekannten gefederten Sitzen mit Metallfedern wird die Gewichtsanpassung
im allgemeinen durch eine Dreheinstellvorrichtung erreicht, bei der
die Spannung der Metallfedern geändert
wird. Die Nachteile dieser Art von Gewichtsanpassung liegen in dem
breiten Einstellbereich und in der problematischen Einstellung.
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Die
europäische
Patentanmeldung EP-A 0 878 638 betrifft einen Schwingungsmechanismus
mit Magnetfeder. Dieser Mechanismus besitzt einen unteren Rahmen,
einen oberen Rahmen, der über
mehrere Verbindungsmechanismen vertikal bewegbar am unteren Rahmen
montiert ist, und mindestens zwei Dauermagneten, die am unteren
Rahmen bzw. am oberen Rahmen angebracht sind, wobei die gleichen
Magnetpole sich gegenüberliegen.
Mit dem Verbindungsmechanismus sind mehrere Federn verbunden, um
eine geringe Kraft des oberen Rahmens zu erzeugen. Die Gesamtfederkonstante
der Dauermagneten und der Federn ist teilweise auf einen negativen
Wert oder auf praktisch null eingestellt.
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Außerdem betrifft
die europäische
Patentanmeldung EP-A 0 488 340 eine Federung mit Nockentragelement
und federgestützter
Höhenanpassung. In
dieser Schrift wird eine mechanische Sitzaufhängung in einem Gehäuse beschrieben,
die parallele Scherenarme und einen Tragarm mit einer Nocke, die
mit Tragfedern verbunden ist, besitzt. Der Tragarm, der den Hauptteil
der Sitzlast trägt,
hat ein Höheneinstellmittel
und eine Nocke mit zwei Oberflächen,
die einen imaginären
Drehpunkt definieren. Die Nocke mit dem imaginären Drehpunkt erlaubt eine kompaktere
Bauweise.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Erfindung wurde entwickelt, um die obengenannten Nachteile zu überwinden.
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Somit
ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Gewichtsanpassungsmechanismus
für gefederte
Sitze zur Verfügung
zu stellen, der sich durch hervorragende Funktionsfähigkeit
und einfache Konstruktion auszeichnet.
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Zur
Lösung
der genannten und weiterer Aufgaben besitzt der erfindungsgemäße Gewichtsanpassungsmechanismus
einen unteren Rahmen, einen oberen Rahmen, der vertikal bewegbar
an dem unteren Rahmen befestigt ist, einen Verbindungsmechanismus,
um den oberen Rahmen an dem unteren Rahmen abzustützen, einen
ersten Permanentmagneten, der an dem unteren Rahmen angebracht ist und
einen Magnetpol mit einer ersten Polarität aufweist, die dem oberen
Rahmen entgegengesetzt ist, einen zweiten Permanentmagneten, der
an dem oberen Rahmen angebracht ist und einen Magnetpol mit einer
ersten Polarität
aufweist, die dem Magnetpol mit der ersten Polarität des ersten
Permanentmagneten entgegengesetzt ist, ein Betätigungselement, das schwenkbar
an dem oberen Rahmen angebracht ist, und eine Metallfeder, die ein
erstes Ende, das mit dem Verbindungsmechanismus verbunden ist, und ein
zweites Ende, das mit dem Betätigungselement verbunden
ist, aufweist, um eine Hubkraft des oberen Rahmens zu erzeugen,
so dass eine Gewichtsanpassung erfolgt, indem die Federkraft der
Metallfeder verändert
wird, wobei ein Verriegelungselement an dem Betätigungselement angebracht ist,
um das Betätigungselement
zu arretieren, wobei das Betätigungselement
zwischen einer Arretierungsposition, in der es durch das Verriegelungselement
arretiert ist, und einer Freigabeposition, in der die Arretierung
des Betätigungselements
aufgehoben ist, bewegbar ist, und wobei die Hubkraft des oberen
Rahmens in der Arretierungsposition größer ist als in der Freigabeposition.
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Durch
diese Konstruktion kann die Gewichtsanpassung allein durch Bewegen
des Betätigungselements
erreicht werden, so dass ein einfach konstruierter und einfach zu
betätigender
Gewichtsanpassungsmechanismus bereitgestellt werden kann.
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Zweckmäßigerweise
besitzt der Gewichtsanpassungsmechanismus außerdem ein am Betätigungselement
angebrachtes Verriegelungselement zum Arretieren des Betätigungselements,
wobei das Betätigungselement
zwischen einer Arretierungsposition, in der das Betätigungselement
durch das Verriegelungselement arretiert ist, und einer Freigabeposition,
in der die Arretierung des Betätigungselements
aufgehoben ist, bewegbar ist und wobei die Hubkraft des oberen Rahmens
in der Arretierungsposition größer ist
als in der Freigabeposition.
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Durch
diese Konstruktion kann die Gewichtsanpassung allein durch Bewegen
des Betätigungselements
von der Verriegelungsposition in die Freigabeposition erreicht werden.
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Zweckmäßigerweise
ist das Verriegelungselement auch drehbar am Betätigungselement befestigt und
hat der obere Rahmen einen Anschlag, wobei das Betätigungselement
arretiert wird, indem es zunächst
aus der Freigabeposition in die Verriegelungsposition bewegt wird
und anschließend
mit dem Anschlag in Kontakte gebracht wird, um es zu drehen, und
die Arretierung des Betätigungselements aufgehoben
wird, indem das Verriegelungselement in der Verriegelungsposition
erneut in Kontakt mit dem Anschlag gebracht wird, um das Verriegelungselement
weiterzudrehen.
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Diese
Konstruktion vereinfacht das Verriegeln und das Freigeben des Betätigungselements und
verbessert damit die Funktionalität des Gewichtsanpassungsmechanismus.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die
genannten und weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden
aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
ersichtlich, in denen gleiche Teile jeweils mit demselben Bezugszeichen
bezeichnet sind und die folgendes zeigen:
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1 ist eine perspektivische
Ansicht einer Trageinheit mit erfindungsgemäßem Gewichtsanpassungsmechanismus.
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2 ist eine auseinandergezogene
perspektivische Ansicht eines Teils der Trageinheit von 1.
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3 ist eine auseinandergezogene
perspektivische Ansicht eines anderen Teils der Trageinheit von 1.
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4 ist eine auseinandergezogene
perspektivische Ansicht eines weiteren Teils der Trageinheit von 1.
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5 ist eine perspektivische
Ansicht eines Teils des erfindungsgemäßen Gewichtsanpassungsmechanismus.
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6 ist eine Draufsicht des
Gewichtsanpassungsmechanismus von 5,
teilweise im Schnittbild, wobei ein Betätigungshebel durch Betätigung eines
Bedienknopfs arretiert ist.
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7 ist eine ähnliche
Ansicht wie 6, zeigt
jedoch den Betätigungshebel
in arretiertem Zustand.
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8 ist eine ähnliche
Ansicht wie 6, zeigt
jedoch den Zustand, in dem die Arretierung des Betätigungshebels
durch Betätigung
des Bedienknopfs aufgehoben ist, und
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9 ist eine ähnliche
Ansicht wie 6, zeigt
jedoch den Zustand nach Entriegelung des Betätigungshebels.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Die
vorliegende Anmeldung basiert auf der am 21. Juli 1999 in Japan
eingereichten Anmeldung 11-206112, deren Inhalt durch Bezugnahme
zum Bestandteil der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.
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Es
wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen. 1 zeigt eine Trageinheit S mit dem erfindungsgemäßen Gewichtsanpassungsmechanismus
M. Wie gezeigt, hat die Trageinheit S einen unteren Rahmen 2,
der an einem Fahrzeugboden oder dergleichen (auf der Seite der Vibrationsquelle)
zu befestigen ist, und einen oberen Rahmen 4, der über Verbindungsmechanismen
vertikal bewegbar am unteren Rahmen 2 befestigt ist. Ein
Sitz (nicht eingezeichnet) ist am oberen Rahmen 4 befestigt,
so dass ein gefederter Sitz gegeben ist.
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Wie
in 2 und 3 gezeigt, ist der Gewichtsanpassungsmechanismus
M an der Oberseite einer Grundplatte 6 montiert, die mit
dem vorderen Abschnitt des oberen Rahmens 4 verschraubt
ist. Ein geneigter oberer Magnet 8 ist an einem Hal ter 10 für den oberen
Magneten befestigt, der wiederum mit der Unterseite der Grundplatte 6 verschraubt
ist. Der Gewichtsanpassungsmechanismus M wird noch näher beschrieben.
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Ein
geneigter unterer Magnet 14 ist an einem Halter 12 für den unteren
Magneten befestigt, der wiederum mit dem vorderen Abschnitt des
unteren Rahmens 2 verschraubt ist. Der obere Magnet 8 und der
untere Magnet 14 haben parallel zueinander verlaufende
Oberflächen,
und auf der Seite der gegenüberliegenden
Oberflächen
liegen sich gleiche Magnetpole gegenüber, so dass eine Abstoßkraft erzeugt wird,
die den oberen Rahmen 4 anhebt.
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Die
Verbindungsmechanismen beinhalten einen vorderen Verbindungsmechanismus
und einen hinteren Verbindungsmechanismus. Der vordere Verbindungsmechanismus
besitzt ein Paar paralleler Verbindungselemente 16, 18,
die auf den entsprechenden Seiten der Trageinheit S angeordnet sind. Die
Verbindungselemente 16, 18 haben jeweils ein oberes
Ende, das schwenkbar mit der Grundplatte 6 verbunden ist,
und ein unteres Ende, das mit einer Welle 20 verbunden
ist, die wiederum schwenkbar mit dem unteren Magnethalter 12 verbunden
ist.
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Der
hintere Verbindungsmechanismus besitzt entsprechend ein Paar paralleler
Verbindungselemente 22, 24, die auf den entsprechenden
Seiten der Trageinheit S angeordnet sind. Die Verbindungselemente 22, 24 haben
jeweils ein oberes Ende, das mit einer Welle 26 verbunden
ist, und ein unteres Ende, das mit einer Welle 28 verbunden
ist, die wiederum schwenkbar mit dem unteren Rahmen 2 verbunden
ist.
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Wie
in 2 und 4 gezeigt, sind die entgegengesetzten
Enden der Welle 26 lose in die entsprechenden gekrümmten Öffnungen 4a, 4a im
oberen Rahmen 4 eingesetzt, und jedes Ende ist schwenkbar
mit dem oberen Ende eines Paars Hebel 30, 32 verbunden,
deren untere Enden über
eine Hebelverbindungswelle 34 schwenkbar mit dem oberen
Rahmen 4 verbunden sind.
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Die
Hebel 36, 38 sind an ihrem unteren Ende schwenkbar
mit Zwischenabschnitten der Verbindungselemente 22, 24 verbunden,
und mit ihren oberen Enden an einer Welle 40 befestigt,
die schwenkbar mit dem oberen Rahmen 4 verbunden ist. Die entgegengesetzten
Enden der Welle 40 sind schwenkbar mit den unteren Enden
der Hebel 42, 44 verbunden (nur der Hebel 44 ist
in 3 eingezeichnet),
und die Hebelwellen 46, 48 (nur die Hebelwelle 48 ist
in 3 eingezeichnet)
sind an den oberen Enden der Hebel 42, 44 befestigt,
und die entgegengesetzten Enden der Welle 26 sind miteinander über die Verbindungselemente 50 bzw. 52 verbunden.
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Die
entgegengesetzten Enden mehrerer Metallfedern 54 (z.B.
Schraubenfedern) stehen in Eingriff mit der Welle 26 bzw.
der Welle 40, so dass der Zug der Metallfedern 54 zum
Anheben des oberen Rahmens 4 genutzt werden kann. Eine
(54a) der verschiedenen Metallfedern 54 steht
in Eingriff mit der Welle 26 und einem Teil des Gewichtsanpassungsmechanismus
M, so dass die Gewichtsanpassung durch Änderung der Zugkraft (Spannung)
der Metallfeder 54a erfolgen kann. Die Gewichtsanpassung wird
noch erläutert.
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Die
Trageinheit S mit der oben beschriebenen Konstruktion hat eine nichtlineare
Federcharakteristik, bei der die Federkraft einer Magnetfeder, die durch
den oberen Magneten 8 und den unteren Magneten 14 gebildet
wird, und die Federkraft der verschiedenen Metallfedern 54 kombiniert
sind. Die Trageinheit S dämpft
die Schwingungen aus einer Schwingungsquelle auf eine vorgegebene
Amplitude und setzt die gedämpften
Schwingungen über
den Verbindungsmechanismus in Mikroschwingungen um, um sie zu absorbieren.
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Bei
einer Stoßeinwirkung
oder in einem Resonanzbereich mit erhöhter Amplitude wirken Gummistopper 56, 56,
die auf den entsprechenden Seiten des unteren Rahmens 2 angeordnet
sind, und ein Gummistopper 58, der auf dem oberen Magnethalter 10 angebracht
ist, direkt über
die Federfunktion des Verbindungsmechanismus hinaus und dämpfen dadurch
den Stoß.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die Trageinheit S nicht Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist und daher nicht beschrieben wird.
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Der
erfindungsgemäße Gewichtsanpassungsmechanismus
M wird im folgenden unter Bezugnahme auf 1 bis 3 beschrieben.
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Der
Gewichtsanpassungsmechanismus M besitzt einen Betätigungshebel 66,
der an der Grundplatte 6 so angebracht ist, dass er frei
um eine Achse 60 schwenkbar ist, die über zwei Buchsen 62, 64 an der
Grundplatte 6 befestigt ist. Das obere Ende der Achse 60 ist
in eine Öffnung 68a eingeführt, die
mittig in einer Platte 68 angeordnet ist, und die Platte 68 ist mit
einem Vorsprung 6a verbunden, der an oder mit der Grundplatte 6 ausgebildet
ist. Der Betätigungshebel 66 ist
aus einem Stück
einer Eisen- oder einer Stahlplatte ausgebildet und hat einen oberen
Abschnitt 66b und einen unteren Abschnitt 66c,
die an seinem Vorderabschnitt bzw. an seinem Hinterabschnitt ausgebildet
sind, wobei dazwischen als Grenze ein gestufter Abschnitt 66a ausgebildet
ist.
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Der
Betätigungshebel 66 hat
in seinem unteren Abschnitt 66c ein rundes Loch 70 an
einer Stelle, die einen vorgegebenen Abstand zur Achse 60 hat. Ein
in das runde Loch 70 eingesetzter Bolzen 72 ist lose
in ein gekrümmtes
Führungsloch 6b eingesetzt, das
in der Grundplatte 6 ausgebildet ist, und in eine Mutter 74 geschraubt.
Wie noch näher
ausgeführt wird,
ist der Krümmungsradius
des gekrümmten
Führungslochs 6b so
gewählt,
dass er dem Drehradius des Bolzens 72 (dem Abstand zwischen
dem Bolzen 72 und der Achse 60) entspricht, weil
sich der Bolzen 72 entlang des gekrümmten Führungslochs 6b bewegt.
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In
dem Betätigungshebel 66 ist
außerdem hinter
dem runden Loch 70 ein Langloch 76 ausgebildet,
das praktisch auf der gleichen Linie verläuft wie die Achse 60.
Die Metallfeder 54a, die an ihrem einen Ende mit der Welle 26 verbunden
ist, ist an ihrem anderen Ende über
das Langloch 76 mit dem unteren Abschnitt 66c des
Betätigungshebels 66 verbunden, und
das andere Ende der Metallfeder 54a ist lose in ein Langloch 6c eingeführt, das
in der Grundplatte 6 an einer dem gekrümmten Führungsloch 6b benachbarten
Stelle ausgebildet ist.
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Am
freien Ende des Betätigungshebels 66 ist ein
Bedienknopf 78 angebracht, und ein Tragelement 82,
an dem ein Arretierungselement 80 drehbar befestigt ist,
ist an einem Zwischenabschnitt zwischen dem gestuften Abschnitt 66a und
dem Bedienknopf 78 angeschraubt. Das Arretierungselement 80 hat am
Endabschnitt zwei gegenüberliegende
V-förmige Kerben 80a, 80a.
Das Tragelement 82 hat an einem freien Ende einen umgebogenen
Abschnitt 82a, in dem ein Langloch 82b ausgebildet
ist (siehe 6 bis 9).
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Der
Betätigungshebel 66 ist
durch die Federkraft einer Schraubenfeder 84 in Richtung
des Pfeils P (1) vorgespannt,
wobei die Schraubenfeder an ihren entgegengesetzten Enden mit einem
umgebogenen Abschnitt 66d, der im oberen Abschnitt 66b in der
Nähe des
Tragelements 82 ausgebildet ist, und mit dem Vorsprung 6a der
Grundplatte 6 im Eingriff steht.
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Ein
gebogenes Führungselement 86,
das sich an der Außenkante
des gekrümmten
Führungslochs 6b nach
vorne erstreckt und einen im wesentlichen L-förmigen
Querschnitt hat, ist an die Grundplatte 6 angeschraubt.
Wie in 5 gezeigt, hat
das Führungselement 86 ein
Langloch 86b in seiner vorderen Seitenwand 86a,
das im wesentlichen die gleiche Form hat wie das Langloch 82b im
Tragelement 82. Das Führungselement 86 hat
außerdem
einen Vorsprung 86d, der an seinem Boden 86c durch
Einschneiden und Aufbiegen eines Teils des Bodens 86c gebildet
wurde. Dieser Vorsprung 86d wirkt als Stopper bzw. Anschlag.
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Es
folgt eine Beschreibung der Funktionsweise des vorstehend beschriebenen
Gewichtsanpassungsmechanismus M unter Bezugnahme auf 6 bis 9.
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In
der Entriegelungsposition, in der sich der Bolzen 72 im
hinteren Endabschnitt des gekrümmten Führungslochs 6b in
der Grundplatte 6 befindet und die Schraubenfeder 84 durch
die Federkraft der Metallfeder 54a gedehnt ist, wird die
Metallfeder 54a frei gehalten. Unter diesen Umständen hat
die Federkraft der Metallfeder 54a keinen Einfluss auf
die Hubkraft, selbst wenn der gefederte Sitz sich auf und ab bewegt.
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Wenn
der Bedienknopf 78 zur Gewichtsanpassung entgegen der Federkraft
der Metallfeder 54a nach vorn gedrückt wird (in Richtung des Pfeils Q),
wandert der Bolzen 72 entlang des gekrümmten Führungslochs 6b nach
vorn, ebenso wie sich das Verriegelungselement 80 entlang
des gekrümmten Führungselements 86 nach
vorn bewegt.
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Wie
in 6 durch eine Punkt-Strich-Linie dargestellt,
wird das Verriegelungselement 80 um einen bestimmten Winkel
in Richtung des Pfeils R gedreht, wenn eine seiner Ecken (die nachfolgend
als die erste Ecke bezeichnet wird, während die anderen Ecken im
Uhrzeigersinn als zweite, dritte und vierte Ecke gezählt werden)
in Kontakt mit dem Vorsprung 86d des Führungselements 86 gelangt,
und der Vorsprung 86d wird in den unteren Abschnitt der
V-förmigen
Kerbe 80a des Verriegelungselements 80 eingeführt, während die
dritte Ecke des Verriegelungselements 80 in das Langloch 86b in
der Seitenwand 86a des Führungselements 86 eingeführt wird.
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Wenn
der Bedienknopf 78 dann losgelassen wird, bewegt sich der
Betätigungshebel 66 durch
die Federkraft der Metallfeder 54a nach hinten (entgegen
der Richtung des Pfeils Q), wie in 7 gezeigt, und
die dritte Ecke des Verriegelungselements 80 wird in Kontakt
mit der Hinterkante 86e des Langlochs 86b gebracht,
wodurch das Verriegelungselement 80 um einen bestimmten
Winkel in Richtung des Pfeils R gedreht wird. Infolgedessen wird
die vierte Ecke des Verriegelungselements 80 in Kontakt mit
der Innenfläche
der Seitenwand 86a des Führungselements 86 gebracht
und dort gehalten. Diese Position ist die Arretierungsposition,
in der der Betätigungshebel 66 arretiert
ist.
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In
der Arretierungsposition übt
die Metallfeder 54a einen vorgegebenen Zug aus (beispielsweise
etwa 7 kg). Wenn sich der gefederte Sitz auf und ab bewegt, dient
der Zug der Metallfeder 54a als Hubkraft für den oberen
Rahmen 4, was die Gewichtsanpassung (beispielsweise etwa
25 kg) durch eine Metallfeder ermöglicht.
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Wenn
der Bedienknopf 78, wie in 8 gezeigt,
in Richtung des Pfeils Q gedrückt
wird, um den Betätigungshebel 66 zu
entriegeln, kommt eine Seitenkante des Verriegelungselements 80 in
Kontakt mit dem Vorsprung 86d, wodurch das Verriegelungselement 80 um
einen bestimmten Winkel in Richtung des Pfeils R gedreht wird.
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Wenn
der Bedienknopf 78 unter diesen Umständen losgelassen wird, wird
der Betätigungshebel 66 durch
die Zugkraft der Metallfeder 54a nach hinten bewegt (entgegen
der Richtung des Pfeils Q), wie in 9 gezeigt,
und die vierte Ecke des Verriegelungselements 80 wird mit
der Hinterkante 86e des Langlochs 86b in Kontakt
gebracht, wodurch das Verriegelungselement 80 um einen
bestimmten Winkel in Richtung des Pfeils R gedreht wird. Dadurch wird
der Eingriff des Verriegelungselements 80 mit der Seitenwand 86a des
Führungselements 86 gelöst und der
Betätigungshebel 66 durch
die Federkraft der Metallfeder 54a in die Entriegelungsposition bewegt.
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Während sich
der Betätigungshebel 66 zwischen
der Verriegelungsposition und der Entriegelungsposition bewegt,
gleitet das Ende der Metallfeder 54a, das mit dem unteren
Abschnitt 66c des Betätigungshebels 66 im
Eingriff steht, entlang des Langlochs 76 im unteren Abschnitt 66c und
entlang des Langlochs 6c in der Grundplatte 6.
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Auch
wenn die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen vollständig
beschrieben worden ist, sei hier darauf hingewiesen, dass der Fachmann
verschiedene Abwandlungsmöglichkeiten
erkennen wird. Soweit Abwandlungen nicht über den Schutzumfang der Erfindung
hinausgehen, sind sie als von der Erfindung gedeckt anzusehen, sofern
die Erfindung durch die Ansprüche
definiert bleibt.