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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugkarosseriestruktur gemäß den Merkmalen
des Oberbegriffs von Anspruch 1. Sie betrifft insbesondere die Karosseriestruktur
für das
Befestigungselement für
die Vorderrad-Aufhängung
in einem Kraftfahrzeug, dessen Nachbarbereiche in ein Gussteil aus
Leichtmetall oder dergleichen eingeformt sind.
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Die
ungeprüfte
japanische Patentveröffentlichung
(Kokai) Nr. 6-329050 offenbart eine konventionelle Karosseriestruktur
als die oben erwähnte
Karosseriestruktur, bei der das Aufhängungsbefestigungselement und
die Nachbarbereiche einstückig
in ein Leichtmetallgussteil usw. eingeformt sind.
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In
der Karosseriestruktur sind ein Aufhängungsbefestigungselement und
ein oberes Motorhaubenrandelement in ein Gussteil aus Leichtmetall wie
z.B. aus einer Aluminiumlegierung eingeformt. Beim Zusammenbauen
wird das Aufhängungsbefestigungselement
an einer Aufhängung
befestigt, die an einer Fahrzeugkarosserie aufgehängt ist,
um ein Fahrzeugrad zu tragen. Ebenso ist ein Gehäuseelement aus einem Gussteil
aus Leichtmetall wie z.B. aus Aluminiumlegierung gebildet. Beim
Zusammenbau werden das Aufhängungsbefestigungselement und
das obere Motorhaubenrandelement als ein Bauteil an dem Gehäuseelement
angeschweißt.
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Wenn
also die Fahrzeugkarosserie aus Leichtmetallgussteilen gebildet
ist, dann können
die Zahl der Komponenten und das Gewicht der Fahrzeugkarosserie
reduziert werden.
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In
der oben erwähnten
Karosseriestruktur ist das Gehäuseelement
jedoch ein anderes Element als ein Gussteil und weist immer das
Aufhängungsbefestigungselement
und das obere Motorhaubenrandelement auf. Daher musste das Gehäuseelement
auf einer Fahrzeugkarosserie-Hauptproduktionsstraße des Werks
an das Aufhängungsbefestigungselement
und das obere Motorhaubenrandelement angeschweißt werden, was das Problem
von aufwändigen
Schweißarbeiten
verursachte.
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Außerdem muss,
da das obere Motorhaubenrandelement der obigen Karosseriestruktur
so gestaltet ist, dass es nach unten offen ist (d.h. einen Querschnitt
mit der Form eines umgekehrten U), um die Biegesteifigkeit des Elementes
gegen eine auf die Aufhängung
wirkende Kraft zu gewährleisten,
nämlich
eine Aufhängungseinwirkungskraft,
die Blechdicke der das obere Motorhaubenrandelement bildenden oberen
Wand erhöht
werden. Dadurch wird die Gewichtsreduzierung der Fahrzeugkarosserie
begrenzt.
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Unter
den obigen Umständen
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Karosseriestruktur
bereitzustellen, mit der der Zusammenbau vereinfacht und darüber hinaus
das Fahrzeuggewicht verringert werden kann.
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Gemäß der Erfindung
wird die oben erwähnte
Aufgabe mit einer Struktur für
eine Fahrzeugkarosserie gelöst,
die Folgendes umfasst:
ein Aufhängungsbefestigungselement;
ein
Aufhängungsgehäuseelement
zum Aufnehmen der Aufhängung,
wobei das Aufhängungsgehäuseelement
einen mit dem Aufhängungsbefestigungselement
verbundenen oberen Teil und einen unteren Teil hat, der mit einem
Seitenelement verbunden wird, das einen unteren Rahmenbestandteil
der Fahrzeugkarosserie bildet;
ein oberes Motorhaubenrandelement,
das mit einem oberen und äußeren Teil
des Aufhängungsgehäuseelementes
verbunden ist, um so einen oberen Rahmenbestandteil der Fahrzeugkarosserie
zu bilden, wobei der obere und äußere Teil
auf der Außenseite
des Aufhängungsgehäuseelementes
in Breitenrichtung eines Fahrzeugs positioniert ist; wobei
das
Aufhängungsgehäuseelement
und das obere Motorhaubenrandelement von einem einzelnen Leichtmetallgussteil
gebildet werden; und
das obere Motorhaubenrandelement eine
obere Wand, eine untere Wand und eine vertikale Wand aufweist, die
innen in Breitenrichtung des Fahrzeugs positioniert sind, um die
obere Wand mit der unteren Wand zu verbinden, so dass ein Querschnitt
entsteht, der in Breitenrichtung des Fahrzeugs nach außen öffnet.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Perspektivansicht des allgemeinen äußeren Aussehens einer Fahrzeugkarosserie,
auf die die vorliegende Erfindung angewendet werden soll;
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2 ist
eine auseinandergezogene allgemeine Perspektivansicht einer Karosseriestruktur
gemäß einer
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;
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3 ist
eine teilgeschnittene Seitenansicht der Karosseriestruktur der ersten
Ausgestaltung in ihrem zusammengebauten Zustand;
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4 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV von 2;
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5 ist
eine Schnittansicht entlang einer Linie V-V von 2;
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6 ist
eine Schnittansicht entlang einer Linie VI-VI von 3;
und
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7 ist
eine teilgeschnittene Frontansicht des Strukturteils des Aufhängungsbefestigungselementes.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSGESTALTUNG
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Die 1 bis 7 illustrieren
eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
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1 illustriert
eine Fahrzeugkarosserie VB. In der Fahrzeugkarosserie VB hat der
vordere Abschnitt ein Paar Aufhängungsbefestigungsstrukturen S,
die auf beiden Seiten der Karosserie VB angeordnet sind. Man beachte,
dass jeweilige vordere Enden der Strukturen S mit einem Querelement 2 verbunden
sind, das in einer Breitenrichtung der Fahrzeugkarosserie VB verläuft. Man
beachte, dass die obige Richtung nachfolgend als die „Breitenrichtung
des Fahrzeugs" bezeichnet
wird.
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2 zeigt
eine Aufhängungsbefestigungsstruktur
S auf der linken Seite der Fahrzeugkarosserie VB. Wie in der Figur
gezeigt, umfasst die Aufhängungsbefestigungsstruktur
S ein Aufhängungsbefestigungselement 1,
ein oberes Motorhaubenrandelement 3 und ein Gehäuseelement 5.
Gemäß der Ausgestaltung
sind alle diese Elemente 1, 3 und 5 einheitlich
zu einem Gussteil aus Leichtmetall wie zum Beispiel aus einer Aluminiumlegierung,
Magnesiumlegierung usw. geformt.
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In
der Struktur S ist das Aufhängungsbefestigungselement 1 ein
Element, das an einer Aufhängung
SA (5) befestigt werden soll, damit ein Rad (nicht
dargestellt) die Fahrzeugkarosserie VB tragen kann.
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Somit
ist das Aufhängungsbefestigungselement 1 daran
mit einem Aufhängungsbefestigungsloch 1a für den Eingriff
der Aufhängung
SA versehen.
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Der
obere Teil (Peripherie) des Gehäuseelementes 5 ist
in das Aufhängungsbefestigungselement 1 integriert.
Das Gehäuseelement 5 ist
ferner in seinem unteren Teil mit einem Flansch 5a für eine Verbindung
mit einem Seitenelement 7 versehen, das einen unteren Rahmenbestandteil
der Fahrzeugkarosserie VB bildet. Auf der Frontseite des Gehäuseelementes 5 ist
ein Flansch 5b für
die Verbindung mit einem unteren Motorhaubenrandelement (nicht dargestellt)
ausgebildet. Auf der Rückseite
des Gehäuseelementes 5 ist
ein Flansch 5c für
eine Verbindung mit einer vorderen Säulenstruktur 9 ausgebildet.
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Das
obere Motorhaubenrandelement 3 ist mit dem oberen und äußeren (in
Breitenrichtung des Fahrzeugs) Teil des Gehäuseelementes 5 verbunden.
Das obere Motorhaubenrandelement 3 ist so ausgebildet,
dass es in einer Vorn/Hinten-Richtung des Fahrzeugs verläuft und
einen oberen Rahmenbestandteil der Fahrzeugkarosserie VB bildet.
Man beachte, dass die obige Vorn/Hinten-Richtung nachfolgend als
die „Längenrichtung
des Fahrzeugs" bezeichnet
wird.
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Das
obere Motorhaubenrandelement 3 hat eine obere Wand 3c,
eine untere Wand 3d und eine vertikale Wand 3e,
die die obere Wand 3c mit der unteren Wand 3d verbindet
und einen im Wesentlichen U-förmigen
Querschnitt hat. Die untere Wand 3d ist in der Breitenrichtung
des Fahrzeugs etwas länger
ausgebildet als die obere Wand 3c und bildet so einen Verbindungsflansch 3f für die Verbindung
mit einer nachfolgend erwähnten
Dachstruktur 11. Das hintere Ende des oberen Motorhaubenrandelementes 3 ist mit
einer hinteren Wand 3g verblockt. Die hintere Wand 3g hat
einen Verbindungsflansch 3h, der außerhalb in Breitenrichtung
des Fahrzeugs ausgebildet ist, sowie ein Paar Verbindungsflansche 3i,
die am oberen und unteren Teil der Wand 3g ausgebildet sind
und in Breitenrichtung des Fahrzeugs verlaufen. Man beachte, dass
der untere Verbindungsflansch 3i in 2 nicht
dargestellt ist. Diese Verbindungsflansche 3h, 3i haben
die Aufgabe, die Struktur S mit der vorderen Säulenstruktur 9 zu
verbinden.
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Innerhalb
des so konstruierten oberen Motorhaubenrandelementes 3 ist
eine Mehrzahl von Verstärkungsrippen 3j, 3k, 3m, 3n, 3p und 3r ausgebildet
und verläuft
in Breitenrichtung des Fahrzeugs. Jede Rippe (3j, 3k, 3m, 3n, 3p, 3r)
ist mit der oberen Wand 3c, den unteren Wand 3d und
der vertikalen Wand 3e verbunden. Die Rippe 3j ist
ferner mit der hinteren Wand 3g verbunden.
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Auch
hier bildet das mit der Unterseite der Aufhängungsbefestigungsstruktur
S verbundene Seitenelement 7 den unteren Rahmenbestandteil
der Fahrzeugkarosserie VB. Das Seitenelement 7 ist so angeordnet,
dass es in der Längenrichtung
des Fahrzeugs verläuft, ähnlich wie
das obere Motorhaubenrandelement 3. Das Seitenelement 7 besteht
aus einem Leichtmetallextrusionsteil (z.B. Aluminiumlegierung, Magnesiumlegierung)
und hat eine Struktur mit geschlossenem Profil. An der äußeren und
oberen Ecke des Seitenelementes 7 ist ein Verbindungsflansch 7a so
ausgebildet, dass er schräg
nach oben, aber in Breitenrichtung des Fahrzeugs nach innen vorsteht.
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Ferner
hat das Seitenelement 7 eine ebenso geneigte Verbindungsfläche 7b,
die so ausgebildet ist, dass sie auf den Verbindungsflansch 7a folgt.
In dieser Ausgestaltung bilden der Verbindungsflansch 7a und
die Verbindungsfläche 7b des
Seitenelementes 7 Verbindungsteile nach oben und nach unten
für die
Verbindung mit dem Gehäuseelement 5 zur
Aufnahme der Aufhängung
SA.
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Die
vordere Säulenstruktur 9 ist
an ihrer Oberseite mit einem vorderen Säuleninnenteil 9a versehen.
Auf der inneren und unteren Seite der Struktur 9 ist ein
Verbindungsflansch 9b für
die Verbindung mit dem Verbindungsflansch 5c auf der Rückseite
des Gehäuseelementes 5 der
Struktur S ausgebildet. In der senkrechten Zwischenposition der
vorderen Säulenstruktur 9 ist
eine Verbindungsaussparung 9f ausgebildet, um die Struktur 9 mit
dem oberen Motorhaubenrandelement 3 zu verbinden. Ferner
hat die vordere Säulenstruktur 9 einen
Seitenschweller 9c mit einem geschlossenen Profil, der
so ausgebildet ist, dass er in der Längenrichtung des Fahrzeugs
auf der unteren Seite der Struktur 9 verläuft. Die
Bezugsziffern 9d und 9e bezeichnen jeweilige Türbeschläge.
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Die
Dachstruktur 11 hat einen vorderen Säulenaußenteil 11a, der so
ausgebildet ist, dass er zur Außenfläche des
vorderen Säuleninnenteils 9a der Struktur 9 passt.
Der vordere Säulenaußenteil 11a bildet
ein Paneel, das vom Dach entlang einer Außenfläche einer vorderen Säule des
Fahrzeugs verläuft.
Dieser vordere Säulenaußenteil 11a ist
mit dem vorderen Säuleninnenteil 9a kombiniert
und definiert so eine Struktur mit einem geschlossenen Profil.
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Das
untere Ende des vorderen Säulenaußenteils 11a verläuft ferner
so, dass eine Verbindungswand 13 definiert wird. Die Verbindungswand 13 ist
mit einer vertikalen Wand 13a, einem oberen Flansch 13b und
einem unteren Flansch 13e versehen.
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Beim
Zusammenbauen wird der hintere Teil des oberen Motorhaubenrandelementes 3 in
die Verbindungsaussparung 9f der vorderen Säulenstruktur 9 eingefügt, und
ferner wird der Verbindungsflansch 3h von innen in der
Breitenrichtung des Fahrzeugs an die Seitenwand der vorderen Säulenstruktur 9 gelegt.
Dann wird der Verbindungsflansch 3h an die Seitenwand angeschweißt. Die
Figur zeigt zwar nur den oberen Flansch 3i, aber beide
Verbindungsflansche 3i liegen jeweils von der Frontseite
des Fahrzeugs her an der oberen und der unteren Seite der Verbindungsaussparung 9f an.
Als Nächstes
werden diese Verbindungsflansche 3i an die Bereiche um
die Aussparung 9f angeschweißt.
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Der
Verbindungsflansch 5e des Gehäuseelementes 5 wird
an den Verbindungsflansch 9b der vorderen Säulenstruktur 9 angeschweißt, während der Verbindungsflansch 5a des
Elementes 5 an den Verbindungsflansch 7a und die
Verbindungsfläche 7b des
Seitenelementes 7 angeschweißt wird. Der Verbindungsflansch 5b des
Gehäuseelementes 5 wird durch
Schweißverbindungen,
Schraubverbindungen oder dergleichen mit dem nicht dargestellten
unteren Motorhaubenrandelement vereinigt.
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Ferner
wird der vordere Säulenaußenteil 11a der
Dachstruktur 11 an den vorderen Säuleninnenteil 9a der
vorderen Säulenstruktur 9 geschweißt. Ebenso überlappt
in der Verbindungswand 13 am untersten Ende der Dachstruktur 11 die
vertikale Wand 13a am hinteren Teil der Öffnung des
oberen Motorhaubenrandelementes 3 in Breitenrichtung des
Fahrzeugs nach außen.
In diesem Zustand wird der obere Verbindungsflansch 13b auf
die obere Wand 3c des Elementes 3 zum Schweißen gelegt,
während
der untere Verbindungsflansch 13c auf den Verbindungsflansch 3f der
unteren Wand 3d des Elementes 3 zum Schweißen gelegt
wird.
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3 zeigt
eine Seitenansicht der so erhaltenen Verbindungsstruktur. Ferner
zeigt 4 eine Schnittansicht der Verbindungsstruktur
entlang einer Linie IV-IV von 2. 4 illustriert
offensichtlich die oben erwähnte
Anordnung, bei der die Auswärtsöffnung des
oberen Motorhaubenrandelementes 3 mit der vertikalen Wand 13a der
Verbindungswand 13 verschlossen wird, und der obere Verbindungsflansch 13b wird
an die obere Wand 3c des Elementes 3 geschweißt, während der
untere Verbindungsflansch 13c an den Verbindungsflansch 3f der
unteren Wand 3d des Elementes 3 geschweißt wird.
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Wie
in 5 gezeigt, wird die Aufhängung SA an dem Aufhängungsbefestigungselement 1 entlang
einer Befestigungsachse 15 befestigt, die schräg zur Breitenrichtung
des Fahrzeugs verläuft. Somit
ist auch das Aufhängungsbefestigungselement 1 geneigt,
so dass es im Wesentlichen lotrecht zur Befestigungsachse 15 ist.
Das Aufhängungsbefestigungselement 1 und
eine obere Innenwand 5d des Gehäuseelementes 5 sind
dicker ausgebildet als eine untere Innenwand 5e desselben
Elementes 5. Außerdem
sind das obere Motorhaubenrandelement 3 und das Seitenelement 7 in
ihrer Eigenschaft als Rahmenelement der Fahrzeugkarosserie etwas
dicker ausgebildet als die untere Wand 5e.
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Die
vertikale Wand 3e des oberen Motorhaubenrandelementes 3,
die obere und die untere Wand 5d, 5e des Gehäuseelementes 5 und
der Verbindungsflansch 7a und die Verbindungsfläche 7b des Seitenelementes 7 sind
alle so geneigt, dass sie im Wesentlichen parallel zur Befestigungsachse 15 der Aufhängung SA
verlaufen.
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Ferner
ist das obere Aufhängungsbefestigungselement 1 mit
einer Ergänzungsrippe 17a versehen,
die zwischen einer unteren Wand 1b und der vertikalen Wand 3e des
oberen Motorhaubenrandelementes 3 verläuft. Die Rippe 17a befindet
sich auf der vertikalen Wand 3e des oberen Motorhaubenrandelementes 3 neben
der Rippe 3m im Element 3. In der Breitenrichtung des Fahrzeugs
ist die Ergänzungsrippe 17a auch
so positioniert, dass sie die Rippe 3m teilweise überlappt.
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Wie
in 6 als Querschnittsansicht entlang einer Linie
VI-VI von 3 dargestellt ist, ist die Ergänzungsrippe 17a im
Wesentlichen in der Mitte des Gehäuseelementes 5 in
der Längenrichtung
des Fahrzeugs positioniert. Ferner sind in dem Gehäuseelement 5 Ergänzungsrippen 17b, 17e gemäß der Verbindungsform ähnlich der
Ergänzungsrippe 17a ausgebildet.
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Da
die Ergänzungsrippe 17b jedoch
eine Dicke hat, die größer ist
als die der oberen Wand 5d des Gehäuseelementes 5, ist
sie einstückig
mit der oberen Wand 5d des Elementes 5 ausgebildet.
Andererseits ist jede Ergänzungsrippe 17c so
gebildet, dass sie schräg
an der Ecke zwischen jeder Ergänzungsrippe 17b und
der vertikalen Wand 3e des oberen Motorhaubenrandelementes 3 vorsteht.
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Beim
Betrieb ist es möglich,
wenn eine Eingangskraft F durch die Aufhängung SA wie in den 3 und 5 gezeigt
auf das Aufhängungsbefestigungselement 1 übertragen
wird, eine Gegenebenenverformung des Elementes 1 aufgrund
seiner verdickten Struktur zu beschränken.
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Aufgrund
der Anwesenheit der oberen und unteren Wände 3c und 3d kann
das obere Motorhaubenrandelement 3 seine hohe Biegesteifigkeit
aufweisen, und somit ist es möglich
zu verhindern, dass das Element 3 durch ein Biegemoment
M1 auf der Basis der Eingangskraft F verformt wird. Darüber hinaus
kann, wenn die obere und die untere Wand 3c, 3d jeweils
dicker ausgebildet sind als die vertikale Wand 3e, die
Biegesteifigkeit nach Gewicht weiter erhöht werden, wodurch die durch
das Moment M1 verursachte Verformung des Elementes 3 beschränkt wird.
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Auch
hier hat das Seitenelement 7 wieder den Verbindungsflansch 7a und
die Verbindungsfläche 7b,
die beide an den Verbindungsflansch 5a des Gehäuseelementes 5 angeschweißt sind.
Demzufolge kann die zwischen dem Gleitelement 7 und dem Gehäuseelement 5 erzielte
Schweißfestigkeit
eine Kraft fs aufnehmen, die von der obigen Eingangskraft F abgeleitet
ist, die auf die Aufhängung
SA mit einer hohen Scherkraft ausgeübt wird, so dass die Last sicher übertragen
wird.
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In
Bezug auf ein Moment Ms von 5, da der
Ebenenkontakt mit einer oberen Ecke 7c als die Mitte zwischen
dem Verbindungsflansch 5a und dem Verbindungsflansch 7a oder
der Verbindungsfläche 7b sichergestellt
wird, ist es möglich,
die Kraft vom Gehäuseelement 5 sicher
auf das Seitenelement 7 zu übertragen, so dass eine sichere
Lastübertragung gewährleistet
ist.
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Auf
diese Weise kann die von der Aufhängung SA eingegebene Eingangskraft
F durch das Seitenelement 7 und das obere Motorhaubenrandelement 3 effektiv
auf die Dachstruktur 11 und auch auf die vordere Säulenstruktur 9 übertragen
werden. Demzufolge ist es möglich,
eine Gewichtsreduzierung zu erzielen, ohne die Blechdicke zu erhöhen.
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Außerdem ist
es aufgrund der Anwesenheit des oberen Motorhaubenrandelementes 3 mit
den Rippen 3j, 3k, 3m, 3n, 3p und 3r möglich, die
Profilverformung des Elementes 3 zu beschränken, z.B. Winkelveränderungen
in den Wänden 3c, 3d, 3e,
die in dem durch die Eingangskraft F verursachte Verzerrungselement
entstehen, so dass diese noch sicherer auf die Dachstruktur 11 und
auch die vordere Säulenstruktur 9 übertragen
werden kann.
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Auch
hier kann wieder, da die vertikale Wand 3e des oberen Motorhaubenrandelementes 3 im
Wesentlichen parallel zur Befestigungsachse 15 der Aufhängung SA
verläuft,
die Aufhängungseingangskraft F
in der Ebene der vertikalen Wand 3e des oberen Motorhaubenrandelementes 3 aufgenommen
werden, so dass die Kraft effektiv auf die Wände 3c, 3d übertragen
wird. Mit anderen Worten, das obere Motorhaubenrandelement 3 kann
als „Biegesteifigkeits"-Element genutzt
werden, so dass die Last sicherer übertragen wird.
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Ferner
kann, da die obere und die untere Wand 5d, 5e des
Gehäuseelementes 5 im
Wesentlichen parallel zur Befestigungsachse 15 der Aufhängung SA
verlaufen, die Aufhängungseingangskraft
F vom Gehäuseelement 5 als
eine Kraft innerhalb der Ebene aufgenommen werden, die auf ihren
gesamten Profilbereich wirkt, so dass die Last sicher auf das Seitenelement 7 übertragen
werden kann.
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Da
die Auswärtsöffnung des
oberen Motorhaubenrandelementes 3 mit der Verbindungswand 13 der
Dachstruktur 11 verschlossen wird, kann auch die Profilverformung
des Elementes 3 beschränkt werden,
wie z.B. Winkelveränderungen
in den Wänden 3c, 3d, 3e,
die durch die von der Eingangskraft F verursachte Verzerrung des
Elementes entstehen. Somit kann die Kraft F sicherer auf die Dachstruktur 11 und
auch auf die vordere Säulenstruktur 9 übertragen
werden.
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Da
die Ergänzungsrippen 17a, 17b, 17c mit den
Rippen 3k, 3m, 3n, 3p durch
die vertikale Wand 3e des Elementes 3 verbunden
sind, kann die Winkelveränderung
zwischen dem Aufhängungsbefestigungselement 1 und
dem oberen Motorhaubenrandelement 3 aufgrund der Aufhängungseingangskraft
F beschränkt
werden, und die Kraft in der gleichen Ebene, die auf das Gehäuseelement 5 wirkt,
kann effektiv in ein Biegen des oberen Motorhaubenrandelementes 3 umgesetzt
werden, so dass die Last sicherer auf die Dachstruktur 11 und
auch auf die vordere Säulenstruktur 9 übertragen
werden kann.
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Auch
hier kann, da das Aufhängungsbefestigungselement 1,
das obere Motorhaubenrandelement 3 und das Gehäuseelement 5 als
ein Bauteil ausgebildet sind, die Zahl der Komponenten reduziert
werden, was die Montagearbeit in der Hauptproduktionsstraße erleichtert.
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Der
gesamte Inhalt der japanischen Patentanmeldung Nr. 11-264514 (eingereicht
am 17. September 1999) ist hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen.
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Der
Umfang der Erfindung ist durch die nachfolgenden Ansprüche definiert.