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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen kombinierten Ölring zur Ölkontrolle,
der in Kolben installiert ist, die in Verbrennungsmotoren und Kompressoren
eingebaut sind.
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Der
unten beschriebene, zweiteilige kombinierte Ölring ist in der Technologie
des Standes der Technik mit einem an der Innenumfangsseite des Ölringes
befestigten Spreizmittel bekannt, um den Kontaktdruck an den Ölringgleitflächen zu
erhöhen
und das Ölabstreifverhalten
zu verbessern.
- (1) Ein kombinierter Ölring ist
wie folgt aufgebaut: in der Innenumfangsfläche eines Ölringes 1A ist eine
Nut 13A ausgebildet, und ein aus Stahldraht ausgebildetes
Wickelspreizmittel 2A, das in Spulenform gewickelt ist,
ist in der Nut 13A aufgenommen (siehe 4A und 4B).
Diese Art des kombinierten Ölringes
wird generell als zweistückiger
kombinierter Ölring
verwendet.
- (2) Bei einem anderen kombinierten Ölring (siehe japanische Patentveröffentlichung
Nr. 62-8673), ist in der Innenumfangsfläche eines Ölringes eine Nut ausgebildet,
ein im Querschnitt U-förmiges Spreizmittel
ist in der Nut eingebaut, und die Schenkel des U-förmigen Querschnittes
stellen den Druckkontakt mit der Ölringnut her.
- (3) Bei noch einem anderen kombinierten Ölring (siehe japanische Gebrauchsmusterveröffentlichung
Nr. 47-31927) ist eine Nut in der Innenumfangsfläche eines Ölringes ausgebildet, ein Spreizmittel
mit einem U-förmigen
oder V-förmigen (um
90 Grad gedreht) oder halbkreisförmigen Querschnitt
ist in der Nut eingebaut, und ein nach außen ragendes Teil des Spreizmittelquerschnittes
stellt den Druckkontakt mit der Ölringnut
her.
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US 4210338 offenbart einen
Kolbenring gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1, umfassend ein gewelltes, sich ausdehnendes Element,
das in einer Nut in der Innenfläche
des Kolbenringes angeordnet ist.
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Vor
kurzem wurden wachsende Anforderungen gestellt, Kolben leichtgewichtiger
zu machen und Kolbenringe mit einem kleineren Axialmaß herzustellen,
um in Bezug auf verringerte Reibung und verringerten Schmierölverbrauch
in Automotoren höhere Leistung
zu erreichen. Ölringe
haben insbesondere ein Spreizmittel, das in ihrer Innenumfangsseite
eingebaut ist, um ausreichende Spannung an der Zylinderbohrung aufrecht
zu erhalten, so dass Ölringe
im Vergleich mit Kompressionsringen eine größere axiale Breite von 3,0
bis 4,0 mm haben und somit ein kleineres Axialmaß erfordern.
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Bei
dem zweistückigen
kombinierten Ölring mit
einem Wickelspreizmittel oder einem im Querschnitt U-förmigen Spreizmittel
gemäß Stand
der Technik ist es schwierig, das Spreizmittel im Axialmaß kleiner
zu machen. Auch wenn es axial kleiner gemacht wird, ist eine ausreichende
Spannung schwer zu erreichen. Das Axialmaß von Ölringen, die solche Spreizmittel
verwenden, ist auf ungefähr
2,0 mm für Ölringe mit
Wickelspreizmitteln und ungefähr 2,5
mm für Ölringe mit
im Querschnitt U-förmigen Spreizmitteln
begrenzt.
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In
Anbetracht der Sachlage des betreffenden Standes der Technik ist
es deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen zweistückigen kombinierten Ölring vorzusehen,
der im Axialmaß kleiner
ist und ausgezeichnetes Ölabstreifverhalten
besitzt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein kombinierter Ölring
gemäß Anspruch
1 vorgesehen.
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Des
Weiteren wird ein zweistückiger
kombinierter Ölring
offenbart, umfassend einen Ölring
und ein Spreizmittel, das in einer an der Innenumfangsfläche des Ölringes
ausgebildeten Nut eingebaut ist, um den Ölring radial nach außen zu drücken, wobei
das Spreizmittel aus ringförmigem
Breitbandmaterial ausgebildet ist, das in Axialrichtung gewellt
ist.
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Das
Spreizmittel ist aus ringförmigem
Breitbandmaterial ausgebildet, das in der Axialrichtung gewellt
ist, so dass das Spreizmittel, selbst wenn es axial kleiner gemacht
wird, immer noch ausreichende Federkraft besitzt und in der Lage
ist, eine hohe Spannkraft zu erreichen. Ein Ölring mit einem kleineren Axialmaß ist zum
Verrir gern der Kolbenlänge nützlich und
macht den Kolben leichter und kompakter. Das Verringern des Axialmaßes erhöht auch
die Ringflexibilität,
verbessert die Konformität
mit der Zylinderboh rung und verringert den Schmierölverbrauch.
Selbst bei der Ausführung
mit kleinerem Axialmaß kann
durch das axial gewellte Spreizmittel eine hohe Spannkraft erreicht
werden, so dass der Schmierölverbrauch
noch weiter reduziert werden kann. Das Spreizmittel ist in der Ölringnut
eingebaut, so dass die Bewegung des Spreizmittels begrenzt ist und
ein Bruch verhindert wird.
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Es
gibt keine speziellen Beschränkungen
für den
Querschnitt der an der Innenumfangsfläche des Ölringes ausgebildeten Nut,
die Nut kann jedoch zum Beispiel in einem rechteckigen oder trapezförmigen Querschnitt
ausgebildet sein. Das Spreizmittel stellt mit dem Boden der Ölringnut
Druckkontakt her, um eine Spannung zu erreichen, die stabil und
ohne Veränderungen
ist.
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Der
Krümmungsradius
an der Ecke des Spreizmittels, die gegenüber der Ecke am Boden der Nut
liegt, ist größer als
der Krümmungsradius
der Ecke am Boden der in der Innenumfangsfläche des Ölringes ausgebildeten Nut.
Der größere Krümmungsradius
dient dem Spreizmittel dazu, den Druckkontakt mit dem Boden der Ölringnut
stabil zu machen.
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Die
axiale Breite des Ölringes
beträgt
vorzugsweise 1,0 bis 3,0 mm, und noch bevorzugter 1,0 bis 2,0 mm,
um ein kleineres Axialmaß zu
erreichen.
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Der
Krümmungsradius
der Ecke am Boden der in der Innenumfangsfläche des Ölringes ausgebildeten Nut und
der Krümmungsradius
der entsprechenden gegenüberliegenden
Ecke des Spreizmittels beträgt
vorzugsweise jeweils 0,1 bis 1,0 mm, um den Ölring mit einem kleineren Axialmaß zu erhalten.
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Wenn
der Querschnitt der Nut des Ölringes zum
Beispiel ein rechteckiger Querschnitt ist, sind die oberen und unteren
Flächen
der Nut vorzugsweise horizontal ausgebildet, und die entsprechenden
gegenüberliegenden
oberen und unteren Flächenabschnitte
des Spreizmittels sind vorzugsweise ebenfalls horizontal ausgebildet.
Wenn der Querschnitt der Nut des Ölringes zum Beispiel ein trapezförmiger Querschnitt
ist, sind die oberen und unteren Flächen der Nut vorzugsweise als
konische Flächen
ausgebildet, die sich zum Innenumfang hin erweitern, und die entsprechenden
gegenüberliegenden
oberen und unteren Flächenabschnitte
des Spreizmittels sind vorzugsweise ebenfalls als konische Flächen ausgebildet,
die sich zum Innenumfang hin erweitern. Das Ausbil den der oberen
und unteren Flächen
als konische Flächen
auf diese Art und Weise wurde entworfen, um die Stärke des
oberen Abschnittes und des unteren Abschnittes der Ölringnut
zu erhöhen.
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Der Ölring hat
normalerweise einen oder zwei Führungen,
die die Außenumfangsgleitflächen bilden.
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Vorzugsweise
ist der Ölring
nitriert oder mit einer nach dem Nitrieren physikalisch aufgedampften Schicht
an den Außenumfangsgleitflächen ausgebildet.
Das Spreizmittel ist vorzugsweise auch nitriert oder wird einem
stromlosen Vernickeln oder Verchromen ausgesetzt. Die obigen Oberflächenbehandlungen
verbessern die Verschleißfestigkeit
und erhalten außerdem
eine zufriedenstellende Leistung beim Schmierölverbrauch usw. für einen
langen Zeitraum aufrecht. Das Ausführen der Wärmebehandlung, wie zum Beispiel
Nitrieren, verhindert einen Spannungsabfall infolge steigender Temperaturen
während
des Motorbetriebes.
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Der
Unterschied im Durchmesser (Rundheit) des Spannmittels zwischen
der Richtung der Stirnflächen
und der zu den Stirnflächen
rechtwinkligen Richtung liegt vorzugsweise innerhalb von 5mm. Die obige
Rundheit ermöglicht
den dichten Sitz des Spreizmittels in der Ölringnut und verhindert Probleme,
wie zum Beispiel das Abrutschen oder Feststecken infolge des Hervorstehens
des Spreizmittels aus der Nut, während
des Einbaus in den Kolben oder des Einsetzens in den Zylinder.
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Die
oben genannten und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und den
beigefügten
Zeichnungen offensichtlicher.
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1A ist
eine perspektivische Ansicht, die einen Teil des Spreizmittels einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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1B ist
ein Längsschnitt
des kombinierten Ölringes,
der eine bevorzugte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 ist
ein Längsschnitt
des kombinierten Ölringes,
der eine andere bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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3 ist
ein Diagramm, das die Ergebnisse des Schmierölverbrauchstests zeigt.
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4A ist
ein Längsschnitt
des kombinierten Ölringes
gemäß Stand
der Technik.
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4B ist
ein Längsschnitt
eines anderen kombinierten Ölringes
gemäß Stand
der Technik.
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Unter
Bezugnahme auf die 1A und 1B wird
zunächst
die erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erläutert.
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Ein
kombinierter Ölring
ist ein zweistückiger Ring,
der aus einem Stahlölring 1 und
einem axial gewellten Spreizmittel 2 gebildet wird.
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Der Ölring 1 hat
einen generell I-förmigen Querschnitt
und hat Stirnenden. Der Ölring 1 wird
aus oberen und unteren Führungen 3 und 4 und
einem geraden Steg 5 gebildet, der die Führungen 3 und 4 verbindet.
In dem Steg 5 sind keine Öllöcher zum Austretenlassen von Öl ausgebildet.
Die Außenumfangsflächen von äußeren Führungsteilen 6 und 7, die
in die Außenumfangsseite
an den oberen und unteren Führungen 3 und 4 hinein
ragen, sind mit Gleitflächen 8 und 9 ausgebildet,
die Kontakt mit der Zylinderwandfläche herstellen. Ein Zwischenraum 10 zwischen
den äußeren Führungsteilen 6 und 7 bilden einen
Aufnahmeabschnitt für
das durch die äußeren Führungsteile 6 und 7 von
den Zylinderwandflächen abgestreifte
Schmieröl.
Als Material für
den Ölring 1 wird
Stahl (zum Beispiel rostfreier Stahl oder Stahl mit geringem Chromgehalt
usw.) verwendet, und eine Oberflächenbehandlung
(wie zum Beispiel Nitrieren oder Ausbilden einer physikalisch aufgedampften
Schicht an den Außenumfangsgleitflächen nach dem
Nitrieren) wird durchgeführt.
Die Axialbreite des Ölringes
beträgt
1 bis 1,5 mm.
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Durch
den Steg 5 und die Innenführungsteile 11 und 12,
die in die Innenumfangsseite an den oberen und unteren Führungen 3 und 4 hinein
ragen, ist eine Spreizmitteleinbaunut 13 ausgebildet. Die Spreizmitteleinbaunut 13 hat
einen rechteckförmigen Querschnitt
und wird durch horizontale obere und untere Flächen 14 und 15 und
eine senkrechte Bodenfläche 16 gebildet.
Das Spreizmittel 2 ist in der Spreizmitteleinbaunut 13 eingebaut.
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Das
Spreizmittel 2 hat Stirnenden und ist aus ringförmigem Breitbandmaterial
gebildet, das in der Axialrichtung gewellt ist. Das Spreizmittel 2 wird
aus horizontalen oberen und unteren Teilen 17 und 18, die
in Abständen
in der Axialrichtung angeordnet und abwechselnd am Umfang entlang
ausgebildet sind, und ein Verbindungsteil 19 gebildet,
das die benachbarten Enden des oberen Teils 17 und des
unteren Teils 18 verbindet. Das Spreizmittel 2 wird
durch Formgebung eines Breitbandmaterials mit rechteckigem Querschnitt
in eine gewellte Form in Richtung der Breitbanddicke gebracht und
weiter in einer Ringform ausgebildet. Die oberen und unteren Flächen 20 und 21 des
Spreizmittels 2, die in der Spreizmitteleinbaunut 13 des Ölringes 1 eingebaut
sind, bilden deshalb eine horizontale Fläche, und die Außenumfangsfläche 22,
die Druckkontakt mit der Bodenfläche 16 der
Spreizmitteleinbaunut 13 des Ölringes 1 herstellt,
bildet eine senkrechte Fläche.
Stahl (zum Beispiel Kohlenstoffwerkzeugstahl, Federstahl, rostfreier
Stahl oder Chromstahl, usw.) wird als Material für das Spreizmittel 2 verwendet,
und eine Oberflächenbehandlung
(wie zum Beispiel Nitrieren oder stromloses Vernickeln oder Verchromen)
wird durchgeführt.
Es kann auch ein Spreizmittel ohne Oberflächenbehandlung verwendet werden.
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Die
durch die oberen und unteren Flächen 14 und 15 und
die Bodenfläche 16 der
Spreizmitteleinbaunut 13 des Ölringes 1 ausgebildeten
Ecken haben einen Krümmungsradius
von 0,2 mm. Die entsprechenden gegenüberliegenden Ecken des Spreizmittels 2,
oder mit anderen Worten, die durch die oberen und unteren Flächen 20 und 21 und
die Außenumfangsfläche 22 des
Spreizmittels 2 gebildeten Ecken, haben einen Krümmungsradius
von 0,3 mm. Der Krümmungsradius
der Ecke des Spreizmittels 2 kann in einem Verfahren zum
Formgeben des Drahtmaterials ausgebildet werden oder kann durch maschinelle
Bearbeitung ausgebildet werden.
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Deshalb
erzeugt das in der Spreizmitteleinbaunut 13 des Ölringes 1 eingebaute
Spreizmittel 2 eine sich radial nach außen ausbreitende Kraft, die durch
Zusammendrücken
am Außenumfang
bewirkt wird, und die Gleitflächen 8 und 9 des Ölringes 1 werden
durch den Druck der Außenumfangsfläche 22 des
Spreizmittels 2 auf die Bodenfläche 16 der Spreizmitteleinbaunut 13 in
Druckkontakt mit der Zylinderwandfläche gebracht.
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Das
Spreizmittel 2 ist aus ringförmigem Breitbandmaterial gebildet,
das in Axialrichtung gewellt ist, so dass, selbst wenn es im Axialmaß kleiner
hergestellt ist, ausreichende Federkraft erhalten und eine hohe
Spannung erzeugt werden kann. Das Kleinermachen des Axialmaßes erhöht außerdem die Flexibilität des Ringes,
verbessert die Konformität mit der
Zylinderbohrung und verringert den Verbrauch von Schmieröl. Selbst
mit kleinerem Axialmaß kann eine
hohe Spannung durch das axial gewellte Spreizmittel 2 erreicht
werden, so dass der Verbrauch von Schmieröl noch weiter reduziert werden
kann. Das Spreizmittel 2 ist in der Spreizmitteleinbaunut 13 des Ölringes 1 eingebaut,
so dass deshalb die Bewegung des Spreizmittels 2 begrenzt
ist und Bruch verhindert wird. Das Spreizmittel 2 stellt
mit der Bodenfläche 16 der
Spreizmitteleinbaunut 13 Druckkontakt her, so dass eine
konstante Spannung ohne Schwankungen erhalten werden kann.
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In 2 ist
eine Ansicht der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die zweite Ausführungsform
unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in der Querschnittsform
der in dem Ölring
ausgebildeten Spreizmitteleinbaunut und der Querschnittsform des
Breitbandmaterials, das das Spreizmittel bildet. Der sonstige Aufbau
ist der gleiche wie bei der ersten Ausführungsform. Nachfolgend werden
nur die von der ersten Ausführungsform
abweichenden Punkte erläutert.
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Genauer
gesagt ist der Querschnitt der an der Innenumfangsfläche des Ölringes 1 ausgebildeten
Spreizmitteleinbaunut 13 in der zweiten Ausführungsform
trapezförmig
ausgebildet. Die Spreizmitteleinbaunut 13 ist aus den oberen
und unteren Flächen 14 und 15,
die eine konische Oberfläche
bilden, die sich zum Innenumfang hin aufweitet, und aus der Bodenfläche 16 ausgebildet,
die eine senkrechte Fläche
bildet.
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Das
das Spreizmittel 2 bildende Breitbandmaterial hat auf der
anderen Seite einen Querschnitt, der im Wesentlichen einer Diamantform
entspricht. Dieser im Wesentlichen diamantförmige Querschnitt hat eine
Querschnittsform, in der beide Enden in einer sich seitlich verlängernden
Diamantform in einer Richtung senkrecht zu einer horizontalen Diagonale geschnitten
sind, und die geschnittenen Flächen
eine senkrechte Ebene bilden. Das Spreizmittel 2 der zweiten
Ausführungsform
hat außerdem
eine gewellte Form in Richtung der Breitbandmaterialdicke des diamantquerschnittsförmigen Breitbandmateriales gleich
der ersten Ausführungsform,
und. ist in einer Ringform ausgebildet, so dass die oberen und unteren
Flächen 20 und 21 des
Spreizmittels 2 aus den konischen Flächen 20a und 21a gebildet
werden, die sich von dem Außenumfangsende
zum Innenumfang aufweiten, und den konischen Flächen 20b und 21b, die
sich vom Innenumfangsende der konischen Flächen 20a und 21a zum
Innenumfang zusammenziehen, und die Außenumfangsfläche 22,
die Druckkontakt mit der Bodenfläche 16 der
Spreiz mitteleinbaunut 13 des Ölringes 1 herstellt,
bildet eine senkrechte Fläche.
An den oberen und unteren Flächen 20 und 21 kann
der Kegelwinkel der konischen Flächen 20a und 21a,
der sich zum Innenumfang hin aufweiten, in dem gleichen oder einem
kleineren Winkel als der Kegelwinkel der oberen und unteren Flächen 14 und 15 der
Spreizmitteleinbaunut 13 ausgebildet sein. Der Kegelwinkel
gegen die Horizontalebene der oberen und unteren Flächen 14 und 15 der Spreizmitteleinbaunut 13 kann
zum Beispiel auf 10 Grad festgelegt sein, und der Kegelwinkel der
entsprechenden gegenüberliegenden
konischen Flächen 20a und 21a an
den oberen und unteren Flächen 20 und 21 des
Spreizmittels 2 kann ebenfalls auf 10 Grad festgelegt sein.
Die durch die Bodenfläche 16 und
die oberen und unteren Flächen 14 und 15 der
Spreizmitteleinbaunut 13 des Ölringes 1 gebildeten
Ecken haben einen Kurvenradius von 0,2 mm. Die entsprechenden gegenüberliegenden
Ecken des Spreizmittels 2, oder mit anderen Worten, die
durch die oberen und unteren Flächen 20 und 21 und
die Außenumfangsfläche 22 des
Spreizmittels 2 gebildeten Ecken haben einen Kurvenradius
von 0,3 mm.
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Deshalb
erzeugt das in der Spreizmitteleinbaunut 13 des Ölringes 1 eingebaute
Spreizmittel 2 wie in der ersten Ausführungsform eine sich radial nach
außen
ausbreitende Kraft infolge des Zusammendrückens am Außenrand, und die Gleitflächen 8 und 9 des Ölringes 1 werden
durch die Außenumfangsfläche 22 des
Spreizmittels 2, die Druckkontakt an der Bodenfläche 16 der
Spreizmitteleinbaunut 13 herstellt, mit der Zylinderwandfläche in Druckkontakt gebracht.
Dann sind die konischen Flächen 20a und 21a,
die sich an den oberen und unteren Flächen 20 und 21 des
Spreizmittels 2 zum Innenumfang hin aufweiten, in der Spreizmitteleinbaunut 13 des Ölringes 1 angeordnet,
und die Außenumfangsfläche 22 stellt Druckkontakt
mit der Bodenfläche 16 der
Spreizmitteleinbaunut 13 her. Die konische Form der oberen und
unteren Flächen 14 und 15 der
Spreizmitteleinbaunut 13 des Ölringes 1 und die
konische Form an den entsprechenden gegenüberliegenden oberen und unteren
Flächen 20 und 21 (konische
Flächen 20a und 21a)
des Spreizmittels 2 sind dazu bestimmt, die Stärke des
Bodenabschnittes der Innenführungsteile 11 und 12 zu
erhöhen,
die in die Innenumfangsseite des Ölringes 1 hervorstehen.
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Die
in den ersten und zweiten Ausführungsformen
angegebenen Beispiele hatten keine Ölaustrittslöcher im Steg 5 des Ölringes 1.
Aber selbstverständlich
können Ölaustrittslöcher in
dem Steg 5 ausgebildet sein. Ob Ölaustrittslöcher in dem Steg 5 ausgebildet werden
oder nicht, sollte unter Berücksichtigung
von solchen Faktoren wie das Axialmaß des Ringes entschieden werden.
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Nachfolgend
wird als nächstes
der Test zum Messen des Ölverbrauches
bei Anwendung eines 1,5 Liter Dieselmotors beschrieben.
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Der
in dem Test verwendete kombinierte Ölring ist wie folgt.
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[Vergleichsbeispiel 1
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- Axialmaß des
Ringes: 3,0 mm
- Spreizmittel: Wickelspreizmittel
- Spreizmittelspannkraft: 12 N
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[Vergleichsbeispiel 2]
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- Axialmaß des
Ringes: 2,0 mm
- Spreizmittel: Wickelspreizmittel
- Spreizmittelspannkraft: 12 N
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[Ausführungsform 1]
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- Axialmaß des
Ringes: 2,0 mm
- Spreizmittel: in der ersten Ausführungsform beschriebenes, axial
gewelltes Spreizmittel
- Spreizmittelspannkraft: 15 N
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[Ausführungsform 2]
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- Axialmaß des
Ringes: 1,5 mm
- Spreizmittel: in der ersten Ausführungsform beschriebenes, axial
gewelltes Spreizmittel
- Spreizmittelspannkraft: 12 N
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Die
Testresultate sind wie in 3 gezeigt.
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Verglichen
mit dem Vergleichsbeispiel 1 wurde der Ölverbrauch in dem Vergleichsbeispiel
2 infolge des Effektes des geringeren Axialmaßes als geringer ermittelt.
Es gibt jedoch eine Grenze für
das Reduzieren des Axialmaßes
und Erhöhen
der Spannkraft in dem kombinierten Ölring mit einem Wickelspreizmittel
nach dem Stand der Technik. Deshalb kann eine weitere Verbesserung
im Ölverbrauchsverhalten
nicht erwartet wer den. Im Gegensatz dazu ist aus den Ergebnissen
für die
erste Ausführungsform aufgrund
des Axialmaßes
des Ringes von 2,0 mm und einer erhöhten Spannkraft bei dem erfindungsgemäßen kombinierten Ölring ein
reduzierter Ölverbrauch
ersichtlich. Des Weiteren kann ein verringerter Ölverbrauch in der zweiten Ausführungsform durch
Verringern des Axialmaßes
des Ringes auf 1,5 mm ohne Erhöhen
der Spannkraft erreicht werden.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben
wurde, ist offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung nicht
auf die zuvor genannten bevorzugten Ausführungsformen beschränkt ist,
sondern verschiedene Modifikationen ohne Abweichen von ihrem Schutzumfang
erreicht werden können.