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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Gebiet
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lenkvorrichtung mit
variablem Übersetzungsverhältnis und
insbesondere auf eine Lenkvorrichtung mit variablem Übersetzungsverhältnis, die
eine lineare Verschiebung einer Zahnstange basierend auf der Drehung
eines Lenkrads entsprechend der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs
verändern
kann.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Im
Allgemeinen ist eine Lenkvorrichtung eines Fahrzeugs in der Weise
konstruiert, dass eine lineare Verschiebung einer Zahnstange gleich
bleibend erzeugt wird, wenn ein Fahrer ein Lenkrad dreht. Die so
erzeugte lineare Verschiebung wird in 40 mm/U ausgedrückt. Das Übersetzungsverhältnis beeinflusst
die Eigenschaften des Lenkvorgangs des Fahrzeugs.
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine herkömmliche Lenkvorrichtung veranschaulicht. Wie
darin gezeigt ist, umfasst die herkömmliche Lenkvorrichtung ein
Lenkrad 10, das auf der Grundlage einer Betätigung durch
den Fahrer eine Lenkkraft erzeugt, eine Säule 20, die mit seinem
unteren Abschnitt verbunden ist, ein Universalgelenk 30,
das mit dem unteren Abschnitt der Säule 20 verbunden ist,
und ein Getriebe 40, das unter ihm installiert ist.
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2 ist
eine Vorderansicht, die das Getriebe veranschaulicht, und 3 ist
eine Querschnittsansicht desselben. Wie darin gezeigt ist, ist ein
Gehäuse 41 vorgesehen,
das die Außenkonstruktion des
Getriebes 40 bildet.
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Außerdem ist
in dem Gehäuse 41 eine
Eingangshohlwelle 42 herausragend installiert, die eine durch
die Lenkkraft erzeugte Lenkkraft aufnimmt.
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Ein
Ritzel 43 ist einteilig am unteren Abschnitt der Eingangswelle 42 vorgesehen.
Eine Zahnstange 44 mit einer Zahnung 45 auf einer
Seite von ihr, die auf der Grundlage eines Eingriffs mit dem Ritzel 43 linear
bewegt wird, ist im unteren Abschnitt des Gehäuses 41 installiert.
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Gleichzeitig
wird die Zahnstange 44 über
die Zahnung 45 axial verschoben, wobei ein Kugelgelenk 50,
das mit dem Lenkelement 60 verbunden ist, an beiden Enden
der Zahnstange 44 installiert ist.
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In
der so konstruierten herkömmlichen
Lenkvorrichtung wird die Eingangswelle 42 gedreht, wenn ein
Fahrer das Lenkrad 10 dreht, wobei die Zahnstange 44 auf
der Grundlage des Übersetzungsverhältnisses,
das bestimmt wird, wenn das Fahrzeug konstruiert wird, linear betätigt wird
und das Lenkelement 60 winkelförmig betätigt.
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Da
in der herkömmlichen
Lenkvorrichtung unabhängig
davon, ob sie bei niedriger Geschwindigkeit oder bei hoher Geschwindigkeit
betätigt
wird, ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis gleich
bleibend erzeugt wird, bleibt auch die Weglänge der Bewegung der Zahnstange
basierend auf der Drehung der Eingangswelle gleich.
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Deshalb
ist es unmöglich,
eine große
Bewegung der Zahnstange durch Drehen des Lenkrads um einen kleinen
Betrag bei einer Betätigung
bei niedriger Geschwindigkeit zu erzeugen bzw. eine kleine Bewegung
der Zahnstange durch Drehen der Lenkung um einen großen Betrag
bei einer Betätigung
bei hoher Geschwindigkeit zu erzeugen.
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Das
heißt,
die herkömmliche
Lenkvorrichtung ist auf der Grundlage eines unveränderlichen Übersetzungsverhältnisses
konstruiert. Im Fall der Betätigung
bei niedriger Geschwindigkeit und des Parkvorgangs, der einen großen Lenkwinkel
erfordert, ist es daher erforderlich, das Lenkrad um einen großen Betrag
zu drehen, was große
Umstände
bereitet. Im Fall der Betätigung
bei hoher Geschwindigkeit, der einen kleinen Lenkwinkel erfordert,
wird der große
Lenkwinkel erzeugt, der für
die Betätigung
bei hoher Geschwindigkeit nicht zweckmäßig ist, so dass es unmöglich ist,
eine bestimmte Lenkstabilität
zu erzielen.
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Das
Dokument
JP 61122073
A beschreibt eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug. Die Lenkvorrichtung
umfasst eine Eingangswelle, die eine Drehkraft von einem Lenkrad
aufnimmt, wobei eine Ausgangswelle vorgesehen ist, die eine Drehkraft
auf ein Zahnstangengetriebe überträgt, das
die Zahnstange in ihrer axialen Richtung bewegt. Ferner ist ein
variables Getriebe zwischen den äuße ren Abschnitten und
der Eingangswelle und der Ausgangswelle installiert.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Folglich
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lenkvorrichtung
mit variablem Übersetzungsverhältnis zu
schaffen, die die Probleme löst,
die im Stand der Technik angetroffen werden.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lenkvorrichtung
mit variablem Übersetzungsverhältnis zu
schaffen, die einen variablen Getriebemechanismus zwischen einem
Lenkrad und einem Getriebegehäuse
bzw. Getriebe aufweist, der ein Übersetzungsverhältnis basierend
auf der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs verändert.
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Um
die oben genannten Aufgaben zu lösen, wird
eine Lenkvorrichtung mit variablem Übersetzungsverhältnis geschaffen,
die eine Eingangswelle, die eine Drehkraft von einem Lenkrad aufnimmt;
eine Ausgangswelle, die eine Drehkraft an ein Zahnstangengetriebe überträgt, das
eine Zahnstange in ihrer axialen Richtung bewegt; und ein variables
Getriebe, das zwischen den äußeren Abschnitten
der Eingangswelle und der Ausgangswelle installiert ist, umfasst,
wobei ein Universalgelenk zwischen dem Lenkrad und der Eingangswelle
installiert ist; das variable Getriebe eine variable Riemenscheibenanordnung
aufweist, die in axialer Richtung bewegt wird; die variable Riemenscheibenanordnung
durch einen Riemen verbunden ist; und die variable Riemenscheibenanordnung
in der axialen Richtung durch einen Motor bewegt wird, um das Verhältnis der
variablen Riemenscheibenanordnung zu verändern.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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Die
vorliegende Erfindung wird besser verständlich anhand der beigefügten Zeichnung,
die lediglich zur Erläuterung
gegeben und folglich für
die vorliegende Erfindung nicht einschränkend ist, wobei:
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1 eine
perspektivische Ansicht ist, die eine herkömmliche Lenkvorrichtung veranschaulicht;
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2 eine
Vorderansicht ist, die ein herkömmliches
Getriebe veranschaulicht;
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3 eine
Querschnittsansicht ist, die ein herkömmliches Getriebe veranschaulicht;
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4 eine
perspektivische Ansicht ist, die eine Lenkvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht;
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5 eine
Vorderansicht ist, die ein Getriebe gemäß der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht;
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6 eine
Querschnittsansicht ist, die ein Getriebe gemäß der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht;
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7 eine
perspektivische Ansicht ist, die eine variable Riemenscheibenanordnung
eines variablen Getriebemechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht;
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8 eine
Ansicht ist, die eine Arbeitsweise eines variablen Getriebemechanismus
bei einer niedrigen Geschwindigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht;
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9 eine
Ansicht ist, die eine Arbeitsweise eines variablen Getriebemechanismus
bei einer hohen Geschwindigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht;
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10 eine
Ansicht ist, die eine weitere Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht;
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11 eine
Ansicht ist, die eine nochmals weitere Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht; und
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12 eine
Querschnittsansicht ist, die einen an die 10 und 11 angepassten
variablen Getriebemechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung erläutert.
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Die 4 bis 9 sind
Ansichten, die eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Zunächst ist, wie in 4 gezeigt
ist, ein Lenkrad 100 vorgesehen, um auf der Grundlage einer
Betätigung
durch den Fahrer eine Lenkkraft zu erzeugen.
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Außerdem ist
eine Säule 110 mit
einem unteren Abschnitt des Lenkrads 100 verbunden, während ein
Universalgelenk 120 mit dem unteren Abschnitt der Säule 110 verbunden
ist.
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Ein
Getriebe 130 ist am unteren Abschnitt des Universalgelenks 120 axial
in Bezug auf dieses vorgesehen, derart, dass das Lenkelement 150 direkt betätigt wird.
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5 ist
eine Ansicht, die ein Getriebe gemäß der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht. Wie darin gezeigt ist, ist ein Hohlgehäuse 131 vorgesehen,
das eine äußere Konstruktion
des Getriebes 130 bildet.
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Eine
längs laufende
Zahnstange 133, die eine lineare Bewegung in axialer Richtung
implementiert, ist in dem Innenraum des Gehäuses 131 installiert.
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Gleichzeitig
ist ein mit dem Lenkelement 150 verbundenes Kugelgelenk 140 an
beiden Enden der Zahnstange 133 installiert, während eine
Zahnung 134 an einem dazwischenliegenden Abschnitt der Zahnstange 133 vorgesehen
ist.
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Eine
Eingangswelle 210 ist in dem Innenraum des Gehäuses 131 installiert,
derart, dass sein oberes Ende aus dem Gehäuse 131 nach außen herausragt,
um dadurch eine in Bezug auf das Lenkrad 100 erzeugte Lenkkraft
aufzunehmen.
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Eine
Ausgangswelle 220 ist in der seitlichen Oberfläche der
Eingangswelle 210 installiert, wobei sie parallel zu der
Eingangswelle 210 beabstandet ist. Ein Ritzel 132 ist
einteilig in der Ausgangswelle 220 installiert. Die Eingangswelle 210 und
die Ausgangswelle 220 sind auf der Grundlage des Lagers im
Innenraum des Gehäuses 131 drehbar.
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Gleichzeitig
ist das Ritzel 132 mit der Zahnung 134 der Zahnstange 133 in
Eingriff.
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Ein
Riemen 230 ist zwischen die Eingangswelle 210 und
die Ausgangswelle 220 gekoppelt, der eine Kraft zwischen
ihnen überträgt. Zwei
variable Riemenscheiben 211 und 221 sind in den äußeren Oberflächen der
Eingangswelle 210 und der Ausgangswelle 220 installiert.
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Bei
der in der äußeren Oberfläche der
Eingangswelle 210 installierten variablen Riemenscheibe 211 liegen
einander zwei konisch zulaufende kreisförmige Säulen gegenüber.
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Keilwellenverbindungen 211S und 210S sind in
der inneren Oberfläche
der variablen Riemenscheibe 211 und der äußeren Oberfläche der
Eingangswelle 210 ausgebildet, wobei die variable Riemenscheibe 211 in
axialer Richtung auf der Außenseite
der Eingangswelle 210 bewegt wird und mit der Eingangswelle 210 in
Umdrehungsrichtung zusammenwirkt.
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Gleichzeitig
kann eine Seite der variablen Riemenscheibe befestigt sein, während ihre
andere Seite bewegt werden kann.
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Zwei
Federn 212 sind auf beiden Seiten der variablen Riemenscheibe 211 in
der äußeren Oberfläche der
Eingangswelle 210 so installiert, dass sie eng installiert
sind, indem sie die variable Riemenscheibe 211 in den axialen
Richtungen unterstützen.
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In
dem Fall, dass die variable Riemenscheibe 211 verlagert
wird, gleichen die Federn 212 den verlagerten Zustand automatisch
aus.
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Mehrere
Vorsprünge 211P sind
in der konisch zulaufenden äußeren Oberfläche der
variablen Riemenscheibe 211 von der Mitte zum äußeren Abschnitt
längs laufend
ausgebildet, um ein Gleiten des Riemens 230 zu verhindern.
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Eine
Platte 213, die die Federn 212 unterstützt, ist
in einem Abschnitt gegen über
der variablen Riemenscheibe 211 für einen problemlosen Betrieb der
Feder 212 installiert. Eine Keilwellenverbindung 220S ist
in einer äußeren Oberfläche der
Ausgangswelle 220 ausgebildet. Die variable Riemenscheibe 221 ist
in zwei konisch zulaufende kreisförmige Säulen unterteilt, wie die variable
Riemenscheibe 211, die in der Eingangswelle 210 installiert
ist. Eine Keilwellenverbindung 221S ist in der inneren
Oberfläche ausgebildet,
während
mehrere Vorsprünge 221P in ihrer äußeren Oberfläche ausgebildet
sind.
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Gleichzeitig
ist eine Seite der variablen Riemenscheibe 221, die in
dem äußeren Abschnitt
der Ausgangswelle 220 installiert ist, anders als die variable
Riemenscheibe 211, die in der Eingangswelle 210 installiert
ist, an der Ausgangswelle 220 so befestigt, dass ihre andere
Seite beweglich ist.
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Das
heißt,
die untere Seite der variablen Riemenscheibe, die auf der Seite
des Ritzels 132 installiert ist, ist in axialer Richtung
fest, während
die Ausgangswelle 220 in axialer Richtung bewegt wird.
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Der
zwischen die variablen Riemenscheiben 211 und 221 gekoppelte
Riemen 230 ist aus einem V-Riemen ausgebildet, der eine
konisch verlaufende Oberfläche
auf seinen beiden Seiten aufweist, so dass die konisch verlaufenden äußeren Oberflächen der
variablen Riemenscheiben 211 und 221 in engen Kontakt
mit dem Riemen 230 sind.
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An
einem Ende der Ausgangswelle 220 ist ein Motor 240 installiert,
um ein Übersetzungsverhältnis zwischen
den zwei variablen Riemenscheiben 211 und 221,
die in der Eingangswelle 210 und der Ausgangswelle 220 installiert
sind, einzustellen.
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Der
Motor 240 ist aus einem Stellantrieb ausgebildet, um die
variable Riemenscheibe 221 auf der Seite der Ausgangswelle 220 zu
bewegen, wobei er in der Weise installiert ist, dass eine Motorwelle 241 in
den Innenraum des Gehäuses 131 eingeschoben ist.
Eine Schraube 242 ist in einem äußeren Oberflächenendabschnitt
der Motorwelle 241 ausgebildet.
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Der
Motor 240 wird auf der Grundlage eines Signals einer ECU
(elektrische Steuereinheit) betrieben. Die ECU analysiert einen
Geschwindigkeits- und Arbeitszustand des Fahrzeugs und speist einen passenden
Strom in den Motor 240 ein, um dadurch ein geeignetes Übersetzungsverhältnis basierend auf
der Geschwindigkeit des Fahrzeugs erzeugen, das abgestimmt wird,
wenn das Fahrzeug konstruiert wird, um dadurch ein optimales Lenkverhalten
zu implementieren.
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Gleichzeitig
kann der Motor 240 aus einem gewöhnlichen Motor oder einem Schrittmotor
gebildet werden.
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Ein
Verbindungsrohr 250 ist an einem Ende der Motorwelle 241 auf
der Grundlage eines Gewindeverbindungsverfahrens installiert und
wird in axialer Richtung bewegt, um dadurch eine Drehkraft des Motors 240 in
eine lineare Arbeitskraft umzusetzen.
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Das
Verbindungsrohr 250 ist im Innenraum des Gehäuses 131 installiert
und wird in axialer Richtung bewegt, wobei sein eines Ende auf der
Grundlage eines Schublagers 260 installiert ist, das eine
Reibungskraft in axialer Richtung zwischen den variablen Riemenscheiben 221 der
oberen Seite verringert.
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Eine
Schraube 251 ist in einem inneren Abschnitt des anderen
Endes des Verbindungsrohrs 250 ausgebildet, so dass die
Schraube 242 der Motorwelle 241 in Gewindeeingriff
ist und in axialer Richtung betätigt
wird, wenn der Motor 240 in Betrieb ist.
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Wie
in den 8 und 9 gezeigt ist, kann die Lenkvorrichtung
mit variablem Übersetzungsverhältnis gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Übersetzungsverhältnis zwischen
den variablen Riemenscheiben bei einer Betätigung bei hoher Geschwindigkeit
und einer Betätigung
bei niedriger Geschwindigkeit verändern.
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Wie
in 8 gezeigt ist, ist dann, wenn ein Fahrzeug mit
niedriger Geschwindigkeit fährt
oder geparkt wird, da das Lenkrad 100 mehr gedreht wird, der
Lenkvorgang einfacher implementiert, wenn die Bewegungsstrecke der
Zahnstange 133 relativ im Vergleich zu der Drehung des
Lenkrads 100 länger ist
(die Umdrehung der Eingangswelle < die
Umdrehung der Ausgangswelle).
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Gleichzeitig
wird in den Motor 240 der Stromwert eingespeist, der durch
die ECU abgestimmt wird, die die Geschwindigkeit des Fahrzeugs betreffende
Da ten empfängt,
so dass der Motor 240 mit einer passenden Umdrehung betätigt wird.
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Somit
wird das Verbindungsrohr 250 in der axialen Richtung hin
zum Motor 240 bewegt und der Abstand zwischen der Ausgangswelle 220 und
der variablen Riemenscheibe 221 durch den Riemen 230 vergrößert.
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Die
durch den Riemen 230 übertragene
Kraft wird erzeugt, wenn der Riemen 230 in engem Kontakt
ist mit den Seiten des äußeren Durchmessers der
variablen Riemenscheibe 211 und der Eingangswelle 210,
die in engen Kontakt mit der Feder 212 ist.
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Das
heißt,
der Abstand von den variablen Riemenscheiben 211 wird vergrößert, wobei
der Riemen 230 in engem Kontakt mit den Seiten des inneren
Durchmessers der variablen Riemenscheibe 221 und der Ausgangswelle 220 gebracht
wird. Entgegengesetzt wird der Abstand zwischen der Eingangswelle 210 und
der variablen Riemenscheibe 211 durch die Feder 212 verkleinert,
so dass der Riemen 230 in engen Kontakt mit der Außendurchmesserseite
der variablen Riemenscheibe 211 der Eingangswelle 210 gebracht
wird.
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Folglich
wird die Umdrehung der variablen Riemenscheibe 221 der
Ausgangswelle 220 im Vergleich zu der Umdrehung der variablen Riemenscheibe 211 der
Eingangswelle 210 vergrößert. Im
Ergebnis wird die Bewegungsstrecke der Zahnstange 133 relativ
im Vergleich zu der Drehung des Lenkrads 100 vergrößert.
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Wie
in 9 gezeigt ist, ist dann, wenn das Fahrzeug mit
einer hohen Geschwindigkeit fährt,
der Lenkvorgang einfach implementiert, wenn die Bewegungsstrecke
der Zahnstange 133 relativ im Vergleich zu der Drehung
des Lenkrads 100 kleiner ist (die Umdrehung der Eingangswelle > die Umdrehung der
Ausgangswelle).
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Das
Verbindungsrohr 250 schiebt die variable Riemenscheibe 221 der
Ausgangswelle 220 basierend auf der Drehkraft des Motors 240,
wobei die Ausgangswelle 220 und die variable Riemenscheibe 221 in
der Richtung bewegt werden, dass die Ausgangswelle 220 und
die variable Riemenscheibe 221 so einander gegenüberliegen,
dass der Abstand zwischen ihnen verkleinert ist.
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Gleichzeitig
wird der Riemen 230, der eine bestimmte Breite besitzt,
in Richtung der Außendurchmesserseite
der variablen Riemenscheibe 221 in engen Kontakt gebracht.
Entgegengesetzt wird der Abstand zwischen der Eingangswelle 210 und
der variablen Riemenscheibe 211 vergrößert, wobei der Riemen 230 in
Richtung der Seiten des Innendurchmessers der Eingangswelle 210 und
der variablen Riemenscheibe 211 in engen Kontakt gebracht
wird.
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Folglich
wird die Umdrehung der Ausgangswelle 220 und der variablen
Riemenscheibe 221 im Vergleich zu der Umdrehung der Eingangswelle 210 und
der variablen Riemenscheibe 211 verkleinert. Im Ergebnis
wird die Bewegungsstrecke der Zahnstange 133 relativ im
Vergleich zu der Umdrehung des Lenkrads 100 verkleinert.
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10 ist
eine Ansicht, die eine weitere Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht, 11 ist
eine Ansicht, die eine nochmals weitere Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht, und 12 ist
eine Querschnittsansicht, die einen an die 10 und 11 angepassten
variablen Getriebemechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht.
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Wie
in 10 gezeigt ist, ist der variable Getriebemechanismus 300 in
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in dem Universalgelenk 520 vorgesehen.
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Gleichzeitig
ist in dieser Ausführungsform der
variable Getriebemechanismus 300 nicht direkt mit der Ausgangswelle
verbunden. Beide Seitenabschnitte des Universalgelenks 520,
das in der Eingangswelle 310 und der Ausgangswelle 320 ausgebildet
ist, sind so verbunden, dass sie das Verbindungsrohr 350 basierend
auf der Drehung des Motors 340 hin- und herbewegen, so
dass die Drehkraft, die durch die variablen Riemenscheiben 311 und 321 und
den Riemen 330 übertragen
wird, gesteuert wird.
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Wie
in 11 gezeigt ist, ist in einer nochmals weiteren
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der variable Getriebemechanismus 300 gemäß der vorliegenden
Erfindung in der Säule 510 installiert.
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In
dem variablen Getriebemechanismus 300 sind beide Seitenabschnitte
der Säule 510 verbunden,
wobei die Drehkraft, die durch die variablen Riemenscheiben 311 und 321 und
den Riemen 330 übertragen
wird, gesteuert wird.
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Somit
kann der variable Getriebemechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung
in einem bestimmten Anschnitt zwischen den Antriebskraft-Verbindungsabschnitten
der Lenkvorrichtung installiert werden, so dass dadurch den variablen
Getriebemechanismus einfach zu installieren ist.
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Wie
oben beschrieben ist, ist in der vorliegenden Erfindung ein variabler
Getriebemechanismus vorgesehen, so dass es möglich ist, den linearen Verschiebungsbetrag
der Zahnstange auf der Grundlage der Drehung des Lenkrads zu verändern. Das heißt, wenn
das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit fährt, ist ein stabiler Lenkvorgang
und eine gute Richtungsstabilität
implementiert. Wenn das Fahrzeug mit niedriger Geschwindigkeit fährt, ist
es möglich,
dem Fahrer eine leichte und problemlose Lenkfunktion bereitzustellen,
da der Lenkwinkel vergrößert ist.
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Selbstverständlich werden
die oben beschriebenen Ausführungsformen
durch keine der Einzelheiten der vorhergegangenen Beschreibung eingeschränkt, sofern
sie nicht anders spezifiziert werden, sondern sind vielmehr in ihrem
Umfang auszulegen, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, wobei somit
alle Änderungen
und Abwandlungen, die in den Rahmen der Berührungen und Grenzen der Ansprüche fallen,
deshalb von den beigefügten
Ansprüchen
eingeschlossen sind.