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Hintergrund der Erfindung
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Technisches Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vorderlichter und insbesondere
auf ein Vorderlicht, das in bezug auf Größe verringert ist, während eine hohe
Effizienz beibehalten wird.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Herkömmliche
Vorderlichter sind wie folgt aufgebaut worden.
- (a)
Licht, welches aus einem in der Nähe des Brennpunkts eines Parabolspiegels
angeordneten Drähtchens
emittiert wird, wird durch den Parabolspiegel zum Bilden eines gebündelten Strahls
reflektiert. Eine vordere Linse stellt den gebündelten Strahl ein, um ein
erwünschtes
Verteilungsmuster der Lichtintensität (bzw. des Lichts) zu erzielen.
- (b) Licht, welches aus einem Drähtchen emittiert wird, wird
bei einem mehrfachflächigen
Spiegel empfangen, welcher das Licht in einem gewünschten
Lichtverteilungsmuster nach vorne reflektiert. Eine vordere Linse
dient lediglich als eine Abdeckung. Jeder Abschnitt des mehrfachflächigen Spiegels
besitzt eine Größe und eine
ringförmige
Anordnung, die so bestimmt ist, dass das vom Drähtchen einfallende Licht in
einer vorbestimmten Richtung derart reflektiert wird, dass das gewünschte Lichtverteilungsmuster
in der Gesamtheit erzielt wird.
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Die
GB-A-611 032 offenbart
eine elektrische Lampe, die Licht nach vorne projiziert, mit einer
Lichtquelle, einer ringförmigen
plankonvexen Linse und einem Reflektor.
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Die
EP-A-0 354 961 offenbart
ein Vorderlicht mit einer Lichtquelle, einer Sammellinse und eine
Reflektor. Die Linse wird mit einem bestimmten Profil bereitgestellt
und wird entweder in Gestalt einer ringförmigen zylindrischen Linse
oder einer Fresnel-Linse einer konischen Gestalt ausgeführt.
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Einer
der kritischsten Punkte in bezug auf das Vorderlicht ist ihre Effizienz.
Insbesondere in dem Fall, bei dem eine Batterie oder dergleichen
als eine Leistungszufuhr verwendet wird, wird nach hoher Effizienz
für eine
länger
verfügbare
Zeit nachgesucht. Die Effizienz des Vorderlichts ist dabei auszudrücken als
ein Verhältnis
der Lichtleistung, die einen Zielort erreicht hat, im Verhältnis der
gesamten, von einer Glühbirne
abgestrahlten Lichtleistung. Mit anderen Worten wird zum Beispiel
Licht, das aufgrund der Störung
der Lichtverteilung an Orten auftrifft, die vom Zielort abweicht,
als verlorenes Licht angesehen, das nichts zur Effizienz beiträgt.
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Ein
Hauptstolperstein in bezug auf eine Größenverringerung des Vorderlichts
ist der Effizienzabfall aufgrund von erhöhter Störung der Lichtverteilung. Wenn
Breite und Tiefe des Vorderlichts bestimmt sind, ist somit die Größe eines
darin inkorporierten Reflektors bestimmt. Ein Filament wird in der Nähe des Brennpunkts
des Reflektors angeordnet. Wenn der Reflektor in der Größe verringert
wird und die Brennweite verkürzt
wird, mag Licht aus Abschnitten des Filaments, die abseits des Brennpunkts des
Reflektors liegen, nicht wie gewünscht
reflektiert werden, wodurch die Effizienz verschlechtert wird. Selbst
wenn ein Drähtchen
der gleichen Größe verwendet
wird, nimmt, wenn der Reflektor in der Größe verringert wird, das Ausmaß der Abweichung
der Abschnitte des Drähtchens,
die außerhalb
des Brennpunkts des Reflektors liegen, zu, so dass die Störung der
Lichtverteilung entsprechend verstärkt wird.
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Eine
solche Verstärkung
der Störung
der Lichtverteilung aufgrund der Größenverringerung könnte durch
Verwendung eines mehrfachflächigen Spiegels
gemildert werden. Die Effizienz des größenverringerten Vorderlichts
kann jedoch nicht bis zu einem zufriedenstellenden Maß verbessert
werden, selbst wenn der mehrfachflächige Spiegel verwendet wird.
Folglich gab es einen Bedarf zur Entwicklung eines in bezug auf
die Größe reduzierten
Vorderlichts, während
eine hohe Effizienz beibehalten wird.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein größenverringertes
Vorderlicht mit ausreichend hoher Effizienz bereitzustellen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Vorderlicht, das Licht nach vorne projiziert,
wie im Anspruch 1 oder im Anspruch 2 festgelegt bereitgestellt. Bevorzugte
Ausführungsformen
sind in den Unteransprüchen
festgelegt.
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Die
zylindrische Sammellinse ist so angeordnet, dass sie die Divergenz
von aus der Lichtquelle emittiertem Licht verhindert. Speziell wird
Licht, das seitwärts
aus der Lichtquelle abgestrahlt wird, bei der zylindrischen Sammellinse
empfangen und wird in bezug auf die Divergenz eingeengt, bevor es
auf den Reflektor gelenkt wird. Wenn die Lichtleistung derselben
Menge aus der Lichtquelle seitwärts
emittiert wird, wird es mit der Bereitstellung der zylindrischen Sammellinse
möglich,
die Länge
des Reflektors in bezug auf die Axialrichtung zu verringern und
folglich seinen Durchmesser an seinem vorderen Ende zu verringern.
Um eine Lichtleistung derselben Menge ohne Bereitstellung der zylindrischen
Sammellinse zu reflektieren, wäre
speziell ein Reflektor erforderlich, der eine Fläche bis hinauf zu einem Schnittpunkt mit
einer verlängerten
Linie der die Lichtquelle mit einer Position verbundenen Linie abdeckt,
wo das vordere Ende der zylindrischen Sammellinse lokalisiert sein soll.
Diese verlängerte
Linie wird hier "Verkleinerungsreferenzlinie" bezeichnet. Durch
die Bereitstellung der zylindrischen Sammellinse braucht der Reflektor
nur die Rückseite
der Lichtquelle und die Sammellinse bis zum vorderen Ende der Sammellinse
abzudecken. Somit wird ein hinsichtlich Divergenz verengtes Licht
nach vorne reflektiert.
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Als
einem Ergebnis ist es möglich,
die Größe des Reflektors
beträchtlich
zu verringern, ohne die Effizienz zu zerstören. Die Lichtquelle kann hier
irgendeine Art von Beleuchtungseinrichtung sein, einschließlich einer
Glühbirne
mit einem Drähtchen,
einer lichtemittierenden Diode oder etwas Anderem.
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Die
zylindrische Sammellinse des Vorderlichts der vorliegenden Erfindung
ist eine zylindrische konvexe Linse.
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Die
Anordnung der zylindrischen konvexen Linse macht es möglich, das
aus der Lichtquelle emittierte Licht in einen Lichtstrahl umzuwandeln,
der hinsichtlich des Divergenzgrades verringert ist.
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Weiter
bevorzugt konzentriert die zylindrische konvexe Linse das einfallende
Licht als einen parallelen Strahl.
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Wenn
das in bezug auf Divergenz eingeengte Licht den parallelen Strahl
bildet, wird es leichter möglich,
die Oberfläche
des das Licht nach vorne reflektierenden Reflektors zu gestalten.
Dies ermöglicht
eine Verkleinerung und erleichtert ferner das Gestalten des Lichtverteilungsmusters
durch den Reflektor. Ein solcher paralleler Strahl kann aus dem durch
die zylindrische konvexe Linse durchgelassenen Licht erhalten werden
durch Positionieren der Lichtquelle beim Brennpunkt der zylindrischen
konvexen Linse.
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Die
zylindrische konvexe Linse ist eine Fresnel-Linse einer zylindrischen
Gestalt.
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Das
Bereitstellen der Fresnel-Linse ermöglicht die Verringerung der
Linsendicke. Dies führt
zu einem kompakteren Aufbau der zylindrischen konvexen Linse um
die Lichtquelle und um den Reflektor herum, dadurch zu einer weiteren
Verkleinerung des Vorderlichts beitragend.
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Der
Reflektor des Vorderlichts der vorliegenden Erfindung ist ein facettierter
Spiegel mit Mehrfachoberfläche.
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Durch
Verwendung des mehrfachflächigen, facettierten
Spiegels ist es möglich,
eine große
Vielzahl von Verteilungsmustern des nach vorne gerichteten Lichts
zu erhalten, aus denen ein vorbestimmtes Muster ausgewählt und
festgelegt werden kann.
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Vorzugsweise
ist das Vorderlicht der vorliegenden Erfindung mit einer vorderen
Linse vor der Lichtquelle ausgestattet. Die vordere Linse schließt vorzugsweise
mindestens zwei Bereiche mit voneinander verschiedenen Lichttransmissionseigenschaften
ein.
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Die
Bereitstellung der Abschnitte mit verschiedenen Lichttransmissionseigenschaften
ermöglicht
eine minutiöse
Gestaltung der Lichtverteilungsmuster durch die vordere Linse. Die
Lichttransmissionseigenschaft von jedem Abschnitt der vorderen Linse
kann festgelegt werden durch Einstellen der Dicke, der Biegungen
der beiden Oberflächen
sowie des Brechungsindex des relevanten Abschnitts. Mit dem in bezug
auf Größe wie oben
beschrieben verringerten Vorderlichts wird der Raumwinkel bei der Lichtquelle,
der die zentrale Linse einschließt, groß, selbst wenn die zentrale
Linse hinsichtlich der Größe klein
ist. Folglich ist es möglich,
den Einfluss der zentralen Linse auf das Lichtverteilungsmuster
zu erhöhen.
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Die
vorangehenden sowie weitere Aufgaben, Merkmale, Gegenstände und
Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher aus der nachfolgenden
detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung bei Betrachtung
in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine Erscheinung des Vorderlichts
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 ist
eine vergrößerte Ansicht
von Abschnitten des Vorderlichts der 1.
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3 veranschaulicht
Lichtwege des aus der Lichtquelle des Vorderlichts gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung emittierten Lichts.
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4 veranschaulicht
Lichtwege des aus der Lichtquelle eines Vorderlichts emittierten
Lichts, wo ein konularer Reflektor angewandt wird, was die Erfindung
nicht repräsentiert.
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5 ist
ein Diagramm zum Vergleich zwischen dem Konusreflektor des Vorderlichts
der 4 und einem Reflektor eines herkömmlichen
Vorderlichts.
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6 ist
eine Vorderansicht der zentralen Linse des Vorderlichts der 1.
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7 ist
eine vertikale Schnittansicht der in 6 gezeigten
zentralen Linse.
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8 ist
eine Vorderansicht der vorderen Linse des Vorderlichts der 1.
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9 zeigt
einen Querschnitt, der entlang der Linie IX-IX in 8 genommen
wurde.
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10 zeigt
einen Querschnitt, der entlang der Linie X-X in 8 genommen
wurde.
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11 zeigt
einen Querschnitt, der entlang der Linie XI-XI in 8 genommen
wurde.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht
des Vorderlichts gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Dieses Vorderlicht 10 ist an
einem Fahrrad angebracht und projiziert Licht von einer vorderen
Linse 5, die eine zentrale Linse 6 einschließt, nach
vorne.
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2 ist
eine vergrößerte Ansicht
von Abschnitten des in 1 gezeigten Vorderlichts. Die
die zentrale Linse 6 einschließende vordere Linse 5 und ein
Verknüpfungsteil 12,
durch welches die vordere Linse mit einem Gehäuse (nicht gezeigt) befestigt
ist, sind in einem Stück
geformt. Die zentrale Linse 6 setzt sich aus einer Streifenlinse 6b und
einer konzentrischen Linse 6a zusammen.
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An
der Rückseite
der vorderen Linse sind ein mehrfachflächiger facettierter Spiegel 3 und
eine zylindrische Sammellinse 2, die durch den mehrfachflächigen Spiegel
umgeben ist, bereitgestellt. Als der zylindrischen Sammellinse wird
eine Fresnel-Linse angewandt, um eine ausreichende Wirkung der Sammellinse
mit einer dünnen
Linse zu erzielen. Eine Lichtquelle 1 mit einem Drähtchen (nicht
gezeigt) wird in die Fresnel-Linse 2 eingeführt. Die
Lichtquelle ist über
einen Stecker 11 mit Leistung versorgt.
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3 ist
eine Querschnittsansicht, die Lichtwege des Lichts zeigt, welches
aus der Lichtquelle emittiert wird, wenn das Vorderlicht in Betrieb
ist. Das Drähtchen
ist so ausgestattet, daß es
Licht von einem engen Bereich auf einer Linie emittiert, die die Mittelachse
des Zylinders bei rechten Winkeln schneidet. Dieses kurze Drähtchen wird
ungefähr beim
Brennpunkt der Fresnel-Linse 2 angeordnet. Indem Licht 20a vom
beim Brennpunkt der zylindrischen Sammellinse lokalisierten Drähtchens
ausgestrahlt wird, wird es zu einem parallelen Strahl 20b, nachdem
es durch die Sammellinse durchgelassen wurde. Der parallele Strahl
wird durch den mehrfachflächigen,
facettierten Spiegel 3, der so angeordnet wird, daß das Licht
mit einem vorbestimmten Winkel nach vorne gerichtet wird, reflektiert
und als reflektiertes Licht 20c nach vorne projiziert.
In 3 wird das Licht nach vorne unter leichter Divergenz
bzw. Streuung projiziert. Unter Verwendung einer solchen Sammellinse
ist es möglich,
eine Verkleinerung des Vorderlichts zu fördern, während eine hohe Effizienz sichergestellt
ist, ohne einen eine große
Fläche
bedeckenden Reflektor.
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4 zeigt
Lichtwege aus der Lichtquelle in dem Fall, wo ein gemeinsamer Konusreflektor 13 anstelle
des mehrfachflächigen,
facettierten Spiegels verwendet wird. Das von der Lichtquelle 1 seitwärts abgestrahlte
Licht 20a wird durch die zylindrische Fresnel-Linse 2 durchgelassen
und wird zum parallelen Strahl 20b, der durch den Konusreflektor 13 reflektiert
und als paralleler Strahl 20c nach vorne projiziert wird.
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In 5 wird
der Reflektor 13 eines Vorderlichts, der mit der zylindrischen
Sammellinse bereitgestellt wird, hinsichtlich der Größe mit einem
Reflektor 113 eines herkömmlichen Vorderlichts verglichen, das
nicht mit einer zylindrischen Sammellinse versehen ist. Dabei sind
die beiden Vorderlichter so ausgestaltet, daß die jeweiligen Reflektoren
dieselben Mengen an Lichtfluß reflektieren
und nach vorne projizieren. Im Fall des herkömmlichen Vorderlichts ohne
die zylindrische Sammellinse ist es erforderlich, daß der Reflektor 113 eine
Größe aufweist,
die eine Fläche
bis zu einem Schnittpunkt mit der oben beschriebenen Verkleinerungsbezugslinie 18 bedeckt, die
eine verlängerte
Linie der Linie darstellt, die die Lichtquelle 1 und eine
Position verbindet, wo das vordere Ende der zylindrischen Sammellinse
zu lokalisieren wäre.
Im Fall des Vorderlichts wird die zylindrische Sammellinse verwendet,
um den in Bezug auf das Streumaß begrenzten
parallelen Strahl zu projizieren, so daß der Reflektor 13 nur
eine Fläche
bis zum vorderen Ende der Sammellinse zu bedecken braucht. Wenn
das begrenzte Streumaß vergrößert wird,
könnte
in Übereinstimmung
mit dem Ausmaß der
Begrenzung ein kleinerer Reflektor verwendet werden. Mit einem zu
kleinen Reflektor würde
es jedoch erforderlich werden, die Dimensionsgenauigkeit des Reflektors
zu erhöhen.
Folglich ist der parallele Strahl als das in der Streuung begrenzte
Licht erwünscht.
Der parallele Strahl erleichtert die Gestaltung der Oberfläche des
Reflektors zum Bilden eines beabsichtigten Lichtverteilungsmusters.
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Mit
der vorliegenden Erfindung kann ein Reflektor mit einer Tiefe von
ungefähr
einem Drittel und einer Breite von ungefähr vier Siebteln des herkömmlichen
Reflektors verwendet werden, um dieselbe Effizienz sicherzustellen.
Dies führt
zu einer merklichen Verkleinerung, da das Volumen des rechteckigen Quaders
zum Aufnehmen des Reflektors auf ungefähr 10% des herkömmlichen
Falls reduziert wird.
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Nun
wird die in der vorderen Linse bereitgestellte zentrale Linse 6 erläutert. 6 ist
eine vordere Ansicht und 7 ist eine vertikale Schnittansicht der
zentralen Linse. Die zentrale Linse 6 setzt sich aus einer
oberen, streifenförmigen
Sammellinse 6b und einer unteren konzentrischen Fresnel-Linse 6a zusammen. 8 ist
eine vordere Ansicht der vorderen Linse 5, die mit der
zentralen Linse 6 ausgestattet ist.
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9 zeigt
eine Schnittansicht, die entlang der Linie IX-IX der 8 genommen
wurde. Bei 9 wird die Lichtquelle 1 beim
Brennpunkt der konzentrischen Fresnel-Linse 6a plaziert.
Wie aus 9 ersichtlich wird das Licht 16b,
welches durch die obere Streifenlinse der zentralen Linse 6 durchgelassen
wird, nach vorne projiziert, dabei in eine obere Richtung divergierend.
Das durch den unteren Abschnitt der zentralen Linse 6 durchgelassene
Licht 16a wird nach vorne als dem parallelen Strahl projiziert.
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10 und 11 zeigen
Querschnitte, die jeweils entlang der Linien X-X und XI-XI in 8 genommen
wurden. Es wird erkennbar, daß durch
die Streifenlinse 6b durchgelassenes Licht 16b wiederum
nach vorne unter Divergenz projiziert wird. Es wird ebenso verständlich,
daß durch
die konzentrische Linse 6a durchgelassenes Licht 16a wiederum nach
vorne als dem parallelen Strahl ohne Divergenz projiziert wird.
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Das
Bereitstellen der zentralen Linse mit solchen, hinsichtlich der
Lichtübertragungscharakteristik
unterschiedlichen Abschnitten erhöht den Grad der Freiheit der
möglichen
Lichtverteilung. Beim Fahren mit dem Fahrrad ist es zum Beispiel
möglich,
das Vordere nur in einem engen Bereich in die Ferne hinein zu beleuchten,
um das von einem Fahrer eines auf der gegenüberliegenden Spur herankommenden Autos
erfahrene Blenden zu lindern.
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Bei
der oben beschriebenen vorderen Linse können die konzentrische Linse
und die Streifenlinse in vertikaler Beziehung untereinander ausgetauscht werden,
je nachdem, wo auf dem Fahrrad das Vorderlicht angebracht werden
soll, oder je nach erwünschtem
Lichtverteilungsmuster.
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Obgleich
die vorliegende Erfindung im einzelnen beschrieben und veranschaulicht
wurde wird deutlich, daß dies
nur zur Veranschaulichung und als Beispiel erfolgt ist und nicht
als Einschränkung
zu verstehen ist, wobei der Umfang der vorliegenden Erfindung lediglich
durch den Inhalt der beigefügten
Ansprüche
begrenzt wird.