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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Mobiltelefon-Handapparat und
im Besonderen einen Handapparat, der zwei Teile umfasst, die relativ
zueinander gleiten, sobald ein Benutzer den Handapparat zwischen
einer „offenen" und einer „geschlossenen" Konfiguration umstellt.
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Handapparate
für den
Mobilfunk werden in mehreren verschiedenen technischen Konfigurationen
hergestellt. Diese umfassen einfache, starre 'Bar-Telefone', aufklappbare oder 'Klapp-Telefone' und zweiteilige 'Schiebetelefone'. Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Schiebetelefone. Es versteht sich, dass der Begriff 'Schiebetelefone' sowohl Handapparatmodelle
umfasst, bei denen zwei Teile in Bezug zueinander seitlich gleiten
als auch diejenigen Modelle, bei denen sich ein Teil relativ zu
dem anderen in einer im Allgemeinen parallelen Ebene dazu dreht,
wobei diese Modelle manchmal als 'Swing-Telefone' bekannt sind.
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Ein
typischer Schiebetelefon-Handapparat wird in 1 gezeigt.
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Bezugnehmend
auf 1, umfasst der Handapparat eine erste Komponente
(1), die typischerweise das Display (3) enthält, und
eine zweite Komponente (2), die typischerweise das Tastenfeld und
viele der elektronischen Schaltungen enthält, die benötigt werden, um für die Funktionalität des Handapparates
zu sorgen. In der geschlossenen Konfiguration wird das Tastenfeld
durch die erste Komponente des Handapparates geschützt.
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Eine
Antenne (4) befindet sich typischerweise am Ende der zweiten
Komponente, wo sie sich extern oder im Inneren der zweiten Komponente
befinden kann. Die zwei Komponenten des Handapparates werden typischerweise
durch ein Verbindungsmittel (5) verbunden, das typischerweise
eine flexible Leiterplatte ist, die eine große Anzahl von Leiterbahnen
trägt,
deren Funktion es ist, das Display und andere Einheiten auf der
ersten Komponente des Handapparates anzusteuern.
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Ein
Nachteil dieses Designs ist, dass Funkfrequenzströme durch
das Verbindungsmittel fließen, sobald
die Antenne durch die Ausgangsleistung des Handapparates betrieben
wird. Diese Ströme
tragen wenig zum Signal bei, das vom Handapparat abgestrahlt wird,
und tragen nur zu dem Widerstandsverlust der verbundenen Leiterbahnen
bei. Die Eingangsimpedanz der Antenne variiert wesentlich zwischen der
offenen und der geschlossenen Konfiguration des Handapparates.
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In
dem Beispiel von 1 kann das Verbindungsmittel
Platz für
typischerweise zwischen 30 und 50 einzelnen Leiterbahnen (gedruckte
Leiterbahnen) bieten, einschließlich
einiger Bahnen, deren Funktion es ist, die Masseplatten der beiden
Komponenten des Handapparates zu verbinden. Das Verbindungsmittel
ist typischerweise zwischen 50 mm und 80 mm lang. Jede einzelne
Leiterbahn besitzt einen wesentlichen Widerstand und eine wesentliche
Induktivität und
es besteht eine Kapazität
zwischen den Leiterbahnen und den Flächen der Komponente des Handapparates.
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Aus
praktischen mechanischen Gründen
ist es im Allgemeinen nicht möglich,
eine breite, niederohmige Masseleitung in das Verbindungsmittel
einzubauen. Dies liegt daran, dass der Zwischenraum zwischen den
zwei Komponenten des Handapparates klein ist und eine flexible Leiterplatte
mit einer breiten Kupferleiterbahn nicht ausreichend flexibel ist,
um innerhalb des Zwischenraumes untergebracht zu werden. Zudem wird
die mehrfache Durchbiegung der breiten Kupferleiterbahn, wenn der
Handapparat geöffnet
und geschlossen wird, zur Rissbildung und zum Versagen führen.
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Um
die Effekte der verbundenen Leitungen abzuschwächen, ist es notwendig, entweder
das Fließen
der Funkfrequenzströme
zwischen den Handapparatkomponenten zu verhindern oder sicherzustellen,
dass die Ströme
mit einem alternativen Strompfad versehen werden und nicht durch
die oben beschriebenen verlustbehafteten Verbindungen fließen.
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Aus
dem Patent 0 622 864 (Casio) ist bekannt, wie man ein starres 'Bar-Telefon' oder ein 'Klapp-'Telefon, das aus
einem ersten und einem zweiten metallischen Gehäuse besteht, mit einer am ersten
Gehäuse
befestigten Antenne versieht und wie man eine leitende elektrische
Verbindung zwischen Komponenten, die im ersten Gehäuse untergebracht
sind, mit Komponenten, die im zweiten Gehäuse untergebracht sind, versieht.
Zwischen dem ersten und dem zweiten metallischen Gehäuse wird ein
diskretes Steuerungselement vorgesehen, um eine Verteilung der Hochfrequenzströme, die
durch das erste und das zweite Gehäuse fließen, zu steuern. Das Steuerungselement,
das die Form eines kleinen Chips besitzt, weist eine(n) oder mehrere
Widerstände,
Kondensatoren, Spulen und/oder Dioden auf und ist durch eine Leitung
zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuse verbunden. Durch Variation
der Impedanz des Steuerungselements ist es möglich, die Eigenschaften der
am ersten Gehäuse befestigten
Antenne zu variieren. Das liegt daran, dass die Variation der Impedanz
des Steuerungselements dazu dient, die Verteilung der Hochfrequenzströme, die
in den Gehäusen
fließen,
zu steuern, die elektromagnetische Felder erzeugen, welche die Leistung
der Antenne störend
beeinflussen können. Diese
Anordnung versucht nicht, die Hochfrequenzströme so zu steuern, dass sie
die Ströme
nicht störend
beeinflussen, die in den leitenden elektrischen Verbindungen fließen. Die
leitende elektrische Verbindung ist in der Tat speziell so konstruiert,
dass das erste und das zweite Gehäuse dadurch nicht kurzgeschlossen
werden. Diese Anordnung ist in Handapparaten nicht möglich, bei
denen die Masseplatten, die im ersten und zweiten Gehäuse untergebracht sind,
miteinander verbunden sind.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf Mittel, durch die ein
niederohmiger kapazitiver Strompfad zwischen den Handapparatkomponenten
vorgesehen werden kann, der die Höhe der Funkfrequenzströme, die
in den verbun denen Leitungen fließen, senkt und dadurch die
damit verbundenen Verluste senkt und die Stabilität der Antennenleistung
verbessert, wenn der Handapparat geöffnet und geschlossen wird.
Gleichzeitig kann eine Impedanz des alternativen Pfades durch die
verbundenen Leitungen erhöht
werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Mobiltelefon-Handapparat vorgesehen, der ein
Gehäuse
besitzt, welches eine erste und eine zweite Komponente umfasst,
die zwischen einer geschlossenen und einer offenen Konfiguration
des Handapparates relativ zueinander gleiten, wobei die erste und
die zweite Komponente durch einen elektrisch leitenden Verbinder
miteinander verbunden sind und wobei einander zugewandte Flächen der
ersten und der zweiten Komponente mit elektrisch leitenden Flächen oder
Beschichtungen versehen sind, die einen zusätzlichen kapazitiven Funkfrequenzpfad
zwischen der ersten und der zweiten Komponente definieren.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung werden einander zugewandte Flächen der beiden Komponenten
mit elektrisch leitenden Flächen
oder Beschichtungen (z.B. metallisiertem Lack) auf ihren äußeren bzw.
benachbarten Flächen
versehen. Eine Isolationsschicht oder -platte wird vorzugsweise
zwischen den einander zugewandten Flächen platziert, um möglichen
physischen Kontakt zu vermeiden, der elektrisches Rauschen oder
physischen Schaden an den Beschichtungen verursachen könnte.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann die leitende Fläche
oder Beschichtung innerhalb einer oder beider Komponenten des Handapparates
vorgesehen werden, z.B. auf den Innenseiten der einander zugewandten
Flächen.
In dieser Ausführungsform
muss eine zusätzliche
Isolationsschicht nicht vorgesehen werden, da sich die leitenden
Flächen
elektrisch nicht berühren
können.
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Die
leitende Fläche
oder Beschichtung ist zweckmäßigerweise
nicht im Bereich der verbindenden elektrisch leitenden Verbinder
vorgesehen, wodurch unterstützt
wird, die Kapazität
zwischen den Leiterbahnen und der Beschichtung zu verringern oder
zu minimieren. Dies gewährleistet,
dass die vorliegende Impedanz an den Enden der Verbindungen so hoch
wie möglich
ist, verglichen mit der niedrigen Impedanz des kapazitiven Pfades,
der direkt zwischen den einander zugewandten Flächen der Komponenten vorgesehen
ist.
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Vorteilhafterweise
ist jede der leitenden Flächen
oder Beschichtungen elektrisch geerdet, z.B. durch eine Verbindung
an eine elektrische Masseplatte oder einen elektrischen Masseverbinder, die/der
für die
Komponenten der Schaltung in dem Handapparat vorgesehen ist.
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Die
leitenden Flächen
oder Beschichtungen können
auf beabstandete Bereiche von jeder Handapparatkomponente vorgesehen
werden und können auf
beiden Seiten eines zentralen Schiebemechanismus liegen.
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Für ein besseres
Verständnis
der vorliegenden Erfindung und um zu zeigen, wie sie realisiert werden
kann, wird nun beispielhaft Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen,
in denen:
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1 ein
Schiebemodell des Telefon-Handapparates in geschlossener und offener
Konfiguration zeigt;
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2 ein
Schiebemodell des Telefon-Handapparates einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 eine
mögliche
Modifizierung der Ausführungsform
von 2 zeigt;
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4 Rückflussdämpfungswerte
einer ersten Antenne zeigt, die an einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung angebracht ist;
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5 Rückflussdämpfungswerte
einer zweiten Antenne zeigt, die an einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung angebracht ist;
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6 Rückflussdämpfungswerte
einer dritten Antenne zeigt, die an einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung angebracht ist;
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7 gemessene
Anschlusswirkungsgrade der ersten Antenne zeigt, die an einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung angebracht ist;
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8 gemessene
Anschlusswirkungsgrade der zweiten Antenne zeigt, die an einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung angebracht ist;
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9 gemessene
Anschlusswirkungsgrade der dritten Antenne zeigt, die an einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung angebracht ist; und
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10 einen
Vergleich des Rückflussdämpfungsmaßes einer
Ausführungsform
der Erfindung mit dem elektrisch leitenden Verbinder zeigt, der
jeweils mit einer Leiterplatte in einer der Handapparatkomponenten
verbunden und getrennt ist.
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Die
Erfindung wird bezugnehmend auf 2 beschrieben,
die eine Ansicht von einem Ende des Handapparates darstellt. Gemäß 1 werden
die beiden Komponenten des Handapparates und seiner umfassenden
Gehäuseformteile
der Einfachheit halber als 'obere' 1 und 'untere' 2 bezeichnet.
Die flexible Verbindungsschaltung 5 liegt im Mittelpunkt
des Bereiches zwischen den Handapparatkomponenten und ist in gleicher
Weise geschlungen wie die von 1, wodurch,
wie zuvor beschrieben, eine axiale Längsbewegung der Komponenten
ermöglicht
wird.
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Sowohl
die Bereiche der oberen 1 als auch die der unteren 2 Gehäuseformteile
werden, abgesehen von den Teilflächen
die durch die flexible Leiterplatte 5 belegt sind, aus
leitendem Material gefertigt oder mit einer leitenden Beschichtung 6, 7, 8, 9 überzogen.
Diese leitende Fläche
ist vorzugsweise auf sowohl der Innen- als auch der Außenseite
der Gehäuseformteile
angelegt. Die Seiten, die mit der leitenden Fläche versehen sind, können, wie
gezeigt, eben sein oder entsprechende längslaufende Rundungen oder
Kanten aufweisen, vorausgesetzt, dass ein mittlerer Abstand 's' zwischen den Oberflächen so klein wie realisierbar
gehalten wird. Vorzugsweise wird eine Isolationsplatte 16, 17 zwischen
den leitenden Flächen
platziert, um einen zeitweisen Kontakt zu unterbinden, der unerwünschte elektrische
Effekte verursacht. Solche Isolationsplatten können aus Isoliermembran geschaffen
sein oder die benachbarten Flächen
können
mit konventionellem Isolierlack überlackiert
werden.
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Die
leitenden Beschichtungen sind leitend mit den Masseplatten der inneren
Leiterplatten (PCBs) 10, 11 über leitende Mittel 12, 13, 14, 15 verbunden.
Die Komponenten des Handapparates werden auf einem, im Wesentlichen
konstanten Abstand durch Schiebemittel 18, 19 gehalten.
Solche Schiebemittel können
aus leitenden oder nicht leitenden Teilen bestehen und können eine
Feder oder selbsthemmende Mittel unterbringen, um eine laufruhige und
formschlüssige
Bewegung zu gewährleisten,
wobei deren Design bekannt und nicht beschränkt auf die Einsatzmöglichkeit
der vorliegenden Erfindung ist.
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Um
den verfügbaren
Abstand für
die elektrische Verbindung zwischen den Handapparatkomponenten zu
vergrößern, kann,
wie in 3 gezeigt wird, der mittlere Bereich von einer
oder von beiden Komponenten 1 und 2 optional mit
einer oder mehreren Aussparungen versehen werden, um für einen vergrößerten Raum
für die
flexible Leiterplatte zu sorgen
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Drei
verschiedene Antennen wurden an dieser Stelle der Reihe nach an
einem Handapparat optimiert. In allen Fällen wurde die Optimierung
in der offenen Position durchgeführt
und das Eingangs-Stehwellenverhältnis
(VSWR) in sowohl der offenen als auch der geschlossenen Stellung
gemessen. Der Anschlusswirkungsgrad desselben Testtelefons wurde
anschließend
in einem SATIMO STARGATE 64 kugelförmigen Nahfeldraum gemessen,
mit dem Telefon in sowohl offener als auch geschlossener Stellung
mit allen drei Antennen, die der Reihe nach angebracht wurden.
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Es
wurden drei keramische Hybridantennen mit unterschiedlichen Strahlergeometrien
optimiert, um ein optimales Reflexionsdämpfungsmaß in der offenen Telefonkonfiguration
zu ermöglichen.
Die Resonanzfrequenzen der Antennen wurden anschließend geringfügig versetzt,
um die Leistung an den Frequenzbereichsgrenzen in der offenen und
geschlossenen Stellung anzugleichen. Die Bandbreite, die bei allen
Konfigurationen erreicht wurde, war sehr ähnlich. In der geschlossenen
Stellung gibt es eine Verschiebung der Frequenz bei optimaler Anpassung in
dem 900 MHz-Band, während
im 1800 MHz-Band das Schließen
des Telefons eine Anpassung für
eine sehr viel breitere Bandbreite erzeugt und die Anpassung in
dem DCS-Band verhältnismäßig unverändert ist.
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Die
Reflexionsdämpfungs/Frequenz-Kurven der
drei Antennen werden in den 4, 5 und 6 gezeigt.
Jede Figur zeigt die Resultate der Telefone in der offenen und geschlossenen
Position.
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Die
Antennen weisen sehr ähnliche
Reflexionsdämpfungs/Frequenz-Charakteristiken
auf. Die Frequenz bei der optionalen Impedanzanpassung in dem GSM900-Band
fällt,
sobald der Handapparat geschlossen ist, während die Anpassung bei 1800 MHz
weniger beeinflusst wird und eine Vielfalt zusätzlicher Resonanzen zwischen
den zwei Betriebsfrequenzbändern
entsteht.
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Die
Optimierung der Antennengeometrien begann aus sehr unterschiedlichen
Gesichtspunkten, weshalb es sehr interessant ist, dass alle Resultate so ähnlich sind.
Sobald der Handapparat geschlossen wird, ist die Reflexionsdämpfung in
dem 900 MHz-Band am unteren Ende des Bandes am größten, wodurch
zu erwarten wäre,
dass der Wirkungsgrad am unteren Ende des Bandes am größten sein wird,
während
in der offenen Stellung zu erwarten wäre, dass dieser am oberen Ende
des Bandes am größten ist.
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Die
Resultate der Wirkungsgradmessungen werden in den 7, 8 und 9 gezeigt.
Ein buchsenförmiger
Umwegleiter bzw. Impedanzwandler mit einer geeigneten Länge wurde
für alle
Messungen in der Nähe
des Handapparates angebracht, um die Streustrahlung von den Anschlussleitungen zu
verringern. Der Anschlusswirkungsgrad enthält die Reflexionsdämpfung an
den Antennenanschlüssen
und wäre
in den Stellungen, in denen das Antenneneingangsreflexionsdämpfungsmaß klein
ist, niedriger zu erwarten. Das Resultat mit dem offenen Handapparat
wird jeweils in hellgrau angezeigt, während das in der geschlossenen
Position in dunkelgrau gezeigt wird.
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Es
gibt mehrere sehr interessante Merkmale dieser Resultate:
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Version
2.1 besitzt sehr unterschiedliche Charakteristiken in dem 1800 MHz-Band
gegenüber den
anderen beiden Antennen, aber in dem 900 MHz-Band sind die Wirkungsgradresultate
und die Wirkungsgrad/Frequenz-Verhältnisse auffallend ähnlich.
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Die
Reflexionsdämpfungsresultate
(4) bestätigen,
dass die beste Anapssung in der geschlossenen Position am unteren
Ende des 900 MHz-Bandes ist, da der Wirkungsgrad bei diesen Frequenzen
immer am niedrigsten ist.
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Die
mittlere Reflexionsdämpfung
in dem 900 MHz-Band ist in der offenen und geschlossenen Position
sehr ähnlich,
obwohl der Wirkungsgrad in der geschlossenen Position sehr viel
niedriger ist.
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Diese
Ergebnisse lassen darauf schließen, dass
die Wirkungsgradergebnisse in dem 900 MHz-Band eher eine Funktion
des Telefonverhaltens als der Antenne sind.
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Um
diese Möglichkeit
zu untersuchen, wurde die Antenne mit dem höchsten mittleren Wirkungsgrad
(v3.2) wieder an dem Handapparat angebracht und das Ende der verbindenden
flexiblen Leiterplatte (des elektrisch leitenden Verbinders) von
der Rückseite
der Hauptleiterplatte in dem Handapparat getrennt. Die Reflexionsdämpfung wurde
anschließend nachgemessen
mit dem in 10 gezeigten Ergebnis.
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Man
kann sehen, dass die Anpassung bzw. Übereinstimmung in dem 900 MHz-Band
fast vollständig
verschwindet, sobald die flexible Leiterplatte getrennt wird. Dies
zeigt deutlich, dass die Anpassung bei 900 MHz sehr stark von Strömen, die
in der flexiblen Leiterplatte fließen, beeinflusst wird und der schlechte
Wirkungsgrad in dem 900 MHz-Band deutet darauf hin, dass diese Ströme hauptsächlich zum Verlust
beitragen.
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Schlussendlich
ist nachgewiesen worden, dass die Verbindungen zwischen den Komponenten eines
Schiebetelefon-Handapparates einen bedeutenden Einfluss auf den
Wirkungsgrad, der erreicht werden kann, besitzen.
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Die
bevorzugten Merkmale der Erfindung sind auf alle Erscheinungsformen
der Erfindung anwendbar und können
in jeder möglichen
Kombination eingesetzt werden.
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Während der
ganzen Beschreibung und der Ansprüche dieser Patentschrift, bedeuten
die Wörter „bestehen
aus" und „beinhalten" und Variationen
dieser Wörter,
z.B. „die
aus ... bestehen" und „besteht aus", „einschließlich aber
nicht beschränkt
auf" und sind nicht
dafür gedacht,
um (und tun nicht) andere Bauteile, Veränderungen, Teile, Zusätze oder
Schritte auszuschließen.