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Hintergrund
der Erfindung Feld der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für die Herstellung
einer Optische-Faser-Vorform, die die Technik einer modifizierten
chemischen Abscheidung aus der Dampfphase (MCVD) verwendet, und
insbesondere auf eine Vorrichtung zur automatischen Nivellierung
eines Siliciumdioxidrohrs, während
es einer überquerenden Sauerstoff-Wasserstoff Heizung
unterliegt.
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Beschreibung
der zugehörigen
Technik
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Im
Allgemeinen wird der Prozess der Herstellung einer optischen Faser
in zwei Schritte geteilt: der Prozess der Fertigung einer Optische-Faser-Vorform
und der Extrusionsprozess des Extrudierens eines Stranges aus der
Optische-Faser-Vorform. Die Kern/Innenmantel-Fertigung ist in der
Technik altbekannt und kann auf verschiedene Arten durchgeführt werden,
wie z. B. durch die modifizierte chemische Abscheidung aus der Dampfphase
(MCVD), die das Durchleiten von hochreinem Gas durch das Innere
eines Siliciumdioxidrohrs einbezieht, während die Außenseite
der Rohrwand erhitzt wird.
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1 stellt
die herkömmliche
MCVD-Technik dar, die verwendet wird, um eine optische Vorform zu
fertigen. Zwei Enden des Quarzrohrs T sind durch ein Paar Spannfutter 12 befestigt,
die sich jeweils an gegenüberliegenden
Enden einer horizontalen Drehbank 10 oder Ähnlichem
befinden. Das Quarzglasrohr T wird von einem in Pfeilrichtung A3 überquerenden
Brenner B erhitzt, während
es in Pfeilrichtung A1 der A-Achse gedreht wird. Gleichzeitig wird
Sauerstoffgas mit SiCl und anderen chemischen Substanzen in Pfeilrichtung
A2 in das Quarzglasrohr T eingeblasen, um Ruß auf der Innenfläche des
Quarzglasrohrs T zu bilden. In dem erhitzten Bereich des Rohrs tritt
eine Gas-Phasen-Reaktion auf, die Teilchen an der Rohnnrand ablagert.
Da die Hitze darüber
fährt, wird
die Ablagerung gesintert. Sobald die Ablagerung abgeschlossen ist,
wird der Trägerkörper erhitzt,
um das Rohr zu zerbrechen und eine stabile, gefestigte Vorform zu
erhalten, in der das Rohr den äußeren Abschnitt
des Innenmantel-Materials begründet.
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Während des
oben beschriebenen Herstellungsprozesses einer Optische-Faser-Vorform ist es notwendig,
eine Routineüberprüfung durchzuführen, um
zu gewährleisten,
dass der Nivellierungszustand der Optische-Faser-Vorform im Wesentlichen
horizontal ist. Dieser Nivellierungsprozess wird oft durch einen
Facharbeiter durchgeführt,
um manuell die Nivellierung der Optische-Faser-Vorform an einen
gewünschten
Punkt anzupassen. Zu diesem Zweck verwendet der Arbeiter eine Nivellierstange,
um unter Verwendung einer TeflonTM-Stütze die
horizontale Ausrichtung der Optische-Faser-Vorform anzupassen. Diese
Art des Nivellierungsvorgangs ist als solche anfällig für viele menschliche Fehler
und erfordert eine Vollzeit-Kraft, die sich ausschließlich dem Nivellierungsprozess
widmet. Dementsprechend ist der zurzeit angewendete Nivellierungsprozess
unökonomisch
und unzuverlässig.
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Übersicht über die
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung überwindet
die oben beschriebenen Probleme und liefert zusätzliche Vorteile durch die
Bereitstellung einer automatischen Quarzglasrohr-Nivellierungs-Vorrichtung, die fähig ist,
den Nivellierungszustand einer Optische-Faser-Vorfonr automatisch fortlaufend zu messen,
ohne dass zusätzliche
Arbeiter zur Überwachung
des Nivellierungszustands benötigt
werden.
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Nach
einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung umfasst eine automatische
Quarzglasrohr-Nivellierungs-Vorrichtung für die Herstellung einer Optische-Faser-Vorform,
unter Verwendung der Technik einer modifizierten chemischen Abscheidung
aus der Dampfphase (MCVD), folgendes: ein Quarzglasrohr, das zur
Herstellung einer Optische-Faser-Vorform in einem horizontalen Stützteil,
oder Gleichwertigem, angeordnet ist; eine Messvorrichtung, die mindestens
eine Licht-Ausstrahlvorrichtung und mindestens eine Licht-Empfangsvorrichtung
aufweist, wobei die Licht-Ausstrahlvorrichtung, getrennt von der Licht-Empfangsvorrichtung
in gegenüberliegender Position über dem
Quarzglasrohr, und zur Messung eines oberen Excenterwertes und eines
unteren Excenterwertes eines äußeren Durchmessers
entlang der Längsseite
des Quarzglasrohrs angeordnet ist; eine Steuerung für den Empfang
der gemessenen oberen und unteren Excenterwerte von der Messvorrichtung,
zum Vergleichen der gemessenen Werte mit vorgegebenen Bezugswerten,
um einen Excenterdifferenzwert zu ermitteln und um einen notwendigen
Nivellierung-Messbereichsumfang festzulegen, um das Quarzglasrohr
auf einen gewünschten
Punkt auszurichten; und eine Übertragungsvorrichtung
zur Justierung der Ausrichtung des Quarzglasrohrs auf den gewünschten
Punkt, basierend auf dem Excenterdifferenzwert.
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Nach
einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung beinhaltet ein Verfahren
zur Nivellierung eines Quarzglasrohrs während der Herstellung einer Optische-Faser-Vorfonr
die folgenden Schritte: Bereitstellung des Quarzglasrohrs in einer
im Wesentlichen horizontalen Richtung; Bereitstellung einer entlang
der seitlichen Richtung des Quarzglasrohrs überquerenden Messvorrichtung;
Messen eines oberen Excenterwertes und eines unteren Excenterwertes,
bezüglich
eines äußeren Durchmessers
des Quarzglasrohrs; Vergleichen der gemessenen oberen und unteren
Excenterwerte mit jeweils vorgegebenen oberen und unteren Bezugswerten,
um einen Excenterdifferenzwert zu erhalten; und, gleichzeitig Justierung
der Nivellierung des Quarzglasrohrs, entsprechend dem Excenterdifferenzwert.
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Vorzugsweise
beinhaltet die Messvorrichtung der automatischen Quarzglasrohr-Nivellierungs-Vorrichtung
eine Laser-Abtast-Vorrichtung.
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Vorzugsweise
beinhaltet die Messvorrichtung einen Abtastbereich, der fähig ist,
auf einen Bereich auszustrahlen, der größer ist als der Längsdurchmesser
des Quarzglasrohrs, um die oberen und unteren Excenterwerte des
Quarzglasrohrs zu messen. Der Abtastbereich ist unmittelbar gegenüber dem
Quarzglasrohr angeordnet.
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Vorzugsweise
beinhaltet die Übertragungsvorrichtung
ferner folgendes: einen Steuermotor, eine Kugelumlaufspindel, die
mit dem Steuermotor entlang der Länge des Quarzglasrohrs unter
Verwendung einer Kupplung verbunden ist, einen Kugelumlaufspindelblock,
der für
die Bewegung entlang der Länge
des Quarzglasrohrs, entsprechend den Umdrehungen des Steuermotors,
mit der Kugelumlaufspindel verbunden ist und eine Nivellierungsstütze, die
mit dem Kugelumlaufspindelblock verbindbar ist, um den Nivellierungsablauf
für das
Quarzglasrohr, anschließend
an die Bewegung in einem durch die Umdrehung der Kugelumlaufspindel
festgelegten Nivellierung-Messbereichsumfang des Quarzglasrohrs,
durchzuführen.
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Vorzugsweise
sind zwischen dem Kugelumlaufspindelblock und der Nivellierungsstütze ferner ein
Hydraulikzylinder, oder noch besser ein Druckluftzylinder, und eine
Feder bereitgestellt. Die Feder kann zwischen einem Ausleger des
Hydraulik- oder Druckluftzylinders und der Nivellierungsstütze eingebunden
sein.
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Vorzugsweise
besteht die Nivellierungsstütze
aus einer TeflonTM-Stütze.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
vorgenannten und andere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung
werden durch die folgende ausführlichere
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
ersichtlich, wie in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt, worin
die jeweiligen Bezugszeichen sich durchgehend in verschiedenen Ansichten
auf dieselben Anteile oder Bestandteile beziehen. Die Zeichnungen
sind nicht unbedingt maßstäblich, aber
stattdessen ist der Schwerpunkt auf die Darstellung der Grundsätze der
Erfindung gelegt, wobei folgendes gilt:
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1 stellt
eine schematische Ansicht einer Anordnung einer herkömmlichen
Vorrichtung zur Herstellung einer Optische-Faser-Vorform unter Verwendung
der MCVD-Technik
dar;
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2 stellt
ein Blockdiagramm für
eine automatische Quarzglasrohr-Nivellierungs-Vorrichtung nach einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar;
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3 stellt
ein schematisches Diagramm dar, das die Anordnung einer automatischen
Quarzglasrohr-Nivellierungs-Vorrichtung in Verbindung mit einem
Quarzglasrohr nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht;
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4 stellt
eine Vorderansicht von 3 dar; und
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5 stellt
ein schematisches Diagramm dar, das die Anordnung einer Übertragungsvorrichtung
für die
automatische Quarzglasrohr-Nivellierungs-Vorrichtung nach einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Um
für ein
vollständiges
Verständnis
der vorliegenden Erfindung zu sorgen, werden in der folgenden Beschreibung,
eher zum Zweck der Erläuterung als
zum Zweck der Einschränkung,
spezielle Einzelheiten, wie die besondere Bauweise, Schnittstellen, technische
Verfahren etc., dargelegt. Für
Fachleute wird jedoch ersichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung
in anderen Ausführungsformen,
die von diesen speziellen Einzelheiten abweichen, angewendet werden
kann. Zum Zweck der Vereinfachung und Klarheit, werden ausführliche
Beschreibungen von altbekannten Vorrichtungen und Verfahren vorzugsweise
weggelassen, damit die Beschreibung der vorliegenden Erfindung nicht
durch unnötige
Einzelheiten unklar gemacht wird.
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Um
ein Verständnis
dieser Erfindung zu erleichtern, wird besonders erwähnt, dass
eine X-Achsen-Richtung eine Längsrichtung
eines Quarzglasrohrs T darstellt, eine Y-Achsen-Richtung eine Auf/Ab-Richtung
des Quarzglasrohrs darstellt, und eine Z-Achsen-Richtung stellt eine Abstrahlrichtung einer
Messvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung dar.
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Wie
in 2 bis 4 gezeigt, ist die automatische
Quarzglasrohr-Nivellierungs-Vorrichtung nach
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung so gestaltet, dass sie eine genaue Messung
des Nivellierungszustandes eines Quarzglasrohrs T liefert und den
gemessenen Nivellierungszustand mit einem vorgegebenen Bezugswert vergleicht.
Wenn sich eine Abweichung ergibt, kann der Nivellierungszustand
des Quarzglasrohrs T in Echtzeit mit einer Übertragungsvorrichtung angepasst
werden (später
bezüglich 5 erläutert).
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Auf 2 zurückkommend,
beinhaltet die automatische Quarzglasrohr-Nivellierungs-Vorrichtung nach
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eine Messvorrichtung 34 zur Messung
eines oberen Excenterwertes TO und eines unteren Excenterwertes
BO, die sich von dem äußeren Durchmesser
des Rohrs jeweils nach oben und unten ausdehnen, eine Steuerung 36 für den Empfang
der jeweils gemessenen Werte von der Messvorrichtung 34 und
zum Vergleichen der gemessenen Werte mit den vorgegebenen Bezugswerten,
um einen Excenterdifferenzwert zu ermitteln und eine Übertragungsvorrichtung 38 zur
Durchführung
der Nivellierung des Quarzglasrohrs T, als Reaktion auf eine Anweisung
der Steuerung 36. Die Übertragungsvorrichtung 38 beinhaltet
einen Steuermotor und eine TeflonTM-Stütze, die
mit dem Steuermotor zur wirksamen Durchführung der Nivel lierung des Quarzglasrohrs
T verbunden ist. Eine ausführliche Beschreibung
der Übertragungsvorrichtung 38 wird später erläutert.
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3 und 4 erläutern die
Messvorrichtung 34 zur Messung des Nivellierungszustandes des
Quarzglasrohrs T auf Online-Basis. Die Messvorrichtung 34 beinhaltet
eine Gruppe, bestehend aus einer Licht-Ausstrahlvorrichtung 34a und
einer Licht-Empfangsvorrichtung 34b, zwischen denen sich
das Quarzglasrohr T befindet. Die Licht-Ausstrahlvorrichtung 34a und
die Licht-Empfangsvorrichtung 34b laufen entlang der Längsrichtung
(X-Richtung) des Quarzglasrohrs T, um seinen Nivellierungszustand
zu messen. Insbesondere ist die Messvorrichtung 34 in Betrieb,
um den Nivellierungszustand des Quarzglasrohrs zu messen, d. h.,
den oberen Excenterwert TO und den unteren Excenterwert BO, im Verhältnis zu
dem Quarzglasrohr T.
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In
dieser Ausführungsform
kann eine Laser-Abtast-Einheit als die Messvorrichtung 34 nach dem
technischen Verfahren der vorliegenden Erfindung verrwendet werden.
Als solches entspricht der Abtastbereich der Licht-Ausstrahlvorrichtung 34a einem
Laser-Ausstrahlbereich,
und der ausgestrahlte Laserstrahl fällt in die Licht-Empfangsvorrichtung 34b ein.
Die Messvorrichtung 34 misst den Nivellierungszustand des
Quarzglasrohrs T, und versorgt dann die Steuerung 36, für einen
Vergleich mit den vorgegebenen Bezugsdaten, mit den gemessenen Daten.
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Man
beachte, dass bei der Messung des äußeren Durchmessers des Quarzglasrohrs
T durch die Messvorrichtung 34, der Abtastbereich (S) größer sein
muss als der äußere Durchmesser
des Quarzglasrohrs T. Die Licht-Ausstrahlvorrichtung 34a der Messvorrichtung 34 strahlt
einen Laserstrahl auf das Quarzglasrohr T ab, so dass der abgestrahlte
Laserstrahl das Quarzglasrohr T durchläuft, um in die Licht-Empfangsvorrichtung 34b einzufallen.
Dementsprechend muss die Längsausdehnung
des Abtastbereiches (Laserausstrahlbereich 34a) der Messvorrichtung 34 größer sein
als der äußere Durchmesser des
Quarzglasrohrs (d), damit die Messung der oberen und unteren Excenterwerte
TO und BO in exakter Weise erfolgen kann. Hier machen es die linearen
Eigenschaften des Laserstrahls möglich,
den Nivellierungszustand des Quarzglasrohrs T, d.h. die oberen und
unteren Excenterwerte, exakt zu messen. Als solches läuft ein
Lichtstrahl von 34a nach 34b über das Rohr, das einen oberen
Grenzbereich TO und einen unteren Grenzbereich BO beinhaltet, so
dass der Lichtstrahl auf dem Weg durch das Rohr abgelenkt wird und
nur nicht abgelenktes Licht von 34b ermittelt wird. Da 34a und 34b sich
in X-Richtung bewegen, ermittelt 34b deshalb eine Veränderung
im oberen Wert TO und im unteren Wert BO durch eine vorherige Aufzeichnung
und vergleicht sie mit den jeweils vorgegebenen Werten, z. B. Tthresh und Bthresh um
den jeweiligen Differenzwert zu ermitteln. Dann wird die Nivellierung
nach den jeweiligen Differenzwerten durchgeführt, um das Rohr in eine im
Wesentlichen horizontale Richtung auszurichten.
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Wie
in den vorangegangenen Abschnitten beschrieben, kann die Messvorrichtung 34 nicht
nur den äußeren Durchmesser
des Quarzglasrohrs messen, sondern auch die Ober- oder Top-)Grenze und die Unter-(oder
Boden-)Grenze des Quarzglasrohrs T. Der durch die Messvorrichtung 34 gemessene obere
Excenterwert kann mit der Einheit TO(+) oder TO(–) bezeichnet werden, während der
durch die Messvorrichtung 34 gemessene untere Excenterwert mit
der Einheit BO(+) oder BO(–)
bezeichnet werden kann.
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Im
Arbeitsbetrieb wird die Messung des oberen Excenterwertes TO und
des unteren Excenterwertes BO des Quarzglasrohrs durch die überquerende
Messvorrichtung 34 durchgeführt, dann werden die gemessenen
oberen und unteren Excenterwerte der Steuerung 36 zur Verfügung gestellt.
Danach vergleicht die Steuerung 36 die gemessenen oberen
und unteren Excenterwerte mit den jeweils vorgegebenen Bezugswerten,
um den Umfang der Veränderung
bei den jeweiligen Werten zu bestimmen. Basierend auf der Differenz,
bestimmt die Steuerung 36 für die Nivellierung den Messbereichsumfang
des Quarzglasrohrs. Zu diesem Zweck sendet die Steuerung ein Steuersignal,
das den erforderlichen Niveilierung-Messbereichsumfang des Quarzglasrohrs
T der Übertragungsvorrichtung 38 anzeigt, die
dann in Betrieb ist, um das Quarzglasrohr T, entsprechend dem von
der Steuerung 36 bestimmten Nivellierung-Messbereichsumfang,
zu bewegen.
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Bezüglich 5 beinhaltet
die Übertragungsvorrichtung 38 einen
Steuermotor 381, der durch die Steuerung 36 gesteuert
wird und eine TeflonTM-Stütze 386,
die mit dem Motor 381 zur wirksamen Durchführung der
Nivellierung des Quarzglasrohrs T verbunden ist. Die Übertragungsvorrichtung 38 beinhaltet
ferner eine Kugelumlaufspindel 382, die mit der Rotationswelle
des Steuermotors 381 verbunden ist und einen Kugelumlaufspindelblock 383 für die der
Rotation der Kugelumlaufspindel 382 entsprechende Bewegung
nach rechts oder links, einen Hydraulikzylinder (oder besser ein
Druckluftzylinder) 384, der zur Bereitstellung einer Aufwärts-/Abwärtsbewegung
mit dem Kugelumlaufspindelblock 383 verbunden ist und eine
TeflonTM-Stütze 386, die zur Durchführung der
Nivellierung des Quarzglasrohrs T mit einem Ende des Hydraulikzylinders 384 durch eine
Feder 385 verbunden ist. Die Feder 385 ist zwischen
einem Ende des Hydraulikzylinders 384 und der TeflonTM-Stütze 386 angeordnet,
um unnötige Schwingungen
während
des Nivellierungsprozesses des Quarzglasrohrs T zu neutralisieren.
Der Steuermotor 381 und die Kugelumlaufspindel 382 sind
miteinander durch eine Kupplung 387 zur Übertragung der
Antriebskraft verbunden.
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Durch
die Steuerung 36 startet der Motor 381, um sich
zu drehen und als Ergebnis dreht sich die Kugelumlaufspindel 382,
um den Kugelumlaufspindelblock 383 zu verschieben und nach
rechts oder links zu bewegen. Nach der Bewegung des Kugetumiaufspindelblocks 383 ist
der Hydraulik-(oder Druckluft-)Zylinder 384 in Betrieb,
um die TeflonTM-Stütze nach oben oder unten zu
verschieben, und so den Nivellierungsprozess durchzuführen. Das Ausmaß der Nivellierung
wird, basierend auf der Rückmeldung
der Messvorrichtung, wie es das Ereignis erfordert, durch die Steuerung 36 bestimmt.
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Wie
aus der vorangegangenen Beschreibung ersichtlich, wird es wertgeschätzt, dass
die automatische Quarzglasrohr-Nivellierungs-Vorrichtung nach der
vorliegenden Erfindung eine automatische Messung des Nivellierungszustandes
einer Optische-Faser-Vorform auf Online-Basis ermöglicht, ohne
eine Anzahl von Arbeitern zur Messung des Nivellierungszustandes
zu benötigen.
Ferner ist eine automatische Quarzglasrohr-Nivellierungs-Vorrichtung
für eine
Optische-Faser-Vorform mit hoher Zuverlässigkeit erzielt.
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Obwohl
die bevorzugten Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung dargestellt und beschrieben wurden, wird
es von Fachleute verstanden, dass verschiedene Änderungen und Abweichungen durchgeführt werden
können;
deshalb ist es beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung nicht
auf eine besondere offengelegte Ausführungsform beschränkt wird,
die als die beste Art zur Durchführung der
vorliegenden Erfindung betrachtet wird; stattdessen ist es beabsichtigt,
dass die vorliegende Erfindung alle Ausführungsformen einschließt, die
in den Geltungsbereich der beiliegenden Ansprüche fallen.