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Die Erfindung bezieht sich auf ein Getriebesystem mit einem
Raddrehgeschwindigkeits-Sensor für eine Antriebsachse und
insbesondere auf einen Raddrehgeschwindigkeits-Sensor zum
Einbau in eine Achse, der eine minimale Veränderung der
Achse erfordert.
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Eine Automobil-Traktionskontrolle oder ein adaptives
Bremssystem erfordert eine Darstellung der Drehgeschwindigkeit
der Räder des Fahrzeugs. Bestehende Systeme verwenden
Sensoren, die umfangreiche Veränderungen bei bestehenden
Antriebsachsen erfordern. Ein Beispiel ist die US-A-3 769 533,
die in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Zahnradzähne
enthält, die auf den Außenflächen des Differentialgehäuses
und der Antriebswelle ausgebildet sind. Diese Zähne wirken
mit einer elektromagnetischen Aufnahmevorrichtung zusammen,
die in einer in dem Achsgehäuse ausgebildeten Öffnung
getragen ist. Es ist eine umfangreiche Veränderung des
Achsgehäuses notwendig, um die magnetische Aufnahmevorrichtung
anzupassen. Ferner werden alle magnetisierbaren
Verunreinigungen, die in dem schmierenden Öl der Achse vorliegen können,
zu der magnetischen Aufnahmevorrichtung hingezogen, was ein
kontinuierliches Ansammeln hervorruft, welches schließlich
zu einem magnetischen Nebenschluß führt, der einen Ausfall
des Systems hervorruft. Außerdem führen, wenn
elektromagnetische Aufnahmevorrichtungen in gegenseitiger Nähe
angeordnet sind, um Daten über die Raddrehgeschwindigkeit in der in
der US-A-3 769 533 beschriebenen Weise aufzunehmen,
Magnetstörungen zwischen den Aufnahmevorrichtungen zu fehlerhaften
Signalen der Raddrehgeschwindigkeiten.
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In der EP-A-0 357 870 (benannte Staaten: DE, FR, GB, IT,
SE), die nach dem Prioritätstag der vorliegenden Anmeldung
veröffentlicht wurde, ist ein Drehgeschwindigkeits-Sensor
mit Reluktanz-Prinzip offenbart. Dieser bekannte
Drehgeschwindigkeits-Sensor
umfaßt einen Stator mit zwei
koaxialen, axial voneinander beabstandeten Elementen. Jedes der
Statorelemente weist einen ersten und einen zweiten radialen
Abschnitt auf. Der erste, radial innere Abschnitt jedes
Statorelements weist abwechselnde, in Umfangsrichtung
voneinander beabstandete Bereiche auf, die erste und zweite Beträge
von magnetischer Permeabilität bieten. Die Statorelemente
befinden sich in einer magnetischen Verbindung miteinander.
Zwischen den Statorelementen ist ein Magnet angeordnet. Ein
Rotor ist drehbar um eine Achse angeordnet. Auch dieser
Rotor weist abwechselnde, in Umfangsrichtung voneinander
beabstandete Bereiche auf, die erste und zweite Beträge von
magnetischer Permeabilität bieten. Der Rotor, der Magnet und
der Stator sind so angeordnet, daß sie einen Magnetflußweg
bilden, wodurch bei Drehung des Rotors in dem Magnetflußweg
eine Veränderung eines Magnetflusses induziert wird, welche
die Drehgeschwindigkeit des Rotors relativ zu dem Stator
angibt. Es sind Mittel vorgesehen, um diese Veränderung des
Magnetflusses in dem Flußweg zu erfassen. Gemäß einer
besonderen Ausführungsform wird ein solcher Drehgeschwindigkeits-
Sensor bei einem Getriebesystem zum Erzeugen eines
elektrischen signals verwendet, welches die Drehgeschwindigkeit
eines sich drehenden Differentialgehäuses des
Getriebesystems angibt. Das Differentialgehäuse ist in einem
feststehenden Träger angeordnet und umfaßt einen sich axial
erstreckenden Flansch. Ein normalerweise nicht drehbarer
Einstellring ist koaxial mit dem Flansch so angeordnet, daß
eine axiale Einstellung der Stellung des
Differentialgehäuses relativ zu dem Träger bereitgestellt ist. Der Rotor des
Drehgeschwindigkeits-Sensors ist mit dem Flansch verbunden.
Der Stator ist mit dem Einstellring verbunden.
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Das vorliegende Getriebesystem, das einen
Raddrehgeschwindigkeits-Sensor umfaßt, verbessert Getriebesysteme nach dem
Stand der Technik durch Verwendung einer axial kompakten
Gestaltung des Sensors, um ein effizientes Anpassen an
bereits bestehende Achsen zu ermöglichen, während minimale
Veränderungen notwendig sind. Der vorliegende
Drehgeschwindigkeits-Sensor
umfaßt einen Rotor und einen Stator, die
jeweils Schlitze abgrenzende Zähne aufweisen und mit einem
ringförmigen Magneten in Verbindung stehen, um den
Magnetfluß in dem Magnetkreis zu erhöhen und zu vermindern. Ein
solcher Aufbau ermöglicht ein Messen von Drehgeschwindigkeit
entsprechend der Erhöhung und Verminderung des
Magnetflusses. Die von dem Rotorsystem erzeugten Veränderungen des
Flusses induzieren in bekannter Weise eine Wechselspannung
in einer Drahtschleife, um die Drehgeschwindigkeit angebende
Signale zu erzeugen.
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Es werden zwei Anwendungen offenbart. In einer
ausschließlich beispielhaft gegebenen ersten Anwendung, die nicht Teil
der beanspruchten Erfindung ist, wird von einem einzigen
Sensor, der die Drehgeschwindigkeit des Differentialgehäuses
erfaßt, ein einziges Drehgeschwindigkeitssignal erzeugt,
welches der Durchschnittsgeschwindigkeit der beiden
Antriebswellen entspricht. Bei der zweiten Anwendung werden
von zwei Sensoren, die jeweils ein Signal liefern, welches
der Drehgeschwindigkeit von einer Antriebswelle bzw. der
Drehgeschwindigkeit des Differentialgehäuses entspricht,
zwei Signale erzeugt, die zum Bestimmen der tatsächlichen
Drehgeschwindigkeit jeder Antriebswelle verwendet werden
können.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines üblichen
Drehgeschwindigkeits-Sensors, der bei der vorliegenden Erfindung
verwendet werden kann;
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Fig. 2 ist eine Explosionsansicht des in Fig. 1
dargestellten Sensors;
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Fig. 3 ist ein Querschnitt entlang der Linie III-III des in
Fig. 1 dargestellten Sensors;
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Fig. 4 ist eine Ansicht des in Fig. 3 dargestellten Sensors,
der in einem Differentialgehäuse-Einstellring angebracht
ist, um die Drehgeschwindigkeit des Differentialgehäuses zu
messen; und
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Fig. 5 ist eine Ansicht eines doppelten Sensors, der gemäß
der vorliegenden Erfindung in einem Differentialgehäuse
angebracht ist und von dem Differentialgehäuse und einer
Antriebswelle angetrieben wird.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
umfaßt einen ringförmigen Drehgeschwindigkeits-Sensor, der
in ein Achsgehäuse eingebaut ist. Ein Beispiel eines
geeigneten Sensors, der allgemein mit 10 bezeichnet ist, ist in
Fig. 1 dargestellt.
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Dieser Sensor ist in einer feststehenden Bohrung 12
angebracht und wird von einer sich drehenden Welle 14
angetrieben. Von einer inneren Erfassungsschleife kommen elektrische
Anschlüsse 16.
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Wie in Fig. 2 dargestellt ist, sind die Bestandteile des
Sensors teleskopartig von dem linken Rand eines
Sensor-Halteelements 18 aus in dieses eingesetzt. Der Rand 20 wird
umgerollt, so daß er mit der Lippe 22 dahingehend
zusammenwirkt, die Bestandteile des Sensors innerhalb des
Halteelements 18 zurückzuhalten. Die in Fig. 2 dargestellte
doppellippige Anordnung ist nur ein Beispiel für geeignete
Haltemittel, die bei Sensoren gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet werden können. Es kann eine Vielzahl von anderen
Haltemitteln verwendet werden, einschließlich Klebstoff.
Ringförmige Statorelemente 24 und 26 stellen einen
geschlossenen Magnetweg für einen Magnetfluß bereit, der sich vom
Innenrand 28 zum Außenrand 30 erstreckt. Auf den Innenseiten
der Statorelemente 24 und 26 sind in Umfangsrichtung
voneinander beabstandete, radial angeordnete Zähne 32 und Schlitze
31 ausgebildet, die mit zugehörigen Zähnen 34 und Schlitzen
33 zusammenwirken, die in dem Rotor 36 ausgebildet sind, um
die Mittel zum Erfassen der Drehgeschwindigkeit
bereitzustellen. Ein axial polarisierter, ringförmiger Magnet 38
stellt einen Magnetfluß für den Sensor 10 bereit. Eine
verkapselt mit dem Bezugszeichen 40 dargestellte
Erfassungsschleife besteht aus einer einfachen Wicklung mit mehreren
Windungen, deren Achse mit der Achse des montierten Sensors
zusammenfällt. Von den beiden Enden der Schleife 40
erstrecken sich Anschlußdrähte 16, um die die
Drehgeschwindigkeits-Signale darstellende Wechselspannung an eine (nicht
dargestellte) externe Signalverarbeitungseinheit anzulegen.
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Bei dieser beispielhaften Ausführungsform wird der Rotor 36
von der Welle 14 angetrieben. Der Rotor 36 ist in die
Schleife 40 eingesetzt, und die Kombination aus Rotor und
Schleife ist koaxial in den Magneten 38 eingesetzt. Diese
Baugruppe ist wiederum koaxial zu den Statorelementen 24 und
26 und zwischen diesen angeordnet.
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In Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht des in Fig. 1
dargestellten Sensors gezeigt. Bei dieser Ansicht ist die
ineinandergesetzte Anordnung des Rotors 36, der Schleife 40 und
des Magneten 38 dargestellt. Die Statorelemente 24 und 26
sind relativ dünne Teile, die beispielsweise aus 22 Gauge
1010-Stahl bestehen. Bei der dargestellten Konstruktion sind
die Statorelemente 24 und 26 von einer Schicht aus einem
nicht-magnetischen Material verstärkt, beispielsweise
spritzgegossener Kunststoff, der mit dem Bezugszeichen 44
versehen ist. Miteinander zusammenwirkende Lippen des
Halteelements 18 können dazu verwendet werden, die Bauteile des
Sensors in dem Halteelement zu halten. Dieser spezielle
Querschnitt der Statorelemente 24 und 26 zeigt bei dem
Bezugszeichen 31 einen Schlitz in jedem Statorelement. Die
Zähne und Schlitze der Statorelemente können mittels einer
Vielzahl von Verfahren ausgebildet werden, einschließlich
Pressen und Ätzen. Im Endzustand sind die Schlitze 31
vorzugsweise mit Verstärkungsmaterial 44 aufgefüllt. Das
Auffüllen
der Schlitze führt zu einer glatten durchgehenden
Oberfläche auf der Innenseite jedes Statorelements, so daß
dann, wenn der Rotor 36 an dieser schleift, kein Schaden
entstehen wird. Die Schleife 40 ist als in einer Spule 46
eingekapselt dargestellt. Der Anschluß der Enden der
Schleife 40 wird durch Anschlußdrähte 16 ausgebildet, die über
eine Zugentlastung 48 aus der Spule 46 austreten. Das
Statorelement 24 und das Verstärkungsmaterial 44 sind mit
Öffnungen versehen, um einen Durchgang der Zugentlastung 48
durch diese zu ermöglichen. Der Rotor 36 ist geringfügig
dünner als der Raum zwischen den Statorelementen 24 und 26,
um eine axiale Lauffreiheit bereitzustellen, und der
Außendurchmesser des Rotors 36 ist geringer als der
Innendurchmesser der Schleife 40, um einen radialen Freiraum
bereitzustellen.
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Zur Herstellung des Rotors 36 können verschiedene Techniken
verwendet werden. Der Rotor 36 kann beispielsweise ein
einteiliges Element sein, oder er kann zwei Hälften umfassen,
die mit nach außen gerichteten Zähnen so ausgerichtet sind,
daß sie in derselben Weise wie ein einteiliger Rotor wirken.
Der Rotor ist vorzugsweise in Kunststoff oder ein anderes
geeignetes Material (beispielsweise das Verstärkungsmaterial
44) eingekapselt, so daß die Schlitze 33 bündig aufgefüllt
sind und ein flaches Profil aufweisen.
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Die auf dem Innendurchmesser des Rotors 36 dargestellte Nabe
50 hält einen Elastomerring 52. Dieser Ring 52 weist vier
Funktionen auf. Zuerst stellt er einen Reibschluß zwischen
der Welle 14 und dem Rand 50 des Rotors 36 bereit. Zweitens
stellt er eine Vibrationsisolierung des Rotors relativ zu
seinem Antriebselement bereit. Drittens stellt die
Kontaktfläche zwischen den Statorelementen 24, 26 und dem Ring 52
eine Gleitdichtung bereit, um Verunreinigungen aus dem
Magnetflußweg heraus- und von den sich bewegenden Teilen des
Sensors 10 fernzuhalten. Viertens stellt ein Komprimieren
des Ringes an der Dichtfläche des Statorelements eine
Zentrierkraft
für den Rotor 36 bereit, welche einen Kontakt des
Rotors mit den Statorelementen 24 und 26 zu verhindern
sucht.
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Ein Reibungsantrieb des Rotors über den Ring 52 ist das
bevorzugte Antriebsmittel für den Drehgeschwindigkeits-Sensor;
allerdings können auch andere Mittel verwendet werden,
einschließlich Mitnehmer und Keile, die an Schlitzen an der
sich drehenden Welle angreifen, mit oder ohne Dichtung.
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Somit wird um die Schleife 40 ein geschlossener torischer
Magnetflußweg 53 (der ein Anziehen von magnetisierbaren
Verschmutzungen zu dem Sensor verhindert) ausgebildet, der
axial von einer Seite des Magneten 38 ausgeht und zu einem
benachbarten Statorelement, radial durch das Statorelement
hindurch, axial in den Rotor 36 und aus dem Rotor 36 in das
andere Statorelement und schließlich radial durch dieses
zweite Statorelement zurück zu dem Magnet 38 führt. Wenn
sich der Rotor 36 dreht, bewegen sich die Zähne 34 und 32
des Rotors und des Stators in eine einander
gegenüberliegende Stellung und aus dieser heraus, um die magnetische
Reluktanz des Magnetweges abwechselnd zu vermindern und zu
erhöhen. Die Änderung der Reluktanz erhöht und vermindert den
Magnetfluß in dem Magnetweg. Dieser Veränderung des Flusses
erzeugt in der Schleife 40 gemäß bekannter Prinzipien eine
Spannung. Die Ausgangsspannung an den Anschlüssen 16 ist
eine Wechselspannung mit einer Amplitude, die proportional
zur Drehgeschwindigkeit ist, und mit einer Frequenz, die
gleich der Drehgeschwindigkeit mal der Anzahl von Zähnen je
360 Grad ist.
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Eine Anwendung für einen flachen kompakten
Drehgeschwindigkeits-Sensor ist das Messen der Raddrehgeschwindigkeit bei
einer Antriebsachse eines Fahrzeugs. In Fig. 4 ist ein
Sensor 110 dargestellt, der in einen Einstellring 162 eines
Differentialgehäuses eingesetzt ist. Der Achsenträger 164
ist feststehend und mit einem Fahrzeug über das
Aufhängungssystem verbunden. Das Differentialgehäuse 166 trägt ein
Tellerrad
168, das von einem Ritzel angetrieben werden kann.
Das Differentialgehäuse 166 trägt auch Hinterachswellenräder
170 und 172, welche die Achse 174 über miteinander
zusammenwirkende Keile 176 drehen.
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Ein Kegelrollenlager 178 und ein (nicht dargestelltes)
gleiches Lager auf der anderen Seite der Antriebswelle 174
ermöglichen dem Differentialgehäuse 166, sich frei zu drehen.
Der Einstellring 162 und ein gleicher Ring an dem anderen
Ende der Antriebswelle 174 halten das Differentialgehäuse
166 über die Kegelrollenlager 178 in dem Achsträger 164 und
positionieren es. Der Einstellring 162 weist ein mit dem
Bezugszeichen 180 versehenes Außengewinde auf, welches in
den feststehenden Achsträger 164 eingeschraubt ist. Mittels
der beiden Einstellringe wird das Tellerrad 168 relativ zu
dem Antriebsritzel genau positioniert. Die Einstellringe
weisen Ausnehmungen auf, die zum Verriegeln der Stellung des
jeweiligen Einstellringes mittels eines Keils oder eines
Stifts verwendet werden. Ein flanschartiger Abschnitt 182 an
dem Differentialgehäuse 166 erstreckt sich zwischen dem
Einstellring 162 und der Antriebswelle 174 nach außen.
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Der Drehgeschwindigkeits-Sensor 110 und der Einstellring 162
sind für eine leichte Preßpassung des Sensors 110 in den
Einstellring 162 bemessen. Für eine sicherere Befestigung
kann auch ein Klebstoff verwendet werden. Der Elastomerring
152 gleitet über die Außenseite des Flansches 182 an dem
Differentialgehäuse 166. Der Flansch 182 ist lang genug, um
den Sensor 110 vor Beschädigung zu schützen, wenn die
Antriebswelle 174 in die Achse eingeschoben wird.
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Wie weiter oben ausgeführt wurde, ist ein Reibungsantrieb
des Rotors über den Elastomerring das bevorzugte
Antriebsmittel für den Drehgeschwindigkeits-Sensor. Der
Reibungsantrieb erleichtert den Zusammenbau, und er vermeidet
Ausrichtungsprobleme, die mit einem Verriegeln des Rotors an dem
Antriebselement verbunden sind. Ein Antrieb über Keile ist
möglich, erfordert jedoch extrem enge Toleranzen, um Spiel
zu vermeiden, welches fehlerhafte
Drehgeschwindigkeitssignale ergeben könnte.
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Allerdings kann unter gewissen Umständen ein Antrieb über
Keile notwendig sein, wenn ein hohes Antriebsmoment
notwendig ist, welches größer ist als das Reibungsmoment, welches
von dem Reibungsantriebsmittel bereitgestellt wird. Unter
diesen Umständen wird eine Kombination aus Reibungsantrieb
und Antrieb mittels Keilen bevorzugt.
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Somit mißt der Sensor 110 die Drehgeschwindigkeit des
Differentialgehäuses. Wenn das Fahrzeug nicht um eine Kurve
fährt, drehen sich das Differentialgehäuse 166 und die
(nicht dargestellten) Räder mit derselben
Winkelgeschwindigkeit. Wenn das Fahrzeug um eine Kurve fährt, dreht sich das
äußere Rad schneller als das innere Rad, und das
Differentialgehäuse 166 dreht sich mit der
Durchschnittsgeschwindigkeit der beiden Räder dieser Achse (unter der Annahme von
nur zwei Rädern auf der Achse). Ein Antiblockier-Bremssystem
oder ein Traktions-Kontrollsystem kann die
Drehgeschwindigkeit des Differentialgehäuses dazu verwenden, die Bremsen
dieser Achse zu steuern.
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Gemäß der Erfindung kann das gleiche Basiskonzept auch für
eine Antiblockier-Steuerung oder Traktions-Steuerung
verwendet werden, bei der die tatsächliche Drehgeschwindigkeit der
beiden Räder oder Antriebswellen einer Achse notwendig ist.
In Fig. 5 ist eine Anordnung von Bauteilen dargestellt, die
zum Erreichen dieses Ziels notwendig ist, wobei in dieser
Figur Sensoren 110 und 110A dargestellt sind, die in einem
modifizierten Einstellring 162A angebracht sind, der ein
Anbringen der beiden Sensoren auf derselben Seite der Achse
ermöglicht. Der erste Sensor 110 ist wie vorher in Fig. 4
dargestellt angeordnet, weshalb er die Drehgeschwindigkeit
des Differentialgehäuses mißt, das sich mit der
Durchschnittsgeschwindigkeit der beiden Antriebswellen dieser
Achse dreht. Auch der zweite Sensor 110A ist in dem
modifizierten
Einstellring 162A angebracht. Der Rotor des Sensors
110A greift nachgiebig an einem kreisförmigen Ring 612 an,
der an der Antriebswelle 174 befestigt ist, um einen
Reibungsantrieb des Rotors auszubilden. Somit mißt der Sensor
110A die Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle 174. Wenn die
Drehgeschwindigkeit einer Antriebswelle und der Durchschnitt
der Drehgeschwindigkeiten der beiden Antriebswellen bekannt
sind, können die Drehgeschwindigkeiten der beiden
Antriebswellen bestimmt werden mittels der Formel: das Doppelte des
Durchschnitts minus der bekannten Drehgeschwindigkeit der
Antriebswelle ist gleich der unbekannten Drehgeschwindigkeit
der Antriebswelle. Bei Verwendung dieser Technik ist nur ein
einziger Anbringungsort der Sensoren auf einer Seite des
Achsgehäuses notwendig. Zusätzlich wird das Anbringen und
die Wartung des Sensors vereinfacht. Eine weitere
Vereinfachung wird dadurch erreicht, daß die Statoren der beiden
Sensor-Baugruppen miteinander verbunden werden, um eine
einzige Sensor-Baugruppe zu ergeben. Eine solche Baugruppe
könnte dann als eine Einheit angebracht werden.
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Der Fachmann erkennt leicht, daß einige der in der
vorangegangenen Beschreibung und in den Zeichnungen dargestellten
speziellen Details beispielhaft sind und verändert werden
können, ohne die Lehren der Offenbarung zu verlassen. Dem
Fachmann ergeben sich verschiedene Veränderungen der in der
vorangegangenen Beschreibung erläuterten Erfindung. Alle
diese Veränderungen werden als innerhalb des Bereichs der
Erfindung liegend betrachtet, der ausschließlich von den
beigefügten Ansprüchen definiert ist.