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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich im Allgemeinen auf hydraulische Spieleinsteller und insbesondere
auf einen hydraulischen Spieleinsteller der Bauart, bei der ein
Rückschlagventil
zumindest einen Teil des Leckage- bzw. Ausleckstromes aus der Druckkammer
zum Reservoir bzw. Speicher vorsieht.
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Hydraulische Spieleinsteller (manchmal auch
als "Liften" bzw. "Aufnehmer" bezeichnet) für Verbrennungsmotoren
werden seit vielen Jahren verwendet, um Freiräume, oder Spiel, zwischen Motorventilstrangkomponenten
unter variierenden Betriebsbedingungen zu eliminieren, um Effizienz
zu erhalten und Geräusch
und Abnutzung im Ventilstrang zu verringern. Hydraulische Spieleinsteller
arbeiten nach dem Prinzip, die Energie der Ventilbetätigungsnocke
durch hydraulisches Strömungsmittel
bzw. Fluid zu übertragen,
das in einer Druckkammer unter einem Kolben bzw. Plunger eingefangen
ist. Während
jedes Betriebs der Nocke wird, da die Länge der Ventilbetätigungskomponenten
infolge von Temperaturveränderungen
und Abnutzung variiert, es kleinen Mengen von Hydraulikfluid ermöglicht,
in die Druckkammer einzutreten oder daraus zu entweichen, was ein
Einstellen bzw. Anpassen der Position des Plungers und demzufolge
ein Anpassen der wirksamen Gesamtlänge des Ventilstrangs bewirkt.
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Der Nockenbetriebszyklus weist zwei
unterschiedliche Ereignisse auf: (1) Betrieb im Basiskreis und (2)
Ventilbetätigung.
Das Basiskreisereignis ist durch einen konstanten Radius zwischen
dem Nockendrehmittelpunkt und dem Nockenfolger gekennzeichnet, und
während
dieses Ereignisses wird keine Nockenenergie übertragen. Das Ventilbetätigungsereignis
ist durch einen variierenden Radius zwischen dem Nockendrehmittelpunkt
und dem Nockenfolger gekennzeichnet, was wirksam Nockenenergie überträgt, um ein
Motorventil zu öffnen
und zu schließen.
Während
des Ventilbetätigungsereignisses
werden ein Teil der von der Ventilfeder entstehenden Last, die Trägheit von
Ventilstrangkomponenten und Zylinderdruck durch den Ventilstrang
und durch den Spiel einsteller übertragen.
Die Last erhöht
den Druck des Hydraulikfluids in der Spieleinstellerduckkammer,
proportional zur Plungerfläche,
und in typischen hydraulischen Spieleinstellern, die momentan gewerblich
hergestellt werden, entweicht Fluid aus der Druckkammer zwischen
dem Plunger und der Wand des Spieleinstellerkörpers. Eine solche Einrichtung wird
als ein "herkömmlicher
Leckage"-Spieleinsteller bezeichnet.
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Wenn das Fluid entweicht, wird das
Volumen der Druckkammer verringert, und der Plunger bewegt sich
nach unten, was die wirksame Länge
des Spieleinstellers verkürzt.
Während
des Basiskreisereignisses bewegt die Spieleinstellerplungerfeder
den Plunger mit dem Körper
derart nach oben, dass kein Freiraum oder Spiel zwischen Ventilbetätigungskomponenten
besteht. Wenn dies auftritt, wird Hydraulikfluid durch das Plungerrückschlagventil
in die Druckkammer gezogen, und zwar ansprechend auf das ansteigende
Volumen der Druckkammer, wenn sich der Plunger nach oben bewegt.
Wenn sich die wirksame Länge
des Ventilstrangs während
des Ventilbetätigungszyklus
verkürzt,
wird positives Spiel erzeugt, und der Spieleinsteller dehnt sich
aus, was den Plunger in eine höhere
Position am Ende des Zyklus als zu Beginn bewegt. Wenn sich umgekehrt
die wirksame Länge
des Ventilstrangs während
des Ventilbetätigungszyklus
vergrößert, wird
negatives Spiel erzeugt, und der Spieleinsteller zieht sich zusammen, was
den Plunger zu einer niedrigeren Position am Ende des Zyklus als
zu Beginn bewegt. Der letztere Zustand tritt typischerweise auf,
wenn Ventilstrangkomponenten sich ansprechend auf steigende Temperatur
verlängern.
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Wie zuvor bemerkt, haben gewerbliche
Spieleinsteller der herkömmlichen
Leckagebauart das Entweichen von Fluid aus der Hochdruckkammer (oder "Leckagen") lediglich durch
die Passung des Plungers im Körper
gesteuert, weshalb enge Freiräume
dazwischen benötigt
werden sowie eine selektive Passung des Plungers am Körper. In
einem Versuch, die Ausgabe für
eine solche selektive Passung des Plungers im Körper als auch andere damit
verbundene Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, hat der Anmelder
der vor liegenden Erfindung einen Spieleinsteller entwickelt, bei
dem der Leckagestrom über
das Plungerrückschlagventil
verläuft.
Dieser verbesserte Spieleinsteller ist in EP-A-0794322, Stand der
Technik gemäß Art. 54(3)
EPÜ, "HYDRAULC LASH ADJUSTER", auf den Anmelder
der vorliegenden Erfindung lautend, dargestellt und beschrieben.
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Spieleinsteller der in der oben genannten
anhängigen
Anmeldung beschriebenen Art werden als "gedichtete Leckage"-Systeme besitzend bezeichnet. In Verbindung
mit der Entwicklung der Spieleinsteller der gedichteten Leckagebauart
wurde bestimmt, dass es nötig
ist, solche Spieleinsteller ohne Fluid in den Motor einzubauen (d.h.
den Spieleinsteller "trocken" einzubauen), und
dass, nachdem der Motor zu laufen beginnt, Öl auf eine Weise in den Spieleinsteller
gepumpt wird, die Fachleuten wohl bekannt ist. Wenn solche Spieleinsteller
bereits mit Hydraulikfluid gefüllt
wären,
vor dem Einbau in den Motor, wäre
der Einbauprozess nahezu unmöglich.
In einem gedichteten Leckagespieleinsteller stellt das Rückschlagventil
den einzigen Fluiddurchlass zwischen der Hochdruckkammer und dem
Reservoir dar, so dass eine auf den Plunger ausgeübte Drucklast
dazu führt,
dass Fluid durch das Rückschlagventil
gedrückt
wird. Während
des Einbauvorgangs sind, bei normalen Einbaugeschwindigkeiten, die
durch das Strömen
von Fluid aus dem Rückschlagventil
erzeugten hydrodynamischen Kräfte
ausreichend, um das Rückschlagventil
zu schließen,
bevor der Spieleinsteller genug verkürzt ist, um den Einbau zu ermöglichen.
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Es ist gebräuchlich, dass das Rückschlagventil
eine Kugel aufweist, und dass der Rückschlagventilsitz eine gerade,
verjüngte
Kegeloberfläche
aufweist. Während
des Testens des eingebauten Spieleinstellers gibt es periodisch
einen, bei dem das Ventil leckt, typischerweise aufgrund von Oberflächenunreinheiten
des Ventilsitzes. In solchen Fällen
ist es die allgemeine Praxis, den Ventilsitz feinzuschleifen bzw.
zu honen, um solche Unreinheiten zu entfernen, und dies würde typischerweise
mittels eines verjüngten,
kegelförmigen
Honrads erzielt. Wie für
Fachleute offensichtlich sein wird, kann, außer die Verjüngung am
Honrad ist nahezu eine perfekte Ergänzung zur Verjüngung des
Sitzes, der Honvorgang dazu führen, dass
eine wesentliche Menge Material entfernt wird, bevor die Ursache
des Lecks korrigiert ist, was den Sitzreparaturvorgang zeitaufwändig und
teuer macht, manchmal bis zu dem Punkt, an dem er nicht mehr wirtschaftlich
ist.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Aspekte der vorliegenden Erfindung
sind in den begleitenden Ansprüchen
ausgeführt.
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Ein hydraulischer Spieleinsteller
gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
ist von der gedichteten Leckagebauart und kann vor dem Einbau in
den Motor mit Hydraulikfluid gefüllt
werden.
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Der hydraulische Spieleinsteller
verringert Variationen von Zyklus zu Zyklus bei Ventiltimingereignissen
und hat eine Rückschlagventilsitzkonfiguration,
die derart ist, dass der Sitz, wann immer nötig, schnell und wirtschaftlich
repariert werden kann.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein axialer Querschnitt eines Spieleinstellers, der gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt ist, und mit dem Plungerrückschlagventil in der vollständig offenen
Position dargestellt ist.
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2 ist
ein vergrößerter,
axialer Teilquerschnitt ähnlich 1, der das Plungerrückschlagventil
in seiner geschlossenen Position darstellt.
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3 ist
eine weiter vergrößerte, Teilansicht, ähnlich den 1 und 2, die die Rückschlagventilsitzkonfiguration
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGS-BEISPIELS
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Nun Bezug nehmend auf die Zeichnungen, die
die Erfindung nicht begrenzen sollen, stellt 1 einen hydraulischen Spieleinsteller
dar, der gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
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Der Spieleinsteller der vorliegenden
Erfindung weist einen Körper 11 auf,
der durch eine Sackbohrung 13 definiert ist. Eine Plungeranordnung,
im Allgemeinen als 15 bezeichnet, ist gleitbar in der Sackbohrung 13 angeordnet
und umfasst ein oberes Plungerelement 17 und ein unteres
Plungerelement 19. Die Plungerelemente 17 und 19 wirken
zusammen, um eine Niedrigdruckkammer 21 zu definieren (nachfolgend
auch als "Reservoir" bezeichnet). Die Sackbohrung 13 und
die Plungeranordnung 15 wirken zusammen, um eine Hochdruckkammer 23 zu definieren
(nachfolgend als die "Druckkammer" bezeichnet). Eine
Rückschlagventilanordnung,
im Allgemeinen als 25 bezeichnet, funktioniert, um eine Fluidverbindung
zwischen dem Reservoir 21 und der Druckkammer 23 zu
gestatten.
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Zwischen dem unteren Plungerelement 19 und
der Bohrung 13 ist ein dynamisches Dichtglied 27 angeordnet,
gegen das ein Flansch 29 sitzt, der sich radial nach außen von
einem im Allgemeinen schalen- bzw. becherförmigen Halter 31 erstreckt. Obwohl
das vorliegende Ausführungsbeispiel
von der gedichteten Reservoirbauart ist, sei verstanden, dass die
vorliegende Erfindung ebenso in herkömmlichen Spieleinstellern der
Leckagebauart verwendet werden kann. Vorzugsweise gibt es eine Interferenz- bzw.
Presspassung zwischen dem Halter 31 und dem Teil mit verringertem
Durchmesser des unteren Plungerelements 19. Die Plungeranordnung 15 und
der Halter 31 sind in der gezeigten Position mittels einer Plungerfeder 33 gehalten.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird
Hydraulikfluid durch einen Anschluss 35, der sich in die
Bohrung 13 hinein öffnet
und eine Sammelnut 37 schneidet, an die Niedrigdruckkammer 21 geliefert.
Die Nut 37 schneidet eben falls einen Anschluss 39,
der durch das obere Plungerelement 17 definiert ist und
sich in die Niedrigdruckkammer 21 hinein öffnet. Ein
Kappenglied 41 hält
die Plungeranordnung 15 auf eine Fachleuten wohl bekannte
Weise. Abgemessenes Hydraulikfluid wird an den Motorkipphebel (nicht
gezeigt) mittels einer Ventilanordnung geliefert, im Allgemeinen
als 43 bezeichnet, die einen begrenzten Strom von Fluid nach außen aus der
Plungeranordnung 15 gestattet, die aber ebenso als ein
Rückschlagventil
wirkt, um das Einströmen von
Luft im Falle eines Niedrigdruck- oder Negativdruckzustands innerhalb
der Kammer 21 zu verhindern. Die Ventilanordnung 43,
deren Einzeiheiten keinen Teil der vorliegenden Erfindung bilden,
ist hier dargestellt als einen Stift 45 umfassend mit sich
nach außen
erstreckenden Teilen 47, die zusammengedrückt werden
können,
um den Stift 45 durch einen im Ende des oberen Plungerelements 17 ausgebildeten
Anschluss 49 an seinen Platz einschnappen zu lassen. Vorzugsweise
ist ein Kopf 51 am oberen Ende des Stiftes 45 ausgebildet
und funktioniert, um gegen eine benachbarte Oberfläche zu sitzen
und als das Rückschlagventil
zu dienen.
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Obwohl das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel ist,
sei von Fachleuten verstanden, dass unterschiedliche andere Mittel,
beispielsweise ein Schwerkraftstrom oder ein unabhängiger Vorrat,
vorgesehen sein können,
um Fluid an die Niedrigdruckkammer oder das Reservoir 21 zu
liefern, und dass Hydraulikfluid durch verschiedene andere Mittel
an den Kipphebel vorgesehen werden kann, die alle innerhalb des
Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen. Nun Bezug nehmend auf 2, in Verbindung mit 1, weist die Rückschlagventilanordnung 25 eine
Rückschlagkugel 53 auf,
die funktioniert, um mit einem Ventilsitz 55 in Eingriff
zu kommen, der durch eine zwischen einer Ventilöffnung 57 und einer
Bohrung 59 gebildete Oberfläche definiert ist, wobei die
Bohrung 59 durch die Unterseite des unteren Plungerelements 19 definiert
ist. In ihrer normalen Funktion als ein Rückschlagventil wird die Rückschlagkugel 53 entfernt vom
Ventilsitz 55 angeordnet sein, wenn sich die Plungeranordnung 15 nach
oben bewegt, unter dem Einfluss der Plungerfeder 33, was
es Hydraulikfluid gestattet, aus dem Reservoir 21 durch
die Ventilöffnung 57 und
die Bohrung 59, in die Hochdruckkammer 23 zu strömen. Um
ein solches Strömen
zu vereinfachen, definiert der Halter 31 eine Vielzahl
ausgeschnittener Bereiche 61, aber vorzugsweise sollte der
Halter 31 einen massiven Mittelteil 63 umfassen mit
einer Oberseite 63a, um die Bewegung der Rückschlagkugel 53 weg
vom Ventilsitz 55 zu der in 1 dargestellten
vollständig
offenen Position zu begrenzen.
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Das untere Plungerelement 19 definiert
einen Federsitz 65, der am oberen Ende des Ventilsitzes 55 angeordnet
ist, wobei der Federsitz vorzugsweise mit der Ventilöffnung 57 konzentrisch
ist. Angeordnet gegen den Federsitz 65 ist eine spiralförmige Druckfeder 69,
deren unteres Ende in Eingriff mit der Rückschlagkugel 53 steht.
Wie im Hintergrund der Offenbarung erwähnt wurde, wird die bekannte
gedichtete Leckagebauart eines Spieleinstellers "trocken" in den Motor eingebaut, was unerwünscht ist, da
der Spieleinsteller nicht ordnungsgemäss funktioniert, bis alle Luft
aus sowohl der Niedrig- als auch der Hochdruckkammer 21 und 23 ausgeblasen
bzw. ausgespült
worden ist.
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Daher ist, gemäss einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung, die Feder 69 bezüglich ihrer Federrate bzw.
-konstante, Windungsanzahl, usw. derart ausgewählt, dass die Rückschlagkugel 53 in
einem vorbestimmten, wiederholbaren Abstand vom Ventilsitz 55 gehalten
wird, wenn keine hydrodynamischen Kräfte auf die Rückschlagkugel 53 wirken. Wenn
die Plungeranordnung 15 einer äußeren Kraft vom Kipphebel ausgesetzt
wird, beginnt die Plungeranordnung 15, sich nach unten
zu bewegen, wodurch das Volumen der Hochdruckkammer 23 verringert wird,
und bewirkt einen Leckagestrom aus der Hochdruckkammer 23,
durch die Bohrung 59, dann durch die zwischen der Kugel 53 und
dem Ventilsitz 55 definierte Leckageöffnung. Das Leckagefluid strömt dann
durch die Ventilöffnung 57 und
in das Reservoir 21. Gemäß einem wichtigen Aspekt der
Erfindung führt
die Feder 69 zu einer bekannten, vorhersagbaren Leckageöffnung zwischen
der Rückschlagkugel 53 und
dem Ventilsitz 55, was einen beständigeren Leckagestrom und Spieleinstellerbetrieb
vorsieht.
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Bei einer weiteren Abwärtsbewegung
der Plungeranordnung 15 steigt der Druck in der Hochdruckkammer 23 weiter
an, und Fluid strömt
an der Rückschlagkugel 53 vorbei.
Die durch das an der Rückschlagkugel 53 vorbeiströmende Fluid
verursachte hydrodynamische Widerstandskraft bewirkt, dass sich
die Rückschlagkugel
nach oben bewegt in Gegensatz zur Abwärtsvorspannkraft der Feder 69, was
den Leckagestrom graduell verringert. Diese Widerstandskraft ist
proportional zur Fluidgeschwindigkeit, der Fluidviskosität und der
Vorderfläche
der Rückschlagkugel.
Die Kräfte,
die wirken, um das Rückschlagventil
offen zu halten, umfassen die Trägheit
der Rückschlagkugel,
auf die Rückschlagkugel wirkende
Schwerkraft und die Federlast. Schließlich erreicht die Rückschlagkugel 53 ihre
geschlossene Position, in Eingriff mit dem Ventilsitz 55,
die Position, der sie sich in 2 annähert. An
diesem Punkt im Betrieb des Spieleinstellers ist Fluidverbindung
von der Hochdruckkammer 23 zum Reservoir 21 wirksam blockiert,
was unter Druck stehendes Fluid in der Kammer 23 einfängt, so
dass der Spieleinsteller tatsächlich
ein "festes" Glied ist.
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Ein wichtiger Vorteil der vorliegenden
Erfindung ist, dass der Spieleinsteller, einschließlich der Rückschlagventilanordnung 25,
in verschiedenen Ausrichtungen und Betriebswinkeln verwendet werden
kann ohne seinen Betrieb bezüglich
Variationen von Zyklus zu Zyklus ungünstig zu beeinflussen. Beim
Spieleinsteller des Stands der Technik, der eine "freie" Rückschlagkugel
verwendet, die nur infolge ihres eigenen Gewichts offen ist, würde ein
Abweichen von einer im Wesentlichen senkrechten Ausrichtung zu noch
größerer Unbeständigkeit
des Betriebs führen.
Die Rückschlagkugel 53 im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
wird wirksam zur offenen Position der 1 hin "gezwungen" oder vorgespannt,
und zwar auf eine solche Weise, dass es eine vorhersagbare, wiederholbare
Leckageöffnung
zwischen der Rückschlagkugel 53 und
dem Ventilsitz 55 gibt.
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Obwohl das vorliegende Ausführungsbeispiel
eine spiralförmige
Druckfeder 69 umfasst, die die Rückschlagkugel 53 zur
offenen Position der 1 hin
vorspannt, werden Fachleute verstehen, dass die Erfindung nicht
darauf begrenzt ist. Verschiedene andere Federkonfigurationen könnten verwendet
werden, innerhalb des Erfindungsumfangs, wobei ein Beispiel eine
Blattfeder ist, wobei ein Ende davon durch das untere Plungerelement 19 getragen ist,
und das andere Ende davon über
der Rückschlagkugel 53 angeordnet
ist und die Kugel 53 auf die gleiche Weise nach unten vorspannt
wie im bevorzugten Ausführungsbeispiel.
In jedem Fall wird angenommen, dass es im Bereich der Fähigkeiten von
Fachleuten liegt, ein geeignetes Vorspannglied für den jeweiligen Spieleinsteller
und die jeweilige Motoranwendung auszuwählen, wobei der gewünschte Betrieb
des Spieleinstellers erzielt wird.
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Wie in der oben erwähnten
US 5622147 dargestellt und
beschrieben ist, kann das Rückschlagventilglied
ein zylindrisches Glied aufweisen, oder ein anderes geeignetes Glied
anders als die Rückschlagkugel,
und dies ist auch der Fall in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung.
Jedes Rückschlagventilelement,
das in Verbindung mit einem gedichteten Leckagespieleinsteller verwendet
werden kann, kann auch mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
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Es ist ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung,
die Feder 69 derart auszuwählen, dass die hydrodynamischen
Kräfte,
die durch das Fluid erzeugt werden, das während des Einbaubetriebs an der
Rückschlagkugel 53 vorbei
strömt,
nicht ausreichend sind, um die Rückschlagkugel 53 zu
schließen.
Daher kann der Spieleinsteller der vorliegenden Erfindung vor dem
Einbau in den Motor mit Fluid gefüllt sein, und der Einbauvorgang
kann dennoch mit der normalen Geschwindigkeit ausgeführt werden. Andererseits
darf die Kraft der Feder 69 nicht derart sein, dass sie
verhindert, dass sich das Rückschlagventil 25 während eines
normalen Motorbetriebs schließt,
wenn sich die Plungeranordnung 15 nach unten bewegt, wie
zuvor beschrieben wurde.
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Nun vorwiegend auf 3 Bezug nehmend wird ein weiterer Aspekt
der Erfindung beschrieben werden. Lediglich beispielhaft und nicht
begrenzend weist der Ventilsitz 55 im vorliegenden Ausführungsbeispiel
einen Teil eines Kreises mit dem Radius R auf, gesehen im Querschnitt.
Fachleute werden aus der fol genden Beschreibung erkennen, dass verschiedene
andere gekrümmte
Oberflächen
für den Ventilsitz 55 verwendet
werden könnten.
Es sollte offensichtlich sein, dass die Kontaktlinie zwischen der Rückschlagkugel 53 und
dem Ventilsitz 55 ein Kreis ist, wenn er entlang der Achse
des Plungers gesehen wird.
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In 3 ist
der Kontaktwinkel A zwischen der Rückschlagkugel 53 und
dem Ventilsitz 55 dargestellt. Beim Gestalten der Rückschlagventilanordnung
ist es wichtig, den Kontaktwinkel A auszuwählen, um ein Verkeilen der
Rückschlagkugel 53 im Ventilsitz 55 zu
verhindern. Es wurde bestimmt, dass zum Verhindern eines solchen
Verkeilens der Kontaktwinkel A größer als 30° sein sollte. Es wird als im Bereich
der Fähigkeiten
von Fachleuten angenommen, für
jede jeweilige Rückschlagkugel
und Ventilsitzgeometrie den Minimalkontaktwinkel A zu bestimmen,
der notwendig ist, um ein Verkeilen zu vermeiden.
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Im Falle, dass der Ventilsitz 55 eine
Abweichung hat, die ein Lecken während
dem Testen gestattet, ist die Konfiguration des Ventilsitzes der
vorliegenden Erfindung derart, dass er schnell und wirtschaftlich
repariert werden kann. Um solche Reparaturen durchzuführen, wäre es bevorzugt,
ein Honrad mit einem Kegelwinkel zu verwenden, der im Wesentlichen
gleich dem in 3 gezeigten
Kontaktwinkel A ist. So kann der Ventilsitz 55 repariert
werden, indem nur eine sehr kleine Menge Material vom Ventilsitz
abgeschliffen wird, vorausgesetzt, dass das Honrad am Ventilsitz
an der Kontaktlinie mit der Rückschlagkugel
angreifen wird. Des Weiteren macht es die Krümmung des Ventilsitzes 55 sehr wahrscheinlich,
dass nur eine sehr kleine Menge Material entfernt werden muss, um
die Abweichung vom Ventilsitz zu entfernen.
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Die Erfindung wurde in der vorangegangenen
Beschreibung in großer
Einzelheit beschrieben und es wird angenommen (20825), dass verschiedene
Veränderungen
und Modifikationen der Erfindung für Fachleute beim Lesen und
Verstehen der Beschreibung offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt, dass
alle solchen Veränderungen
und Modifikationen in der Erfindung umfasst sind, insoweit sie in
den Umfang der angefügten
Ansprüche
fallen.