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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Stators eines Fahrzeugwechselstromgenerators entsprechend den Ansprüchen 1 und
2.
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Von
den Zusammenfassungen der japanischen Patente Vol. 097, No. 011,
28. November 1997 (1997-11-28) und
JP 09191614 A (TAKAMORI: KK), 22. Juli 1997
(1997-07-22) ist ein Motorkern, und ein Verfahren und Maschine zur
Herstellung des Motorkerns bekannt. Um eine Verschlechterung der
dielektrischen Streifen durch Laminierung einer Vielzahl von Blocksegmenten,
die durch Stanzen einer dünnen
Metallplatte erzeugt werden, so daß die Grate der äußersten
Schicht nicht nach außen
gerichtet sind, zu verhindern, und anschließenden integralen Verstemmen
die Blocksegmente, wird ein nachteiliger Effekt der Grate auf die
Lackierungsleistung eliminiert. Unter den Blocksegmenten, wird das
Blocksegment der untersten Schicht nach oben gestanzt, so daß die Grate
nach oben gerichtet sind und die anderen Blocksegmente nach unten
gestanzt, so daß die
Grate nach unten gerichtet sind. Eine Vielzahl von Blocksegmenten
mit Graten verschiedener Richtungen werden auf das Blocksegment
der untersten Schicht laminiert und werden dann integral abgedichtet
bzw. verstemmt. Entsprechend diesem bekannten Aufbau wird der Gradeffekt
an dem Eckteil zwischen den Schlitzen des Kerns zur Wicklung einer
Ankerwicklung eliminiert, und der Isolierlack kann einheitlich aufgetragen
werden. Demzufolge wird eine genügende
dielektrische Stärke
sichergestellt und die Zuverlässigkeit
wird mit dieser bekannten Konstruktion verbessert.
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Aus
der WO 9740567 A ist ein Stator einer elektrischen Maschine bekannt,
einschließlich:
einem rückwärtigen Eisenbereich,
von welchem sich benachbarte radial nach innen hervorstehende Statorpole
erstrecken, welche Wicklungsschlitze definieren, einer Wicklung,
die eine Anzahl von Biegungen des lackbeschichteten Drahts aufweist,
welche um die Statorpole herum gewickelt ist und wobei der Stator
einen Stapel Laminierungen von magnetisierbaren Stahlblechen aufweist,
welche mit Ausschnitten versehen sind, um an den Randabschnitten
der Ausschnitte scharfe Kanten vorzusehen, einer Vielzahl von Isoliermänteln, welche
zwischen der Wicklung und der Innenwand der Schlitze angeordnet
sind, um einen Abrieb des Isolierlacks der Wicklung während der
Fertigung zu verhindern.
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Es
ist ferner bekannt, daß eine
Vielzahl von Leitersegmenten verschweißt sind, um eine Statorwicklung
eines Stators eines Wechselstromgenerators für ein Fahrzeug zu bilden. Zum
Beispiel offenbart WO 92/06527 einen Stator, dessen Statorwicklung
aus einer Vielzahl von U-förmigen
Leitersegmenten besteht. Die Leitersegmente werden von einem Ende
des Statorkerns eingefügt
und miteinander an dessen Abschnitten an dem anderen Ende des Statorkerns
verbunden. Der Stator kann gewöhnlich
angeordnete Spulen leichter als ein Stator mit einer Statorwicklung
von fortlaufend gewickelten Magnetdrähten aufweisen.
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In
der WO 92/06527 wird die Isolierung, welche zwischen dem Leitersegment
und dem Statorkern angeordnet ist, nicht beschrieben. Solche elektrische
Isolierungen sind jedoch unter manchen Umständen notwendig. Es wird bevorzugt,
daß solche Isolierungen
in die Schlitze zusammen mit den Leitersegmenten leicht eingefügt werden
können.
Solche Isolierungen sind Isolierschichten, welche als Isolierbeschichtungen
von Magnetdrähten,
Isolierblechen, die zwischen Leitersegmenten und einem Statorkern angeordnet
sind, oder Isolierschichten, die innere Oberflächen der Schlitze des Stators
bedecken, bekannt sind.
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Es
ist bekannt, daß ein
Statorkern eine Laminierung von ausgestanzten Stahlblechen mit einer Vielzahl
von Schlitzen ist. Wenn die Bleche durch eine Stanzmaschine ausgeschnitten
werden, werden Grate mit scharfen Kanten an den peripheren Ecken der
Bleche ausgebildet. Die äußeren und
inneren peripheren Ecken des Statorkerns können leicht gedreht oder gedrückt werden,
um die Grate zu entfernen, wodurch genaue Größen und Rundungen vorgesehen
werden. Die Grate an den peripheren Ecken der Schlitze werden jedoch
nicht entfernt. Falls Leitersegmente deshalb in solche Schlitze,
wie in WO 92/06527 offenbart, lediglich eingefügt werden, kann die Isolierbeschichtung
der Leitersegmente durch die scharfen Kanten der Grate an peripheren
Ecken der Schlitze gebrochen werden.
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Ein
Hauptziel der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zur Herstellung
eines Stators eines Fahrzeugwechselstromgenerators vorzusehen, dessen
Verfahren einen guten Isolieraufbau zum Schutz der Schlitzisolierschicht
vor Schädigung
garantiert, und einen Stator, welcher entsprechend eines solchen
Verfahrens hergestellt wird, vorzusehen.
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Entsprechend
der vorliegenden Erfindung wird das obige Ziel durch Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst.
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Eine
zweite erfindungsgemäße Lösung des obigen
Ziels ergibt sich aus Anspruch 2.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung eines Stators eines Fahrzeugwechselstromgenerators
beginnt mit den folgenden Schritten:
- (a) Ausschneiden
einer Vielzahl von Schlitzen aus Stahlblechen, so daß scharfe
Kanten an den Schnittschlitzen entstehen;
- (b) Ausbildung einer Laminierung von Stahlblechen;
- (c) Einfügen
von Isolierungen in die Schlitze; und
- (d) Einfügen
von Leitersegmenten in die Schlitze,
und ist dadurch gekennzeichnet,
daß - (a1) bei dem Schneideschritt (a) Grate erzeugt werden;
- (b1) bei dem Ausbildungsschritt (b) die Stahlbleche laminiert
werden, so daß die
Grate sich alle in die gleiche Richtung (Schnittrichtung) erstrecken;
- (c1) bei dem Einfügeschritt
(c) die Isolierungen in eine Richtung eingefügt werden, welche der Schnittrichtung
entspricht; und
- (d1) bei dem Einfügeschritt
(d) die Leitersegmente in die Schlitze in Schnittrichtung eingefügt werden.
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Entsprechend
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung, besteht ein Verfahren zur Herstellung eines Stators
eines Fahrzeugwechselstromgenerators aus einem ersten Schritt des
Ausbildens einer Laminierung von Stahlblechen, eines zweiten Schritts
des Ausschneidens einer Vielzahl von Schlitzen von der Laminierung
in einer Schnittrichtung, einem dritten Schritt des Einfügens der
Isolierung in die Schlitze in der Schnittrichtung, einem vierten
Schritt des Einfügens
der Leitersegmente in die Schlitze in Schnittrichtung; und eines
fünften
Schritts des gegenseitigen Verbindens der sich von den Schlitzen erstreckenden
Leitersegmente.
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Ein
entsprechend dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellter
Stator enthält
einen Statorkern mit einer Vielzahl von Schlitzen, eine Vielzahl
von Leitersegmenten, die in Schlitzen angeordnet sind und eine Vielzahl
von Isolierschichten, die zwischen inneren Peripherien der Schlitze
und der Leiterglieder angeordnet sind. Der Statorkern ist eine Laminierung
von Stahlblechen mit einer Vielzahl von Schlitzen, die in einer
Schnittrichtung ausgeschnitten sind, um Grate vorzusehen, welche
von jedem der Stahlbleche in Schnittrichtung hervorstehen, und die Leitersegmente
werden in die Vielzahl der Schlitze in der gleichen Richtung als
der Schnittrichtung eingefügt.
Die Isolierschichten werden entsprechend problemlos in die Schlitze
eingefügt
und werden nicht beschädigt,
wenn die Leitersegmente in die Vielzahl der Schlitze eingefügt werden.
Jedes der Leitersegmente kann an dem rückwärtigen Ende des Statorkerns
in Schnittrichtung einen U-Biegungsabschnitt aufweisen.
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Der
Statorkern ist eine Laminierung von Stahlblechen mit einer Vielzahl
von Schlitzen, die in einer Schnittrichtung ausgeschnitten werden,
und die elektrischen Leiter werden in die Vielzahl von Schlitze
in der gleichen Richtung als der Schnittrichtung eingefügt.
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Die
Leitersegmente können
entsprechend problemlos in die Schlitze eingefügt werden.
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Jedes
der elektrischen Leitersegmente kann einen U-Biegungsabschnitt an
dem rückwärtigen Ende
des Statorkerns in der Schnittrichtung aufweisen. Es kann deshalb
verhindert werden, daß die
Isolierungen beschädigt
werden, wenn die Leitersegmente eingefügt werden.
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Jede
der Isolierschichten kann eine Falzlippe an den rückwärtigen Ende
deren in Schnittrichtung aufweisen. Demzufolge kann verhindert werden,
daß die
Isolierungen beschädigt
werden, wenn die Leitersegmente eingefügt werden.
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Jede
der Isolierschichten kann eine Falzlippe an dem vorderen Enden deren
in Schnittrichtung aufweisen. Demzufolge kann verhindert werden,
daß die Isolierung beschädigt wird,
wenn die Leitersegmente gebogen werden, um Spulenenden auszubilden.
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Weitere
Aufgaben, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung,
als auch Funktionen verwandter Teile der vorliegenden Erfindung werden
durch Studium der folgenden ausführlichen Beschreibung,
den beigefügten
Ansprüchen
sowie Zeichnungen ersichtlich. In den Zeichnungen ist:
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1 eine Querschnittssicht,
die einen Wechselstromgenerator eines Fahrzeugs entsprechend einer
beispielhaften Ausführungsform
darstellt;
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2 eine perspektivische Sicht
eines Leitersegments, das einen Teil einer Statorwicklung eines
Stators entsprechend einer ersten beispielhaften Ausführungsform
ausbildet;
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3 eine Teilsicht der Seite
des Stators entsprechend der ersten beispielhaften Ausführungsform;
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4 eine Teilquerschnittssicht
des in 3 gezeigten Stators;
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5 eine Querschnittssicht
des in 4 gezeigten Stators,
welche entlang der V-V
Linie geschnitten ist;
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6 eine Darstellung der Ausbildung
eines laminierten Statorkerns aus Stahlblechen entsprechend einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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7 eine perspektivische Sicht,
die eine Isolierung darstellt, welche in einen Schlitz des Stators
entsprechend der ersten Ausführungsform
der Erfindung eingefügt
wird;
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8 eine perspektivische Sicht,
die Spulenenden an beiden Enden des Stators entsprechend der ersten
beispielhaften Ausführungsform
darstellt;
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9 eine fragmentarische Querschnittsansicht
des Stators, gemäß der ersten
beispielhaften Ausführungsform,
der eine Isolierung mit Falzlippe an seinem Ende aufweist;
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10 eine fragmeentarische
Querschnittsansicht einer Abwandlung des Stators gemäß der ersten
beispielhaften Ausführungsform,
der eine Isolierung mit einer Falzlippe an seinem anderen Ende aufweist;
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11 eine fragmentarische
Querschnittsansicht eines Stators gemäß einer zweiten beispielhaften
Ausführungsform;
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12 eine fragmentarische
perspektivische Ansicht des Stators gemäß der zweiten beispielhaften
Ausführungsform;
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13 eine perspektivische
Ansicht, die eine Abwandlung eines Leitersegments darstellt;
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14 eine Seitenansicht eines
Stators gemäß einer
dritten beispielhaften Ausführungsform, der
die Leitersegmente, die in 13 gezeigt
sind, aufweist; und
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15 eine fragmentarische
Querschnittsansicht einer Abwandlung des Stators gemäß der ersten
beispielhaften Ausführungsform.
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Eine
beispielhafte Ausführungsform
wird in Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
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Wie
in 1 gezeigt, enthält der Wechselstromgenerator 1 einen
Stator 2, einen Rotor 3, einen Rahmen 4,
einen Gleichrichter 5, usw. Der Stator 2 besteht
aus einem Statorkern 32, einer Vielzahl von Leitersegmenten 33,
welche eine Statorwicklung bilden, und einer Vielzahl von Isolierungen 34.
Der Statorkern 32 ist eine Laminierung von Stahlblechen,
in welchen eine Anzahl von Schlitzen ausgebildet sind. Die Vielzahl
der Leitersegmente stehen von entgegengesetzten Enden des Statorkerns 32 hervor,
um Spulenenden 31 zu bilden, und sind miteinander verbunden,
um eine Statorwicklung zu bilden.
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Der
Rotor 3 weist eine Feldspule 8, ein Paar von vorderen
und hinteren Polkernen 7, sowie eine Welle 6 auf.
Die vorderen und hinteren Polkerne 7 weisen jeweils sechs
Klauenpolstücke
auf, welche sich axial erstrecken, um die Feldspule 8 zu
umschließen.
Die Feldspule 8 weist einen zylindrischen Körper auf,
welcher durch eine Isolierbeschichtung bedeckt ist. Ein Axiallüfter 11 ist
mit dem vorderseitigen Polkern 7 verschweißt. Der
Kühllüfter 11 bläst Kühlluft in
Radial- und Axialrichtung von dessen Vorderseite. Ein Zentrifugalkühllüfter 12 ist
mit dem rückseitigen
Polkern 7 verschweißt,
um Kühlluft
von dessen Rückseite
radial nach außen
zu blasen.
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Der
Rahmen 4 nimmt den Stator 2, sowie den Rotor 3 auf
und trägt
den Rotor 3, um sich mit der Welle 6 zu drehen.
Der Stator 2 ist an dem Rahmen 4 um das Paar von
Polkernen 7 in einem bestimmten Abstand davon befestigt.
Der Rahmen 4 weist Luftauslaßöffnungen 42 an den
Spulenenden 42 gegenüberliegenden
Abschnitten des Stators 2 auf, sowie Lufteinlaßöffnungen 41 an
dessen Axialenden.
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Der
oben beschriebene Wechselstromgenerator 1 wird durch einen
Verbrennungskraftmotor (nicht gezeigt) über einen Riemen und eine Riemenscheibe 20 in
einer bestimmten Richtung gedreht. Wenn die Feldspule 8 durch
eine externe Leistungsquelle aufgeladen wird, ist jedes der Polstücke der Polkerne 7 erregt,
so daß die
Statorwicklung eine Dreiphasenwechselstromspannung bereitstellen kann.
Der Gleichrichter 5 stellt daher eine bestimmte Menge von
Gleichstrom an den Ausgangsanschlüssen bereit.
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Wie
in 2 dargestellt, sind
die Leitersegmente 33 U-förmige Glieder, die aus einer
leitenden Metallstange oder Platte (z. B. Kupfer) bestehen, und welche
U-Biegungsabschnitte 33c aufweisen.
Das Leitersegment 33 weist einen inneren Leiterabschnitt 33a,
einen äußeren Leiterabschnitt 33b und
den U-Biegungsabschnitt 33c zwischen dem inneren und dem äußeren Leiterabschnitt 33a, 33b auf.
Jeder der inneren Leiterabschnitte 33a weist einen geraden
inneren Abschnitt auf, welcher in der radialen inneren Schicht der
Wicklung angeordnet ist, und jeder der äußeren Leiterabschnitte 33b weist
einen geraden äußeren Abschnitt
auf, welcher in der radialen äußeren Schicht
der Wicklung angeordnet ist.
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Wie
in 3 dargestellt, sind
die U-Biegungsabschnitte 33c an einem axialen Ende des
Statorkerns 32 angeordnet, und die abgeschrägten Abschnitte 33e,
welche die Spulenenden 31 bilden, sind an den anderen axialen
Enden des Statorkerns angeordnet. Die abgeschrägten Abschnitte 33e der
Leitersegmente 33 in der äußeren Schicht erstrecken sich in
einer Richtung und die abgeschrägten
Abschnitte 33e der Leitersegmente 33 in der inneren
Schicht erstrecken sich in der anderen Richtung. Gerade Enden 33d der
Leitersegmente 33 werden miteinander durch ein Ultraschschallwellenschweißgerät oder ein Lichtbogenschweißgerät verschweißt, oder
werden verlötet
oder mechanisch miteinander verbunden.
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Ein
Paar von Leiterabschnitten 33 ist in jedem der Schlitze 35 angeordnet,
und ist miteinander verbunden. Wie in 4 dargestellt,
weisen die inneren und äußeren Leiterabschnitte 33a, 33b von
jedem der Leitersegmente 33 rechteckige Querschnitte auf,
wobei die Umfangsseiten länger
als die Radialseiten sind. Die Leitersegmente 33 sind mit
Isolierfilm beschichtet, um ein Segment von dem anderen zu isolieren.
Die Isolierungen 34 isolieren jedes der Leitersegmente
von der inneren Oberfläche
der Schlitze 35.
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Der
Statorkern 32 ist, wie in 6 gezeigt eine
Lamination von spiralförmig
gewundenen, riemenartigen Stahlblechen 36. Eine Vielzahl
von Höhlungen 37 sind
von dem riemenartigen Stahlblech in der gleichen Richtung ausgeschnitten,
um eine Vielzahl von Schlitzen mit scharfen Kanten oder Graten 35a zu
bilden, welche in Schnittrichtung hervorstehen. In 5 sind die U-Biegungsabschnitte 33c auf dem
hinteren axialen Ende des Statorkerns in Schnittrichtung angeordnet.
Jedes der Leitersegmente 33 weist zu den Innenwänden der
Schlitze 35 parallelen Seitenoberflächen auf, wodurch ein hoher
Wicklungsfaktor der Leitersegmente 33 vorgesehen wird.
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Die
Isolierung 34 ist aus einem Isolierblech hergestellt. Wie
in 7 gezeigt, ist das
Isolierblech ausgebildet, um in die innere Peripherie des Schlitzes 35 zu
passen. Jede der Isolierungen 34 wird vorzugsweise in einen
der Schlitze 35 von dem rückseitigen Ende des Statorkerns
in Schnittrichtung eingefügt.
Die Isolierungen 34 können
deshalb problemlos in die Schlitze 35 eingefügt werden.
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Nachdem
die Isolierung 34 in jeden der Schlitze 35 eingefügt ist,
werden eine Anzahl von U-förmigen
Leitersegmenten 33 aufgestellt bzw. aneinandergereiht,
so daß die
U-Biegungsabschnitte 33c an dem rückseitigen Ende des Statorkerns 32 in Schnittrichtung,
oder in der gleichen Richtung, in welcher sich die Grate erstrecken,
angeordnet ist. Wie in 4 gezeigt,
werden äußere Leiterabschnitte 33b in
innere Abschnitte der Schlitze 35 eingefügt, und
innere Leiterabschnitte 33a werden in äußere Abschnitte der Schlitze 35 eingefügt. Jedes
der Leitersegmente 33 ist aus einer U-förmigen
Kupferplatte hergestellt, welche in einen der Schlitze 35 preßgepaßt ist,
so daß gegenüberliegende
Oberflächen
der äußeren und
inneren Leiterabschnitte 33b, 33a in die parallelen
Wände von
Schlitz 35 über
die Isolierwand 34 passen. Anschließend werden zwei gerade Enden 33d von
jedem der Leitersegmente 33 jeweils in entgegengesetzte
Richtung gebogen, um sich mit den jeweiligen geraden Enden 33d,
welche sich von unterschiedlichen Schichten unterschiedlicher Schlitze 35 erstrecken,
wie in 8 gezeigt, zu
verbinden.
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Als
eine Abwandlung, wie z. B. in 9 gezeigt,
können
Isolierungen 34a eine Falzlippe 38 an einem Ende
aufweisen. Die Falzlippe 38 ist an dem Ende des Statorkerns 32 in
Richtung des U-Biegungsabschnitts 33, oder dem rückseitigen
Ende des Statorkerns 32 in Schnittrichtung angeordnet.
Die Isolierungen 34a werden in Schlitze 35 eingefügt, so daß die Falzlippen 38 in
das rückseitige
Ende des Statorkerns 32 in Schnittrichtung eingreifen können und
die Leitersegmente 32 nachfolgend in die Schlitze 35 eingefügt werden.
Die Isolierungen 34a können entsprechend
durch die Falzlippen 38 an den korrekten axialen Stellungen
gehalten werden.
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Als
eine weitere Abwandlung wie in 10 gezeigt,
werden die Isolierungen 34b von dem vorderen Ende des Statorkerns
mit den Falzlippen 38 an dem vorderen Ende in Schnittrichtung
eingefügt.
Es kann daher durch die Falzlippen 38 verhindert werden,
daß die
Isolierungen 34b beschädigt
werden, wenn die Segmentenden 33d gebogen werden, um die
Spulenenden, wie in 10,
auszubilden.
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Die
Falzlippe 38 kann durch eine andere äquivalente ausgedehnte Struktur
zur Positionierung der Isolierung, wie z. B. einer Börtellippe
ersetzt werden.
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Ein
Stator entsprechend einer zweiten beispielhaften Ausführungsform
ist in 11 gezeigt. Der
Stator entsprechend der zweiten Ausführungsform weist vier Leitersegmente 133 auf,
welche in Radialrichtung von jedem der Schlitze 135 aneinander
gereiht sind. Die Leitersegmente 133 sind in der Weise
wie in 12 dargestellt
verbunden. Jedes der vier Leitersegmente 133 erstreckt
sich von einem der Schlitze 135 in einer wechselweise unterschiedlichen
Richtung. Die Leitersegmente 133 auf dieser Seite der 12 erstrecken sich im Uhrzeigersinn, und
jene der gegenüberliegenden
Seite erstrecken sich gegen den Uhrzeigersinn. Der Endabschnitt 133d eines
der Leitersegmente 133 ist mit dem Endabschnitt 133d eines
anderen Leiterabschnitts 133, welche in einem bestimmten
Abstand voneinander angeordnet sind, verbunden. Die Leiterabschnitte 133 der
innersten Schicht sind mit denen der zweitinnersten Schicht verbunden,
und die Leitersegmente der dritten Schicht sind mit denen der äußersten Schicht
verbunden.
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Ein
Stator entsprechend einer dritten Ausführungsform weist ein Paar von
I-förmigen oder J-förmigen Leitersegmenten 233 anstatt
der U-förmigen
Leitersegmente 33 wie in 13 gezeigt
auf. Jedes der Leitersegmente 233 weist gerade innere Leiterabschnitte 233h und
zwei gerade äußere Leiterabschnitte 233i auf,
welche sich von den entgegensetzten Enden des inneren Leiterabschnitts 233h aus
erstrecken. Einer der äußeren Leiterabschnitte 233i ist, wie
in 13 gezeigt, gebogen.
Wie in 14 gezeigt, sind
gegenüberliegende
Endabschnitte 233d eines Leitersegments 233 mit
Endabschnitten 233d anderer Leitersegmente 233 verbunden,
um eine Statorwicklung zu bilden. Die Leitersegmente 233 weisen
eine einfache Form auf und sind leicht herzustellen. Da jedes der
Leitersegmente 233 einer der Isolierungen 34 entspricht,
ist es leicht die Isolierungen 34 und die Leitersegmente 233 in
die Schlitze 35 einzufügen.
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Wie
in 15 gezeigt, kann
die Innenoberfläche
der Schlitze 35 mit einer Isolierharzbeschichtung 40 beschichtet
werden, anstatt der Verwendung der aus Isolierblechen hergestellten
Isolierungen 34. Es kann verhindert werden, daß die Beschichtung beschädigt wird,
falls die Leitersegmente in der gleichen Richtung, in der sich die
Grate erstrecken, eingefügt
werden, wodurch eine gute Isolierung zwischen den Leitersegmenten 33 und
dem Statorkern sichergestellt wird.
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In
der vorhergehenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung wurde
die Erfindung in Bezug auf spezifische Ausführungsformen deren offenbart. Es
ist jedoch ersichtlich, daß verschiedene
Modifikationen und Änderungen
an den spezifischen Ausführungsformen,
wie durch die begleitenden Ansprüche definiert,
durchgeführt
werden können.