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Die Erfindung betrifft ein spurgeführtes Fahrzeug des Personentransports, umfassend zumindest einen Fahrzeugkopf, vorzugsweise zwei Fahrzeugköpfe.
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Aufgrund des im Vergleich zu spurgeführten Fahrzeugen im Highspeed-Bereich deutlich niedrigeren Geschwindigkeitsspektrums wurden aerodynamisch sinnvolle Optimierungsmaßnahmen bei spurgeführten Fahrzeugen im Commuter-Bereich bislang weniger stark forciert. Im Rahmen der zunehmenden Bedeutung einer globalen Ressourcenschonung, gewinnen Maßnahmen zur Energieeinsparung zunehmend an Bedeutung.
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Ansätze zur Verbesserung der Seitenwindstabilität sind zwar bereits aus dem Dokument
EP 3 383 721 B1 bekannt. Diese beziehen sich dabei auf einen Hochgeschwindigkeitszug.
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Ebenso wurden in der Vergangenheit Fahrzeugköpfe für Commuter-Fahrzeuge primär für die Vorwärtsfahrt und weniger für den nachlaufenden Fahrzeugkopf optimiert.
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Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde ein spurgeführtes Fahrzeug des Personentransports bereitzustellen, dass einen Fahrzeugkopf mit einer verbesserten Aerodynamik aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch ein spurgeführtes Fahrzeug des Personentransports des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß wird ein spurgeführtes Fahrzeug des Personentransports bereitgestellt, umfassend zumindest einen Fahrzeugkopf, vorzugsweise zwei Fahrzeugköpfe. Der zumindest eine Fahrzeugkopf weist eine Frontfläche mit einer Frontwölbung und zumindest einer, vorzugsweise umlaufenden, Strömungsabrisskante auf.
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Hierdurch wird erreicht, dass sowohl bei einem vorlaufenden Fahrzeugkopf als auch bei einem nachlaufenden Fahrzeugkopf eine verbesserte Aerodynamik bereitgestellt wird und hierdurch der Fahrwiderstand des Gesamtfahrzeugs sinkt.
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Insbesondere ist die Strömungsabrisskante derart ausgebildet, dass im nachlaufenden Fahrzeugkopf eine saubere Ablösung der umströmenden Luft gewährleistet ist und hierdurch am nachlaufenden Fahrzeugkopf ein geringerer Luftwiderstand erreicht wird.
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Durch die erfindungsgemäße Frontwölbung der Frontfläche wird der Luftwiderstand am vor laufenden Fahrzeugkopf reduziert.
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Ferner wird erreicht, dass die Seitenwindanfälligkeit aufgrund der Frontwölbung der Frontfläche reduziert wird.
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Erfindungsgemäß wird somit ein spurgeführtes Fahrzeug mit einem Fahrzeugkopf bereitgestellt, der sowohl für den vorlaufenden Betrieb, als auch für den nachlaufenden Betrieb oder mit anderen Worten sowohl für die Vorwärtsfahrt, als auch für die Rückwärtsfahrt optimiert ist.
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Vorzugsweise handelt es sich bei der Frontfläche um eine einzelne Frontfläche je Fahrzeugkopf.
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Zum Personentransport geeignete Fahrzeuge sind spezifisch an den Personentransport angepasst.
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Erfindungsgemäß wird somit eine Lösung bereitgestellt, die es erlaubt, die aerodynamische Optimierung eines Zweirichtungsfahrzeugs, wie es Commuter-Fahrzeuge im Schienenfahrzeugbereich in der Regel sind, zu realisieren.
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Vereinfacht ausgedrückt, geht es darum, die Kopfform eines solchen spurgeführten Fahrzeugs so auszulegen, dass diese beim vorgegebenen Geschwindigkeitsprofil als Fahrzeugfront aerodynamisch ähnlich gut performt, wie gleichermaßen als Fahrzeugheck.
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Die Ausbildung der Strömungsabrisskante erfolgt dabei durch Vorsehen eines ausgeprägt, scharfen Kantenradius. Solche Kantenradien wurden bisher nicht verwendet, um gezielt eine Strömungsabrisskante an einer Frontfläche eines Fahrzeugkopfs bereitzustellen.
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Die Erfinder haben erkannt, dass sich auf diese Weise ein niedriger Fahrwiderstand mit niedrigen Unterdrücken am Fahrzeugende realisieren lässt, ohne dabei den selbigen an der Fahrzeugfront gravierend zu verschlechtern.
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Damit wird ein Fahrwiderstand verwirklicht, der sowohl am Fahrzeugende, wie auch am Fahrzeugkopf in Summe gut performt, also in Summe eine deutlich spürbare Energieeinsparung bewirkt.
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In Ausgestaltung des spurgeführten Fahrzeugs kann vorgesehen sein, dass die Frontwölbung der Frontfläche einen Kurvenradius von 1m bis 4m, vorzugsweise von 1,5m bis 3,5m, insbesondere 2m bis 3m aufweist.
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Hierdurch wird eine besonders gute Seitenwindstabilität des vorlaufenden und/oder des nachlaufenden Fahrzeugkopfes erreicht. Ferner wird hierdurch der Fahrwiderstand entscheidend reduziert.
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In vorteilhafter Weiterbildung des spurgeführten Fahrzeugs kann vorgesehen sein, dass die Frontfläche eine zylindrische Frontwölbung aufweist, welche vorzugsweise eine im Wesentlichen konstante Frontwölbung entlang der Frontfläche aufweist.
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Die Frontfläche ist dabei um eine einzelne Achse gewölbt.
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Hierdurch wird ein gleichmäßiges optisches Erscheinungsbild realisiert, dass gleichsam ansprechend ist und ebenso einfach zu reinigen.
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Weiterhin wird durch die Ausbildung einer zylindrischen Frontwölbung einem reduzierten Luftwiderstand realisiert.
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In Ausgestaltung des spurgeführten Fahrzeugs kann vorgesehen sein, dass die Frontfläche einen Neigungswinkel aufweist, vorzugsweise von 20° bis 40°, ferner vorzugsweise von 25° bis 35°, insbesondere von 30°.
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Hierdurch wird erreicht, dass das Fahrzeug einen besonders niedrigen Luftwiderstand aufweist. Durch eine Frontfläche mit einem Neigungswinkel kann der Luftwiderstand, insbesondere am vorlaufenden Kopf, in einem niedrigen Bereich liegen.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Neigungswinkel der Frontfläche von 20° bis 40°, ferner vorzugsweise von 25° bis 35°, insbesondere von 30, liegt. In diesem Wertebereich wird einerseits ein niedriger Luftwiderstand realisiert und andererseits geht wenig Innenraumvolumen verloren, sodass die geneigte Frontfläche die Kapazität des spurgeführten Fahrzeugs nicht negativ beeinflusst.
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Herkömmliche Fahrzeuge, die einen aerodynamisch angepassten Fahrzeugkopf aufweisen, weisen in der Regel Bereiche auf, die nicht für den Fahrgast oder den Fahrzeugführer vorgesehen sind und ausschließlich dazu dienen, eine bessere Aerodynamik bereitzustellen. Hierdurch ging ein Anteil der Gesamtfahrzeuglänge jedoch verloren und verblieb für den Innenraum ungenutzt. Erfindungsgemäß wird dieser ungenutzte Anteil reduziert bei gleichzeitiger Bereitstellung eines aerodynamisch optimierten Fahrzeugkopfs.
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Ferner wird durch den entsprechenden Neigungswinkel erreicht, dass die das Fahrzeug umströmende Luft minimale Strömungsverluste am vorlaufenden Fahrzeugkopf verursacht und gleichsam am nachlaufenden Fahrzeugkopf eine saubere Ablösung der Strömung erreicht wird.
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In vorteilhafter Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Strömungsabrisskante der Frontfläche eine die Frontfläche zu einer Dachwandung abgrenzende Dachkante aufweist.
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Hierdurch wird erreicht, dass zwischen Frontfläche und Dachwandung eine Strömungsabrisskante bereitgestellt wird, die dafür sorgt, dass die sich entlang des Fahrzeugdaches ausbildende Luftströmung an der Strömungsabrisskante und damit am Ende des Fahrzeugs abreißt.
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In vorteilhafter Weiterbildung des spurgeführten Fahrzeugs kann vorgesehen sein, dass die Strömungsabrisskante der Frontfläche eine die Frontfläche zu einer Seitenwand abgrenzende Seitenkante aufweist.
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Hierdurch wird erreicht, dass zwischen Frontfläche und Seitenwand eine Strömungsabrisskante bereitgestellt wird, die dafür sorgt, dass die sich entlang der Fahrzeugseite ausbildende Luftströmung an der Strömungsabrisskante und damit am Ende des Fahrzeugs, abreißt.
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In Ausgestaltung des spurgeführten Fahrzeugs kann vorgesehen sein, dass die Strömungsabrisskante der Frontfläche eine die Frontfläche zu einer Unterflur abgrenzende Unterkante aufweist.
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Hierdurch wird erreicht, dass zwischen Frontfläche und Unterflur eine Strömungsabrisskante bereitgestellt wird, die dafür sorgt, dass die sich entlang des Fahrzeugs ausbildende Luftströmung an der Strömungsabrisskante und damit am Ende des Fahrzeugs abreißt.
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In vorteilhafter Weiterbildung des spurgeführten Fahrzeugs kann vorgesehen sein, dass die Seitenkante, die Unterkante und/oder die Dachkante einen Kantenradius von 5mm bis 100mm, vorzugsweise 25mm bis 75mm, ferner vorzugsweise von 40mm bis 60mm, insbesondere 50mm aufweist.
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Hierdurch wird ein Kantenradius angegeben, der einen zuverlässigen Strömungsabrisskante bei den erzielbaren Geschwindigkeiten erreicht.
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In Ausgestaltung des spurgeführten Fahrzeugs kann vorgesehen sein, dass das spurgeführte Fahrzeug eine Fahrzeuglänge von 150m bis 250m, vorzugsweise 175m bis 225m, ferner vorzugsweise 190m bis 210m, insbesondere 195m bis 205m aufweist. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein spurgeführtes Fahrzeug in Doppeltraktion eine Länge von bis zu 400m aufweist. Ebenso kann es sich bei dem spurgeführten Fahrzeug auch um eine Lokomotive handeln.
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Hierdurch wird eine Fahrzeuglänge angegeben, die es erlaubt, mit den gewählten Parametern von Frontwölbung und Kantenradius, den gewünschten Effekt zu erreichen. Die Fahrzeuglänge hat dabei einen Effekt darauf, wie die Strömung am nachlaufenden Fahrzeugkopf ausgebildet ist. Die Fahrzeuglänge ist dann mit Hilfe eines geeigneten Kantenradius anzupassen
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In vorteilhafter Weiterbildung des spurgeführten Fahrzeugs kann vorgesehen sein, dass die Frontfläche eine Frontscheibe, zumindest einen Scheinwerfer, einen Fahrtanzeige, zumindest ein Verkleidungselement, zumindest eine Blende und/oder zumindest eine Luftöffnung umfasst.
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Hierdurch ist es möglich, dass diverse der vorstehend genannten Funktionselemente, wie Frontscheibe, zumindest einen Scheinwerfer, einen Fahrtanzeige, zumindest ein Verkleidungselement, zumindest eine Blende und/oder zumindest eine Luftöffnung in der Frontfläche integrierbar sind.
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In Ausgestaltung des spurgeführten Fahrzeugs kann vorgesehen sein, dass der zumindest eine Fahrzeugkopf zumindest einen sich unterhalb der Frontfläche erstreckenden ersten Unterflurbereich aufweist, welcher eine aerodynamisch angepasste Pufferverkleidung aufweist.
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Hierdurch wird erreicht, dass der Luftwiderstand des Fahrzeugkopfs sowohl im vorlaufenden als auch im nachlaufenden Betrieb einen reduzierten ist.
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In vorteilhafter Weiterbildung des spurgeführten Fahrzeugs kann vorgesehen sein, dass das Fahrzeug einen mittleren Rumpfabschnitt aufweist und einen Übergangsbereich, der in Fahrzeuglängsrichtung zwischen dem Fahrzeugkopf und dem mittleren Rumpfabschnitt angeordnet ist.
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Hierdurch wird gewährleistet, dass zwischen dem mittleren Rumpfabschnitt und dem Fahrzeugkopf ein Bereich ausgebildet ist, der spezifisch den Übergang zwischen Fahrzeugkopf und mittlerem Rumpfabschnitt angepasst ist. Es sind hierdurch entsprechende vorteilhafte aerodynamische Gestaltungen realisiert.
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In Ausgestaltung des spurgeführten Fahrzeugs kann vorgesehen sein, dass der Übergangsbereich einen Dachbereich aufweist, der von dem mittleren Rumpfabschnitt zum Fahrzeugkopf hin, abfällt.
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Hierdurch wird eine aerodynamisch vorteilhafte Gestaltung des Übergangsbereichs erreicht.
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In vorteilhafter Weiterbildung des spurgeführten Fahrzeugs kann vorgesehen sein, dass der Übergangsbereich einen Seitenbereich aufweist, der sich von dem mittleren Rumpfabschnitt zum Fahrzeugkopf hin, sich zu einer Fahrzeugmittenachse nach innen verjüngt.
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Hierdurch wird eine aerodynamisch vorteilhafte Gestaltung des Übergangsbereichs erreicht.
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In Ausgestaltung des spurgeführten Fahrzeugs kann vorgesehen sein, dass der Übergangsbereich einen zweiten Unterflurbereich aufweist, der unterhalb des Seitenbereichs angeordnet ist, wobei der zweite Unterflurbereich einen eingeschnürten Bereich aufweist, der sich gegenüber dem darüberliegenden Seitenbereich von dem mittleren Rumpfabschnitt zum Fahrzeugkopf hin, zu einer Fahrzeugmittenachse nach innen verjüngt.
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Hierdurch wird eine aerodynamisch vorteilhafte Gestaltung des Übergangsbereichs erreicht.
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In vorteilhafter Weiterbildung des spurgeführten Fahrzeugs kann vorgesehen sein, dass das spurgeführte Fahrzeug eine Höchstgeschwindigkeit von 160km/h, vorzugsweise 180km/h, aufweist und vorzugsweise ein Schienenfahrzeug ist, ferner vorzugsweise eine S-Bahn, ein Commuterzug oder eine Regionalzug ist.
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Bisher waren solche Geschwindigkeiten im Bereich der S-Bahnen, der Computerzüge oder der Regionalzüge eher unüblich. Erfindungsgemäß jedoch wird ein spurgeführtes Fahrzeug bereitgestellt, das eine solche hohe Höchstgeschwindigkeit realisieren kann, ohne dass es zu großen aerodynamischen Nachteilen kommt oder zu Nachteilen bei der Kapazität oder Innenraumgestaltung.
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In Ausgestaltung des spurgeführten Fahrzeugs kann vorgesehen sein, dass die Frontfläche mehr als 50%, vorzugsweise mehr als 65%, ferner vorzugsweise mehr als 75% einer Stirnfläche des zumindest einen Fahrzeugkopfes ausbildet.
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Hierdurch wird erreicht, dass ein überwiegender Teil der Stirnfläche als Frontfläche ausgebildet ist, die aerodynamisch optimiert ist. Der Luftwiderstand lässt sich auf diese Weise für einen überwiegenden Teil der Stirnfläche reduzieren.
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Die Stirnfläche des Fahrzeugkopf ist die gesamte Fläche, welche bei der Fahrt des spurgeführten Fahrzeugs angeströmt wird, und die Frontfläche ist ein Teilbereich der Stirnfläche.
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Nachfolgend soll die Erfindung anhand einer Ausführungsform mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert werden.
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Es zeigt:
- Fig. 1
- eine schematische perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen spurgeführten Fahrzeugs;
- Fig. 2
- eine schematische perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen spurgeführten Fahrzeugs gemäß Fig. 1;
- Fig. 3
- eine schematische perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen spurgeführten Fahrzeugs gemäß Fig. 1 und 2;
- Fig. 4
- eine schematische Draufsicht des erfindungsgemäßen spurgeführten Fahrzeugs gemäß Fig. 1 bis 3; und
- Fig. 5
- eine schematische Seitenansicht des erfindungsgemäßen spurgeführten Fahrzeugs gemäß Fig. 1 bis 4.
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Fig. 1 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen spurgeführten Fahrzeugs 1 des Personentransports.
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Das spurgeführte Fahrzeug 1 weist eine Höchstgeschwindigkeit von unter 160km/h aufweist und vorzugsweise ein Schienenfahrzeug ist, ferner vorzugsweise eine S-Bahn, ein Commuterzug oder eine Regionalzug ist.
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Wie aus der Fig. 1 zu entnehmen ist, umfasst das spurgeführte Fahrzeug des Personentransports, zumindest einen Fahrzeugkopf 10. Vorzugsweise sind zwei Fahrzeugköpfe 10 ausgebildet, welche jedoch nicht in den Figuren gezeigt sind.
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Der zumindest eine Fahrzeugkopf 10 weist eine Frontfläche 100 mit einer Frontwölbung Fw und zumindest einer Strömungsabrisskante SK, DK, UK aufweist. Vorzugsweise ist die Strömungsabrisskante SK, DK, UK umlaufenden ausgebildet.
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Die Frontfläche 100 weist eine zylindrische Frontwölbung Fw auf. Die Frontwölbung Fw ist im Wesentlichen konstant, also gleichbleibend, entlang der Frontfläche 100.
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Die Frontfläche 100 weist einen Neigungswinkel α auf, der am besten aus Fig.5 zu erkennen ist.
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Das spurgeführte Fahrzeug weist zwei Seitenwände 200 und eine Dachwandung 300 auf.
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Die Strömungsabrisskante SK, DK, UK der Frontfläche 100 weist eine, vorzugsweise zwei, die Frontfläche 100 zu einer Seitenwand 200 abgrenzende Seitenkante SK auf.
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Die Seitenkante SK verläuft geradlinig. In Ausgestaltung kann die Seitenkante SK auch bombiert sein.
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Die Strömungsabrisskante SK, DK, UK der Frontfläche 100 weist eine die Frontfläche 100 zu einer Dachwandung 300 abgrenzende Dachkante DK auf.
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Die Dachkante DK verläuft abgerundet, vorzugsweise teilkreisförmig.
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Die Strömungsabrisskante SK, DK, UK der Frontfläche 100 weist eine die Frontfläche 100 zu einer Unterflur 400, 32 abgrenzende Unterkante UK aufweist.
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Die Unterkante UK verläuft abgerundet, vorzugsweise teilkreisförmig.
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Der Krümmungsradius der Dachkante DK ist vorzugsweise geringer als der Krümmungsradius der Unterkanten UK.
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Die Seitenkante SK, die Dachkante DK und/oder die Unterkante UK weisen einen Kantenradius R von 5mm bis 100mm, vorzugsweise 25mm bis 75mm, ferner vorzugsweise von 40mm bis 60mm, insbesondere 50mm, auf.
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Das spurgeführte Fahrzeug weist eine Fahrzeuglänge in Fahrzeuglängsrichtung L von 150 bis 250m, vorzugsweise 175 bis 225m, ferner vorzugsweise 190m bis 210m, insbesondere 195m bis 205m auf.
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Fig. 2 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen spurgeführten Fahrzeugs 1 gemäß Fig. 1.
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Der zumindest eine Fahrzeugkopf 10 weist zumindest einen sich unterhalb der Frontfläche 100 erstreckenden ersten Unterflurbereich 400 auf, welcher eine aerodynamisch angepasste Pufferverkleidung 410 aufweist.
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Wie in der Fig. 2 gekennzeichnet ist, weist das Fahrzeug 1 einen mittleren Rumpfabschnitt 30 auf und einen Übergangsbereich 20, der in Fahrzeuglängsrichtung L zwischen dem Fahrzeugkopf 10 und dem mittleren Rumpfabschnitt 30 angeordnet ist. Ein Teil der Fahrzeugkopflänge und des Übergangsbereichs 20 können sich überdecken.
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Der Übergangsbereich 20 weist einen Dachbereich 34 auf, der von dem mittleren Rumpfabschnitt 30 zum Fahrzeugkopf 10 hin, abfällt.
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Der Übergangsbereich 20 weist einen Seitenbereich 36 auf, der sich von dem mittleren Rumpfabschnitt 30 zum Fahrzeugkopf 10 erstreckt (vgl. auch Fig. 4).
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Der Übergangsbereich 30 weist einen zweiten Unterflurbereich 32 auf, der unterhalb des Seitenbereichs 36 angeordnet ist, wobei der zweite Unterflurbereich 32 einen eingeschnürten Bereich 33 aufweist, der sich, gegenüber dem darüberliegenden Seitenbereich 36 von dem mittleren Rumpfabschnitt 30 zum Fahrzeugkopf 10 hin, erstreckt.
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Die Frontfläche 100 bildet mehr als 50%, vorzugsweise mehr als 65%, ferner vorzugsweise mehr als 75% einer Stirnfläche A des zumindest einen Fahrzeugkopfes 10 ausbildet.
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Fig. 3 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen spurgeführten Fahrzeugs 1 gemäß Fig. 1 und 2.
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Wie aus der Fig. 3 erkennbar ist, umfasst die Frontfläche 100 eine Frontscheibe 110, zumindest einen Scheinwerfer 120, eine Fahrtzielanzeige 130, zumindest ein Verkleidungselement 140, zumindest eine Blende 150 und/oder zumindest eine Luftöffnung 160.
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Fig. 4 zeigt eine schematische Draufsicht des erfindungsgemäßen spurgeführten Fahrzeugs 1 gemäß Fig. 1 bis 3.
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Wie aus den Fig. 1 bis 4 erkennbar ist, verjüngt sich der Seitenbereich 36, von dem mittleren Rumpfabschnitt 30 zum Fahrzeugkopf 10 hin, zu einer Fahrzeugmittenachse M nach innen.
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Wie aus den Fig. 1 bis 4 ebenfalls erkennbar ist, weist der zweite Unterflurbereich 32 einen eingeschnürten Bereich 33 auf, der sich gegenüber dem darüberliegenden Seitenbereich 36 von dem mittleren Rumpfabschnitt 30 zum Fahrzeugkopf 10 hin, zu einer Fahrzeugmittenachse M nach innen verjüngt.
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Die in Fig. 4 gekennzeichnete Frontwölbung Fw der Frontfläche 100 weist einen Kurvenradius RF von 1m bis 4m, vorzugsweise von 1,5m bis 3,5m, insbesondere 2m bis 3m auf.
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Fig. 5 eine schematische Seitenansicht des erfindungsgemäßen spurgeführten Fahrzeugs gemäß Fig. 1 und 4.
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Die Frontfläche 100 weist einen Neigungswinkel α auf. Der Neigungswinkel α, am besten aus Fig.5 zu erkennen, weist vorzugsweise einen Winkel von 20° bis 40°, ferner vorzugsweise von 25° bis 35°, insbesondere von 30° auf.
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Die vorstehende Offenbarung gilt gleichermaßen für ein spurgeführtes Fahrzeug des Personentransport, insbesondere ein Schienenfahrzeug, wie für einen Fahrzeugkopf für ein solches Fahrzeugs. Gleichsam kann sich die vorstehende Offenbarung auch auf einen einzelnen Wagenkasten eines spurgeführten Fahrzeugs beziehen, wenn dieser einen Fahrzeugkopf aufweist.
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Abschließend sei erwähnt, dass die Merkmale aller oben beschriebenen Ausführungsvarianten untereinander in beliebiger Weise kombiniert werden können, um weitere andere Ausführungsbeispiele der Erfindung zu bilden. Auch können alle Merkmale von Unteransprüchen jeweils für sich mit jedem Merkmal jedes anderen der Ansprüche kombiniert werden, und zwar jeweils für sich allein oder in beliebiger Kombination, um weitere andere Ausführungsbeispiele zu erhalten.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch ein Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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Unabhängig vom grammatikalischen Geschlecht eines bestimmten Begriffes sind Personen mit männlicher, weiblicher oder anderer Geschlechteridentität mit umfasst.