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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeug-Drehstrommaschine für einen
Personenwagen, einen Lastwagen usw.
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Aus
Gründen
des Umweltschutzes wurden in jüngerer
Zeit verschiedene Anstrengungen unternommen, die Leerlaufdrehzahl
eines Fahrzeugs und das Fahrzeuggewicht zu senken, um die Kraftstoffverbrauchswerte
zu verbessern, und den Motorraum zu verkleinern, um damit den Fahrgastraum
zu vergrößern. Als
Folge davon wurde es notwendig, die Drehstrommaschine des Fahrzeugs,
die von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird, zu verkleinern und
ihre Ausgangsleistung zu erhöhen.
Um die oben genannte Anforderung zu erfüllen, offenbart das U.S. Patent
5,998,903 oder seine Basis-Anmeldung, JP-A-2000-69729, einen Fahrzeug-Wechselstromgenerator.
In diesem Fahrzeug-Wechselstromgenerator wird eine Statorwicklung
aus einer Vielzahl von Leitersegmenten gebildet, und Leitersegmente,
die von verschiedenen Schichten aus verschiedenen Schlitzen ausgehen,
werden miteinander verbunden, um den Füllfaktor der Statorwicklung
zu erhöhen oder
ihren Widerstand zu verringern.
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Andererseits
ist der Motorraum eines fahrenden Fahrzeugs, wo die Drehstrommaschine
des Fahrzeugs eingebaut ist, Fremdpartikeln einschließlich von
Elektrolyt, wie Autoshampoos oder Salzwasser, sowie Staub ausgesetzt.
Insbesondere können aufgrund
der Tatsache, dass der Fahrzeug-Wechselstromgenerator von einem
Gebläse
gekühlt
wird, Elektrolyt oder Fremdpartikel in das Innere des Fahrzeug-Wechselstromgenerators
gelangen. Somit ist es wichtig, den Statorkern gegen solche Gefährdungen
aus der Umgebung zu schützen.
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Der
Fahrzeug-Wechselstromgenerator, der in der oben genannten Schrift
offenbart ist, die Statorwicklung, in der eine Vielzahl von Leitersegmenten an
Wicklungsverbindungen miteinander verschweißt sind. Darum wird die Temperatur
an den Wicklungsverbindungen hoch. Wenn die Wicklungsverbindungen
z.B. mit Isolierfilm beschichtet sind, kann der Isolierfilm aufgrund
von Hitzespannungen, die auftreten, während die Wicklungsverbindungen
verschweißt werden,
beschädigt
werden, was zu einem Ablösen oder
Reißen
des Isolierfilms führt.
Somit können Elektrolyt
oder andere Fremdpartikel in die Lücken gelangen, die aufgrund
des Abschälens
oder Reißens
gebildet werden, und sich dort festsetzen. Falls der Isolierfilm
die Lücken überzieht,
kann er vermischt werden, wenn die Wicklungsverbindungen verschweißt werden.
Daher sind die Wicklungsverbindungen nicht stabil, und Elektrolyt
oder andere Fremdpartikel können
in die Lücken
gelangen, die aufgrund des Abschälens
oder Reißens
zwischen Isolierfilmen gebildet wurden, und sich dort festsetzen.
Um die Isolierleistung zu verbessern, werden die Wicklungsverbindungen
mit zusätzlichem
Isolierfilm überzogen.
Wenn der zusätzliche
Isolierfilm sich jedoch aufgrund einer Beschädigung, die durch Hitzespannungen
verursacht wird, ablöst
oder reißt,
bleiben die Wicklungsverbindungen nicht ausreichend erhalten. Wenn
die Wicklungsverbindungen verschweißt werden, schmelzen außerdem die
Segmentenden der Leitersegmente, fließen in Umfangsrichtung und
in radialer Richtung über
und verfestigen sich wieder. Deshalb werden die Abstände zwischen
den in einem Ring ausgerichteten Wicklungsverbindungen so kurz,
dass die Wicklungsverbindungen kurzgeschlossen werden können.
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Die
vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der oben genannten Probleme
durchgeführt und
hat die Aufgabe, eine Fahrzeug-Drehstrommaschine bereitzustellen,
die verhindern kann, dass Elektrolyt oder Fremdpartikel sich an
den Wicklungsverbindungen der Statorwicklung festsetzen.
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Um
die oben genannten Probleme zu lösen, weist
jedes aus einer Vielzahl von Leitersegmenten Segmentenden auf, die
in Umfangsrichtung angeordnet sind, so dass sie Ringe bilden, und
die an Wicklungsverbindungen miteinander verschweißt sind. Ferner
weist jede der Wicklungsverbindungen eine unisolierte Oberfläche auf.
Obwohl die Temperatur der Wicklungsverbindung und ihrer Umgebung
während
des Schweißens
hoch wird, setzen sich Fremdpartikel oder Elektrolyt nicht fest,
da dort kein Isolierfilm, der durch hohe Temperaturen beschädigt werden
würde,
vorhanden ist. Falls die Wicklungsverbindungen anschließend oder
zusätzlich
mit Isolierharz überzogen
werden, kann dieses leicht an den Wicklungsverbindungen haften.
Deshalb ist nur eine geringe Menge an Isolierharz notwendig. Im
Hinblick auf die Umwelt ist es besser, den Isolierfilm aus Abschnitten,
wo es leicht zu einem Abschälen
oder Reißen
kommen kann, zu entfernen, bevor ein Schweißen durchgeführt wird.
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Ferner
ist es bevorzugt, dass Lücken
zwischen den in Ringen angeordneten Wicklungsverbindungen ausgebildet
werden. Dies verringert den Kühlluftwiderstand,
wodurch die Kühlleistung
verbessert wird und Fremdpartikel wirksamer aus dem Rahmenpaar entfernt
werden.
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Jede
der oben beschriebenen Wicklungsverbindungen ist mit Isolierfilm
beschichtet und bildet in Umfangsrichtung Wellen. Da auf den Leitersegmenten
kein beschädigter
Isolierfilm vorhanden ist, kann zusätzlicher Isolierfilm ohne Weiteres
daran haften, so dass nur eine geringe Menge an Isolierharz für den Film
notwendig ist. Infolgedessen kann ein Kurzschluss der Wicklungsverbindungen
verhindert werden. Die Wellen vergrößern die Oberfläche und
verbessern die Kühlwirkung.
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Die
oben beschriebenen Leitersegmente sind radial in zwei Schichten
in den Schlitzen des Statorkerns angeordnet, und die radiale Länge der Wicklungsverbindung
ist kürzer
als die radiale Längensumme
der Leitersegmente. Deshalb können
die Abstände
zwischen radial benachbarten Wicklungsverbindungen und zwischen
den äußersten
Wicklungsverbindungen und der Innenwand des Rahmenpaars ausreichend
groß gestaltet
werden, um einen Kurzschluss zu verhindern.
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Der
unisolierte Abschnitt der Wicklungsverbindungen weist flache Oberflächen an
den Abschnitten des gegenseitigen Kontakts auf. Daher kann die Stabilität der Wicklungsverbindungen
verbessert werden.
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Die
unisolierten Abschnitte können
seitlich von den Abschnitten des gegenseitigen Kontakts eine flache
Oberfläche
aufweisen. Daher kann der Abstand zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Wicklungsverbindungen
sichergestellt werden, so dass der Kühlluftwiderstand verringert
werden kann und Fremdpartikel leicht ausgetragen werden können.
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Außerdem ist
der Querschnitt des unisolierten Abschnitts ungefähr polygonal.
Da die Oberfläche,
die an den unisolierten Abschnitt grenzt, klein gestaltet werden
kann, kann Isolierfilm ohne Weiteres an anderen Abschnitten als
dem unisolierten Abschnitt haften, wodurch die Umweltbedingungen
verbessert werden.
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Weitere
Ziele, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung, ebenso
wie die Funktionen von Bauteilen, die mit der gegenwärtigen Erfindung
in Zusammenhang stehen, werden aus der Lektüre der folgenden detaillierten
Beschreibung, den beigefügten
Ansprüchen
und der Zeichnung deutlich. In der Zeichnung:
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ist 1 eine
Querschnittsansicht, die den Gesamtaufbau eines Fahrzeug-Wechselstromgenerators
entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung darstellt;
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ist 2 eine
perspektivische Darstellung, die schematisch ein Paar Leitersegmente
einer Statorwicklung des Fahrzeug-Wechselstromgenerators zeigt;
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ist 3 eine
fragmentarische perspektivische Darstellung von Segmentenden der
Leitersegmente vor dem Verschweißen;
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ist 4 eine
perspektivische Darstellung von Segmentenden nach dem Verschweißen oder
einer Wicklungsverbindung der Leitersegmente;
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ist 5 eine
Draufsicht auf einen Stator, gesehen von oberhalb der Spulenenden;
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ist 6 eine
Querschnittsdarstellung einer mit Isolierfilm überzogenen Wicklungsverbindung
der Leitersegmente des Stators;
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ist 7 eine
seitliche Querschnittsdarstellung der Wicklungsverbindung eines
Stators des Standes der Technik;
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ist 8 eine
Seitenansicht einer Statorwicklung des Fahrzeug-Wechselstromgenerators
gemäß der bevorzugten
Ausführungsform,
wobei die Wicklungsverbindung mit Isolierfilm überzogen ist;
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ist 9 eine
perspektivische Darstellung eines Leitersegments gemäß einer
Variante der bevorzugten Ausführungsform;
und
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ist 10 eine
perspektivische Darstellung von Segmentenden der Leitersegmente
gemäß einer anderen
Variante der bevorzugten Ausführungsform.
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Ein
Fahrzeug-Wechselstromgenerator gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird ausführlich
mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung
beschrieben.
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Wie
in 1 dargestellt, besteht der Fahrzeug-Wechselstromgenerator 1 gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
aus einem Rotor 2, einem Stator 3, einem Rahmenpaar 4,
einer Gleichrichtereinheit 5, usw.
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Der
Rotor 2 besteht aus einer Feldspule 8 mit einem
zylindrisch gewickelten, mit Isolierfilm beschichteten Kupferdraht,
einem Paar Polkernen 7, die jeweils sechs Klauenpole aufweisen,
und einer Welle 6. Die Welle 6 verläuft durch
die Feldspule 8 und das Paar Klauenpole. Die Klauenpole
umgeben die Feldspule 8 von gegenüber liegenden Seiten aus. Ein
Mischströmungs-Kühlgebläse 11 ist
an das vordere Ende des Polkerns 7 geschweißt, um Luft
vom vorderen Ende in axialer und radialer Richtung zu blasen. Ebenso
ist ein Zentrifugenkühlgebläse 12 am hinteren
Ende des Polkerns 7 angeschweißt, um Luft vom hinteren Ende
in Richtung radial nach außen
zu blasen.
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Der
Stator 3 besteht aus einem Statorkern 32, einer
Statorwicklung 31, die aus einer Vielzahl von Leitersegmenten 33 gebildet
ist, und Isolatoren 34, die die Leitersegmente 33 gegen
den Statorkern 32 isolieren. Bei dem Statorkern 32 handelt
es sich um ein Laminat aus dünnen
Stahlblechen, die eine Vielzahl von Schlitzen aufweisen, die an
ihren Innenflächen
ausgebildet sind. Die blechartigen Isolatoren 34 befinden
sich an der Innenwand der Schlitze. Die Leitersegmente 33 sind
durch den auf sie und auf die Isolatoren 34 aufgebrachten
Isolierfilm gegen die Schlitze isoliert. Die Spulenenden 35 der
Statorwicklung 31 sind aus den Leitersegmenten 33 gebildet, die
aus dem Statorkern 32 hervorstehen.
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Das
Rahmenpaar 4 nimmt den Rotor 2 und den Stator 3 auf.
Der Rotor 2 wird von dem Rahmenpaar 4 so getragen,
dass er um die Welle 6 rotiert, und der Stator ist um den
Polkern 7 an einer Lücke befestigt.
Das Rahmenpaar 4 weist Luftauslassfenster 42 an
Abschnitten auf, die den Spulenenden 35 des Stators 3 gegenüber liegen,
und Lufteinlassfenster 41 an seinen axialen Endpositionen.
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Der
Rotor 2 des oben beschriebenen Fahrzeug-Wechselstromgenerators 1 dreht
sich in einer Richtung, wenn das Motormoment über einen Riemen auf das Riemenrad 20 übertragen
wird. Falls Feldstrom von außen
zur Feldspule 8 des Rotors 2 geliefert wird, werden
die Klauenpole des Polkerns 7 erregt, so dass die Statorwicklung 31 eine
Dreiphasen-Wechselspannung erzeugen kann. Somit wird an einer Ausgangsklemme
der Gleichrichtereinheit 5 Gleichstrom bereitgestellt.
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Die
Statorwicklung 31 ist aus einer Vielzahl von U-förmigen Leitersegmenten 33 gebildet,
die nach einer festgelegten Regel angeordnet und an ihren Segmentenden
verbunden sind.
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Wie
in 2 dargestellt, bildet ein Paar aus Leitersegmenten 33a und 33b eine
Grundeinheit. Eine Vielzahl von Paaren aus Leitersegmenten 33a und 33b wird
so angeordnet, dass sie die Statorwicklung 31 bildet. Jedes
der U-förmigen
Leitersegmente 33 weist einen Wendeabschnitt 33c und
Segmentenden 33e auf. Der Wendeabschnitt 33c und
die angrenzenden schrägen
Abschnitte 33d bilden eines der hinteren (gegenriemenradseitigen)
Spulenenden 35. Die Segmentenden 33e und der angrenzende schräge Abschnitt 33f bilden
eines der antriebsseitigen (riemenradseitigen) Spulenenden.
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Die
Leitersegmente 33 sind an ihren Enden 3e mittels
TIG- (Wolfram-Inertgas-) Schweißen
verbunden. Wie in 3 dargestellt, werden benachbarte
Enden 33e von be nachbarten Leitersegmenten 33 miteinander
in Kontakt gebracht, und eine Wolframelektrode wird in ihre Nähe gebracht,
wodurch ein Teil der Segmentenden geschmolzen wird, der wieder fest
wird. Somit werden, wie in 4 dargestellt,
die regentropfenförmigen
Wicklungsverbindungen 33g gebildet. Da jede der Wicklungsverbindungen 33g geschmolzen
und in diese Regentropfenform gebracht wird, ist die radiale Länge L2 der
Wicklungsverbindung 33g nach dem Verschweißen kürzer als die
radiale Länge
L1 der beiden Segmentenden 33e vor dem Verschweißen.
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Wie
in 2 dargestellt, weist die Statorwicklung 31 zwei
Arten von Leitersegmenten 33a und 33b als Grundeinheit
auf. Daher weist jede Grundeinheit zwei Wicklungsverbindungen auf,
und die Wicklungsverbindungen 33g sind in zwei coaxialen
Ringen angeordnet, wie in 5 dargestellt.
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Das
Leitersegment 33 weist einen angrenzenden unsolierten Abschnitt 33h auf,
von dem der Isolierfilm entfernt wurde. Dieser unsolierte Abschnitt 33h verhindert,
dass Isolierfilm, der ansonsten aufgrund der Hitze beschädigt werden
würde,
während die
Wicklungsverbindung 33g mittels TIG-Schweißens gebildet
wird, sich ablöst
oder reißt.
Wie in 7 dargestellt, kann sich der Isolierfilm 33k,
falls er nur von der minimalen Fläche entfernt wird, die zum
Schweißen
notwendig ist, im Bereich 33i, der an die Wicklungsverbindung 33g angrenzt,
aufgrund der Schweißhitze,
die auf ihn übertragen
wird, ablösen oder
reißen.
Der Bereich des unsolierten Abschnitts 33h wird gemäß der Schweißtemperatur
und den Abmessungen der Leitersegmente usw. bestimmt. Der unsolierte
Abschnitt 33h sollte an einem Abschnitt eines an die Wicklungsverbindung 33g angrenzenden Leitersegments
gebildet werden, der sich nicht mit einem anderen Leitersegment überschneidet,
um zu verhindern, dass die einander überschneidenden Leitersegmente
einen Kurzschluss bilden.
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Wie
in den 2, 3 und 4 dargestellt,
sind die Kontaktflächen 33M der
Wicklungsverbindung 33g, die gegenüber liegende Oberfläche 33L,
die der Kontaktfläche 33M gegenüber liegt,
und die Seitenfläche 33N,
die sich seitlich zur Kontaktfläche 33M der
Wicklungsverbindung 33g befindet, vorzugsweise flach. Die
flache Oberfläche 33M stabilisiert
die Schweißbedingung
für die
Wicklungsverbindung. Die flache Oberfläche 33L stellt Lücken zwischen
der radial angrenzenden Wicklungsverbindung 33g und dem
unisolierten Abschnitt 33h oder zwischen dem unisolierten
Abschnitt der radial am weitesten außen gelegenen Wicklungsverbindung 33g und
der Innenwand des Rahmens 4 bereit. Die flache Oberfläche 33N stellt
Lücken
zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Wicklungsverbindungen 33g bereit.
Somit verhindern die Lücken
einen Kurzschluss und verbessern die Kühlwirkung und die Umweltbedingungen.
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Wie
in 8 dargestellt, sind die Wicklungsverbindungen 33g geformt
und mit Isolierharz 36 überzogen,
und weisen zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Wicklungsverbindungen 33g Lücken auf
sowie einen oberen Abschnitt, der wellig oder konkav/konvex ist.
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Da
die Leitersegmente 33 der Statorwicklung 31 unisolierte
Abschnitte 33h aufweisen, ist somit kein Isolierfilm, der
aufgrund der Hitze beschädigt werden
könnte,
an den Oberflächen
der Leitsegmente, die an die Wicklungsverbindungen 33g angrenzen,
vorhanden. Daher gelangen Elektrolyt oder andere Fremdpartikel nicht
in einen solchermaßen
beschädigten
Film oder setzen sich dort fest. Falls die Wicklungsverbindungen 33g mit
zusätzlichem
Isolierharz 36 beschichtet werden, kann das Harz 36 leicht
an ihnen haften. Somit können
die Wicklungsverbindungen 33g mit einer geringen Harzmenge
beschichtet werde, was zu Kosteneinsparungen führt und umweltfreundlich ist.
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Da
die verwendete Harzmenge verringert ist, können die Lücken zwischen den benachbarten Wicklungsverbindungen 33g erweitert
werden, so dass der Kühlluftwiderstand
verringert werden kann. Somit kann die Kühlwirkung verstärkt werden
und Fremdpartikel können
leicht aus dem Inneren des Rahmenpaars 4 ausgetragen werden.
Da die radiale Länge
der Wicklungsverbindung 33g kürzer gestaltet wird als die
radiale Länge
der beiden Segmentenden 33e, können die Lücken zwischen zwei radial benachbarten
Wicklungsverbindungen 33g und zwischen den äußersten
Wicklungsverbindungen 33g und der Innenwand des Rahmenpaars 4 um
die Wicklungsverbindungen 33g vergrößert werden, wodurch ein Kurzschluss
verhindert wird.
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Wie
in 9 dargestellt, können die U-förmigen Leitersegmente 33 durch
Leitersegmente 331 ersetzt werden, die keinen Wendeabschnitt
aufweisen. Die Zahl der Leitersegmente und deren Ringe können verändert werden,
um verschiedenen Anforderungen gerecht zu werden.
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Wie
in 10 dargestellt, sind Ausschnitte an Bereichen
der beiden Segmentenden 33e' gegenüber den
miteinander in Kontakt stehenden Oberflächen ausgebildet, so dass die
radiale Länge
weiter verringert werden kann. In diesem Fall können Lücken zwischen den radial benachbarten
Wicklungsverbindungen oder zwischen der äußersten Wicklungsverbindung
und der Innenwand des Rahmenpaars 4 weiter vergrößert werden.
Somit kann ein Kurzschluss verhindert werden, die Kühlwirkung
und die Umweltfreundlichkeit können
weiter verbessert werden.
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Der
Querschnitt des unisolierten Abschnitts 33h kann polygonal
statt rechteckig gestaltet werden. Da die Kontaktfläche der
unisolierten Abschnitte verringert werden kann, kann das Isolierharz
leichter zwischen die unisolierten Abschnitte gelangen.
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In
der obigen Beschreibung der vorliegenden Erfindung wurde die Erfindung
mit Bezug auf spezielle Ausführungsformen
offenbart. Es liegt jedoch auf der Hand, dass verschiedene Modifizierungen
und Änderungen
an den spezifischen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne den Bereich der
Erfindung zu verlassen, wie er in den beigefügten Ansprüchen ausgeführt ist. Somit sollte die Beschreibung
der vorliegenden Erfindung als Erläuterung und nicht im beschränkenden
Sinn, gelesen werden.