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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Linse für eine Fahrzeugleuchte.
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HINTERGRUND
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Fahrzeuge umfassen verschiedene Leuchten und stellen zahlreiche Funktionen wie z.B. die Beleuchtung der Umgebung, die Verbesserung der Sicht des Fahrers oder die Angabe der beabsichtigten Fahrtrichtung bereit. Das Design und die Aufmachung des Fahrzeugs bestimmen oft die Form und Geometrie der Fahrzeugleuchte. Unabhängig vom Design der Leuchte müssen jedoch die funktionalen Anforderungen und gesetzlichen Vorschriften erfüllt werden.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß mindestens einer Ausführungsform ist eine Fahrzeugleuchte mit einer Projektionslinse mit einem Linsenprofil mit einer hinteren Hauptfläche mit einer konvexen Krümmung und einer vorderen Fläche mit einer konkaven Krümmung vorgesehen. Eine hintere Höhe der hinteren Hauptfläche ist größer als eine vordere Höhe der vorderen Fläche. Die Leuchte weist eine Mehrzahl von Lichtquellen 36 und einen Reflektor auf, der dazu ausgelegt ist, das von der Mehrzahl von Lichtquellen emittierte Licht in Richtung der Projektionslinse zu reflektieren. Da das Linsenprofil entlang einer Kurvenlänge überstrichen wird, variiert mindestens eine der hinteren konvexen Krümmung oder der vorderen konkaven Krümmung. Die Lichtabgabe der vorderen Fläche der Projektionslinse ist im Allgemeinen entlang der Kurvenlänge gleichmäßig.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die vordere Höhe geringer als eine Profildicke zwischen der hinteren Hauptfläche und der vorderen Fläche.
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In einer weiteren Ausführungsform ist eine Profildicke zwischen der hinteren Hauptfläche und der vorderen Fläche im Allgemeinen konstant.
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In einer weiteren Ausführungsform variiert die Profildicke zwischen der hinteren Hauptfläche und der vorderen Fläche entlang der Kurvenlänge.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die vordere Höhe entlang der Kurvenlänge im Allgemeinen konstant.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Kurvenlänge mindestens eine von einer Neigungskrümmung und einer Überstreichungskrümmung auf.
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In einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich die konvexe Krümmung in eine Höhenrichtung, wobei die hintere Hauptfläche ferner eine Mehrzahl von zugeschnittenen Konturen umfasst, die sich in eine Längsrichtung der Kurvenlänge erstrecken.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Mehrzahl der zugeschnittenen Konturen als eine Mehrzahl von Bögen geformt.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Mehrzahl von Lichtquellen eine Mehrzahl von Leuchtdioden (LED), die in eine Längsrichtung der Kurvenlänge voneinander beabstandet sind.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Reflektor eine Mehrzahl von Reflektoren, wobei einer der Reflektoren jeder der LED benachbart angeordnet ist.
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In einer weiteren Ausführungsform verläuft die optische Mittelachse der Strahlung von jedem der Reflektoren im Allgemeinen entlang der Kurvenlänge parallel.
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Gemäß mindestens einer weiteren Ausführungsform ist eine Projektionslinse vorgesehen. Die Projektionslinse hat ein Linsenprofil mit einer konvexen hinteren Fläche und einer konkaven vorderen Fläche. Das Linsenprofil streicht entlang einer Kurvenlänge. In einer ersten Längenposition weist die konvexe hintere Fläche eine erste konvexe Krümmung auf. Die konvexe hintere Fläche weist eine zweite konvexe Krümmung, die sich von der ersten konvexen Krümmung unterscheidet, an einer zweiten Längenposition auf, die in einem von einem Überstreichungswinkel oder einem Neigungswinkel von der ersten Längenposition ausgerichtet ist.
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In einer weiteren Ausführungsform ist eine Höhe der vorderen Fläche kleiner als eine Höhe der hinteren Fläche entlang der Kurvenlänge.
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In einer weiteren Ausführungsform nimmt die Höhe des Linsenprofils von der konvexen hinteren Fläche zu der konkaven vorderen Fläche ab.
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Gemäß mindestens einer weiteren Ausführungsform ist eine Fahrzeugleuchte mit einer Lichtklinge vorgesehen. Die Lichtklinge hat eine konvexe hintere Fläche, um einen Lichteinfall in Richtung einer konkaven vorderen Fläche umzuleiten und umzuformen. Die Lichtklinge hat eine vordere Höhe, die geringer ist als eine hintere Höhe. Eine Lichtquelle ist hinter der Lichtklinge angeordnet. Ein Reflektor ist dazu ausgelegt, das von der Lichtquelle emittierte Licht in Richtung der Lichtklinge zu reflektieren. Eine Lichtabgabe von der konkaven vorderen Fläche der Lichtklinge ist im Allgemeinen entlang einer Klingenlänge gleichmäßig.
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In einer weiteren Ausführungsform variiert eine konvexe Krümmung der konvexen hinteren Fläche entlang der Klingenlänge, während eine konkave Krümmung der konkaven vorderen Fläche konstant bleibt.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Klingenlänge mindestens eine von einer Neigungskrümmung und einer Überstreichungskrümmung auf.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die vordere Höhe geringer als eine Profildicke zwischen der konvexen hinteren Fläche und der konkaven vorderen Fläche.
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Figurenliste
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- 1 ist eine perspektivische Vorderansicht der Fahrzeugleuchte mit einer Projektionslinse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
- 2 ist eine perspektivische Rückansicht der Projektionslinse in 1 bei abgenommenem Lampengehäuse.
- 3 ist eine perspektivische Ansicht der Fahrzeugleuchte in 1.
- 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Linsenprofils entlang einer Krümmungslänge.
- 5 ist eine schematische Ansicht einer Fahrzeugleuchte, die das Linsenprofil darstell t.
- 6 ist eine Schnittansicht durch den Abschnitt 6-6 des Fahrzeugs in 1.
- 7 ist eine Schnittansicht durch den Abschnitt 7-7 des Fahrzeugs in 1.
- 8 ist eine schematische Ansicht der Fahrzeugleuchte gemäß 1, die einen Strahlverlauf zeigt.
- 9 ist eine schematische Ansicht eines Abschnitts der Profillinse gemäß 2, die die optische Achse zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Wie erforderlich, werden hierin detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; es ist jedoch zu verstehen, dass die offenbarten Ausführungsformen nur exemplarisch für die Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden kann. Die Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten anzuzeigen. Spezifische strukturelle und funktionale Details, die hier offenbart werden, sind daher nicht als einschränkend zu interpretieren, sondern lediglich als repräsentative Grundlage für die Lehre für einen Fachmann, die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weisen anzuwenden.
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Kfz-Beleuchtungen, wie z.B. Scheinwerfer oder Signallampen, haben zunehmend stilistisch gestaltete Merkmale und Designs. Diese ästhetischen Designs müssen gleichzeitig den gesetzlichen Vorschriften für die Fahrzeugbeleuchtung entsprechen. Ein ästhetisches Design ist das schmale, sehr dünne Lichtband, das in Lampen für Signallichtfunktionen oder anderen beleuchteten Teilen einer Fahrzeugleuchte verwendet werden kann, die einen dünnen beleuchteten Lichtstreifen erfordern.
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Herkömmliche Lampen- und Linsendesigns begrenzen die Höhe des Lichtstreifens, ohne große Effizienzverluste zu erleiden. Diese Effizienzverluste verhindern, dass der Lichtstreifen zu dünn wird. Um die Effizienzverluste bei einem dünnen Lichtstreifen zu überwinden, ist eine steile Erhöhung des Einfallflusses von der Lichtquelle erforderlich, was zu höheren Kosten der Lichtquellenkomponenten und erhöhten thermischen Bedenken bezüglich der Lampenstruktur führt.
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Eine weitere Herausforderung bei Designs mit dünnen Lichtstreifen besteht darin, eine gleichmäßige Lichtabgabe bereitzustellen, selbst wenn das Design aggressive Konturen entlang der Länge des Lichtstreifens erfordert. Das Design kann erfordern, dass der Lichtstreifen den Neigungs- und Überstreichungskonturen des Fahrzeugs folgt, während es dennoch die Lichtabgabe entlang einer einzelnen optischen Achse bereitstellt.
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1-3 zeigen eine Fahrzeugleuchte 10 mit einer als eine Lichtklinge gebildeten Linse 12. Die Lichtklingenlinse 12 der vorliegenden Offenbarung weist eine dünne Öffnung 20 nach vorne hin auf und stellt gleichzeitig noch eine effiziente und gleichmäßige Lichtabgabe über die gesamte Länge der Lichtklingenlinse 12 bereit.
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Wie in 2 dargestellt und in 4-8 näher beschrieben, weist die Lichtklingenlinse 12 ein variables Linsenprofil 14 mit einer hinteren Hauptfläche 16 mit einer konvexen Krümmung 30 und einer vorderen Fläche 20 mit einer konkaven Krümmung 32 auf.
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Eine Lichtquelle 36 ist hinter der Lichtklingenlinse 12 angeordnet. Die Fahrzeugleuchte 10 weist auch einen Reflektor 38 auf, der dazu ausgelegt ist, das von der Lichtquelle 36 emittierte Licht in Richtung der Linse 12 zu reflektieren. Der Reflektor 38 kann ein parabolischer Reflektor sein, der dazu ausgelegt ist, das von der Lichtquelle 36 emittierte Licht im Allgemeinen in Richtung der Linse 12 zu kollimieren. Wie in 5 dargestellt, kann die Lichtquelle 36 an einem Brennpunkt des Reflektors an einer Position zwischen dem Reflektor und der Linse 12 angeordnet sein.
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Das variable Linsenprofil 14 hat eine hintere Höhe RH, die größer ist als die vordere Höhe FH. Um die Längsform der Lichtklingenlinse 12 zu definieren, wird das Linsenprofil 14 entlang einer Kurvenlänge 40 überstrichen, wie in 4 dargestellt. Die Kurvenlänge 40 kann im dreidimensionalen Raum überstrichen werden, um eine dünne, längliche Kontur der Linse 12 zu definieren. So kann beispielsweise die Kurvenlänge 40 entlang eines Neigungswinkels oder eines Überstreichungswinkels überstrichen werden, wobei der Neigungswinkel die Abweichung der Bodenebene von einer horizontalen Ebene und der Überstreichungswinkel die Abweichung einer mittleren Ebene von einer vertikalen Ebene ist. Wie in 4 dargestellt, kann die Kurvenlänge 40 eine komplexe Konturlinie sein, die eine Mittellinie jedes Profils 14 bildet und entlang des Neigungs- und Überstreichungswinkels gleichzeitig variiert. Die Abmessungen und Eigenschaften des Linsenprofils 14 können entlang der Kurvenlänge variieren, die mit Bezugnahme auf 5-7 näher erläutert wird. Linsenprofile mit unterschiedlichen Abmessungen sind als 14a-14d dargestellt.
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Wie in 5 dargestellt, ist jedes Linsenprofil 14 durch eine erste abgewinkelte Fläche 22, die als eine obere Fläche dargestellt ist, und eine zweite abgewinkelte Fläche 24, die als eine untere Fläche dargestellt ist, definiert. Die erste und die zweite abgewinkelte Oberfläche 22, 24 können beispielsweise durch Anforderungen an das Fahrzeugdesign oder die Aufmachung der Lampen definiert sein. Die Höhe des Linsenprofils verringert sich von der konvexen hinteren Fläche 30 zu der konkaven vorderen Fläche 32.
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Um eine im Allgemeinen gleichmäßige Lichtabgabe zu gewährleisten, die parallel zu einer optischen Achse 34 entlang der Länge 40 verläuft, wird mindestens ein Linsenparameter entlang der Kurvenlänge je nach Variation des Neigungs- und Überstreichungswinkels variiert. 5 stellt die verschiedenen Linsenparameter der Lichtklingenlinse 12 dar. Linsenparameter wie z. B. die hintere konvexe Krümmung 30 und die vordere konkave Krümmung 32 sowie die Klingendicke T variieren mit der Variation des Neigungs- und Überstreichungswinkels entlang der Kurvenlänge 40 der Linse.
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Die hintere Höhe RH und die vordere Höhe FH der Linse 12 sind eine Höhenabmessung, die orthogonal zu einer mittleren Ebene 50 der Linse 12 ist. Die hintere Höhe RH und die vordere Höhe FH können auch zwischen der ersten und der zweiten abgewinkelten Fläche 22, 24, an der hinteren Fläche 16 bzw. an der vorderen Fläche 20 definiert sein. Die erste und die zweite abgewinkelte Fläche 22, 24 laufen so zusammen, dass die vordere Höhe FH kleiner als die hintere Höhe RH ist und die vordere Höhe FH die dünne beleuchtete Öffnung der Lichtklingenlinse 12 definiert.
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Die hintere Höhe RH kann auch eine hintere Sehne der hinteren Krümmung 30 definieren und die vordere Höhe FH kann eine vordere Sehne der vorderen Krümmung 32 definieren, wobei eine Sehne ein Liniensegment ist, das zwei Punkte auf einer Kurve verbindet.
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Die hintere und die vordere Krümmung 30, 32 können durch Wiederholung der Designvariablen bestimmt werden, bis die erwünschte photometrische Leistung und das erwünschte beleuchtete Erscheinungsbild erreicht sind. Die konvexe hintere Krümmung 30 ist dazu ausgebildet, einen kollimierten Lichtstrahl, der von einem Reflektor 38 reflektiert wird, zu erfassen und umzuformen. Die konkave vordere Krümmung 32 kann so ausgelegt sein, dass sie eine erwünschte Lichtverteilung aufweist und/oder die Anforderungen der gesetzlichen Lichtverteilung erfüllt. So können beispielsweise die konvexe und konkave Krümmung 30, 32 auf den Constraint-Variablen FH, RH und der Klingendicke T basieren. Ein geeigneter vorderseitiger Tangentensteuerwinkel α kann iterativ gefunden werden, um die frontseitige Krümmung der dicken Klinge zu definieren, die den einfallenden konischen Strahl im entsprechenden Ausmaß spreizt, um die gesetzlichen und optischen Anforderungen zu erfüllen. Strahlverläufe werden rückverfolgt, um einen Versatz (x) der Lichtquelle von dem Reflektor basierend auf den Aufmachungsbeschränkungen der Linse 12 zu lokalisieren. Die Form des Reflektors 38 kann dann so gestaltet werden, dass er die geeignete Brennweite (f) und Links-Rechts-Spreizung (s) entlang der Kurvenlänge 40 aufweist. Der Radius (r) der hinteren konvexen Krümmung wird an jedem Abschnitt basierend auf der iterativen Strahlverlaufsverfolgung erzeugt.
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Die konvexe Krümmung 30 erstreckt sich in eine Höhenrichtung. Die hintere Fläche 16 kann auch eine Mehrzahl von zugeschnittenen Konturen 26 umfassen, die sich in eine Längsrichtung der Kurvenlänge erstrecken, wie in 2 dargestellt. Die Mehrzahl der zugeschnittenen Konturen 26 ist als eine Mehrzahl von Bögen geformt. Die Bögen können durch Überstreichen der konvexen Krümmung an einem Radius (rf) erzeugt werden, der außerhalb der Ebene des variablen Linsenprofils 14 liegt.
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Die resultierende Linse 12 weist ein Profil auf, bei dem die vordere Höhe FH geringer als eine Profildicke T zwischen der hinteren Fläche 16 und der vorderen Fläche 20 ist. Darüber hinaus variiert mindestens eine der hinteren konvexen Krümmung 30 oder der vorderen konvexen Krümmung 32 entlang der Kurvenlänge 40, die sich im dreidimensionalen Raum in Neigungs- und Überstreichungswinkeln krümmt. Wie in der in 5 dargestellten Ausführungsform dargestellt, beträgt die Dicke T etwa 27 mm. Die hintere Höhe RH beträgt ca. 12 mm und die vordere Höhe FH ca. 7mm oder weniger. Der Reflektor 38 ist parabolisch und hat eine Brennweite von ca. 8 mm. In einer weiteren Ausführungsform kann die vordere Höhe FR, die die kleine beleuchtete Öffnung definiert, im Bereich von 1 mm bis 15 mm liegen. In einer weiteren Ausführungsform kann die vordere Höhe FR im Bereich von 2 mm bis 10 mm liegen.
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6 und 7 zeigen den Unterschied in den Querschnitten durch die Fahrzeugleuchte 10 an zwei verschiedenen Positionen entlang der Kurvenlänge 40 der Linse 12. 6 zeigt eine Schnittansicht durch Abschnitt 6-6 der Leuchte in 1, während 4 eine Schnittansicht durch Abschnitt 7-7 ist.
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Wie in 6 und 7 dargestellt, kann in dieser Ausführungsform die Linsendicke T zwischen der hinteren Fläche 16 und der vorderen Fläche 20 entlang der Kurvenlänge 40 im Allgemeinen konstant sein. Die hintere konvexe Krümmung in 6 hat einen anderen Radius r als in 7. Die vorderen konkaven Krümmungen 30 in 6 und 7 sind unterschiedlich und die vordere Höhe FR ist in 3 und 4 unterschiedlich.
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In einer weiteren Ausführungsform variiert die Profildicke T zwischen der hinteren Fläche 16 und der vorderen Fläche 20 entlang der Kurvenlänge 40. In einer weiteren Ausführungsform kann die vordere Höhe FH im Allgemeinen entlang der Kurvenlänge 40 der Linse 12 konstant sein, während die hintere Höhe RH entlang der Kurvenlänge 40 variiert.
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6 und 7 zeigen die Leuchte mit einer Mehrzahl von Lichtquellen 36. Jede der Lichtquellen ist eine Leuchtdiode (LED) oder ein anderes geeignetes Lichtelement. Die Lichtquellen 36 sind in eine Längsrichtung der Kurvenlänge 40 voneinander beabstandet. Die Leuchte 10 weist eine Mehrzahl von Reflektoren 38 auf, wobei jeder Lichtquelle 36 ein Reflektor 38 zugeordnet ist. Die Brennweite (f) und die Spreizung (s) jedes Reflektors 38 variieren entlang der Kurvenlänge.
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Wie in 1 und 3 dargestellt, sind die Reflektoren 38 in einem Lampengehäuse 42 gebildet, das der hinteren Fläche 16 der Linse 12 benachbart montiert ist. Während 3 die Perspektive seitlich von hinten des Lampengehäuses 42 zeigt, sind die unterschiedlichen Abmessungen jedes der Reflektoren 38 dargestellt. Eine Leiterplatte 44 kann auch in dem Lampengehäuse 42 montiert sein und die Lichtquelle 36 kann auf der Leiterplatte 44 montiert sein, wie in 6-7 dargestellt. Ein Schirm 46 zur Blockierung von direktem Licht der Lichtquelle 36 ist ebenfalls an dem Gehäuse 42 angebracht.
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8 ist eine schematische Darstellung der Fahrzeugleuchte 10 mit einem Strahlverlauf. Die konvex-konkave Linse mit der optisch konvexen hinteren Fläche 30 und der konkaven vorderen Fläche 32 formt einen einfallenden kollimierten Lichtstrahl neu und leitet ihn durch eine kleinere Öffnung an der konkaven vorderen Fläche 30 um. Wie in 9 dargestellt, verläuft die optische Mittelachse der Strahlung 34 von jedem der Reflektoren im Allgemeinen parallel entlang der Kurvenlänge 40.
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Obwohl vorstehend exemplarische Ausführungsformen beschrieben sind, ist es nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Vielmehr sind die in der Spezifikation verwendeten Begriffe eher beschreibende als einschränkende Begriffe, und versteht es sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Offenbarungsumfang der Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung kombiniert werden.
