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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Luftreifen, und
insbesondere auf einen sogenannten "Plattlauf-Reifen", der
Verstärkungsgummischichten mit einem halbmondformigen Querschnitt in dem
ganzen Gebiet der Reifen-Seitenwandbereiche hat, um den Fahrzeugen zu
ermöglichen, bei einer Reifenpanne eine große Strecke zu fahren. Ein
solcher Reifen sollte infolge geeigneter Verstärkung seines
Laufflächenbereichs eine gute Plattlauf-Haltbarkeit haben, so daß er,
verglichen mit herkömmlichen Plattlauf-Reifen, bei einer Reifenpanne eine
große Strecke gefahren werden kann, ohne daß sich Probleme ergeben.
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Um einem Fahrzeug zu ermöglichen, ohne weitere Beschädigung des
Reifens oder Verlust der Manövrierbarkeit, wenn der Innendruck des an dem
Fahrzeug angebrachten Reifens absinkt oder Null wird, eine relativ kurze
Strecke sicher weiterzufahren und ein geeignetes Ziel, wie zum Beispiel
eine Reparaturwerkstatt, zu erreichen, wo ein platter Reifen ersetzt werden
kann, wurden verschiedene Vorschläge gemacht.
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Unter diesen Vorschlägen wird die Verwendung von
Verstärkungsschichten in dem ganzen Gebiet der Seitenwandbereiche eines
sogenannten "Plattlauf-Reifens" im allgemeinen als eine äußerst wirksame
Maßnahme gewählt. Dadurch wird die Last des Reifens, die bei dem normalen
Innendruck hauptsächlich von dem Innendruck und auch von der
Verstärkungsschicht getragen wird, in dem platten Zustand des Reifens von
der Verstärkungsschicht allein übernommen.
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In dem platten Zustand können bei einem Luftreifen die
Seitenwandbereiche ohne eine solche Verstärkungsschicht das Radgewicht
gewöhnlich nicht aushalten, wobei sie zu einer conduplizierten (gefalteten)
Form verformt werden. Dies hat ein ernstes Problem zur Folge. Bei dem
Plattlauf-Reifen kann der Radialluftreifen jedoch weiterlaufen, obwohl die
Seitenwandbereiche stark gebogen sind, da die Verstärkungsschicht aufgrund
ihrer Form und ihres Materials das Radgewicht über eine relativ kurze
Strecke tragen kann, ohne die Seitenwandbereiche zu beschädigen und die
Kontrolle des Fahrzeugs nachteilig zu beeinflussen.
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Die obenerwähnte Plattlauf-Eigenschaft wird bei einem
Hochleistungsreifen im allgemeinen gewählt. Dabei müssen verschiedene
Eigenschaften, wie zum Beispiel die Lenkbarkeit und der Vibrations-
Fahrkomfort, die während beinahe aller Fahrperioden benötigt werden, auf
einem maximalen Niveau gehalten werden. Daher müssen eventuelle nachteilige
Wirkungen auf die Reifenleistungsfähigkeit, die durch die Wahl einer
Plattlauf-Eigenschaft hervorgerufen werden, möglichst gering gehalten
werden.
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Bei der Auswahl der Querschnittsform und des Materials der
Verstärkungsgummischicht ist es erforderlich, eine begrenzte Dicke und
Härte in Erwägung zu ziehen und zu wählen. Obwohl der Reifen über eine
gewisse Strecke sicher gefahren werden kann, ergibt sich folglich eine
Begrenzung der Laufstrecke. Trotz eines strukturellen Nachteils
hinsichtlich der Plattlauf-Eigenschaft werden meistens Luftreifen mit einer
radialen Karkasse verwendet. Infolge der Forderung nach einer Vergrößerung
der Sicherheitslaufstrecke in dem platten Zustand erfüllt der obenerwähnte
Typ eines Plattlauf-Reifens jedoch nicht mehr die gegenwärtigen
Anforderungen.
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Ein Reifen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aufgrund
von EP-A-0515226 bekannt.
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Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Luftreifen mit
einer ausgezeichneten Plattlauf-Haltbarkeit zu verwirklichen, bei dem in
dem platten Zustand die Laufstrecke vergrößert werden kann, ohne daß
Probleme auftreten, während die Sicherheit in genügender Weise
aufrechterhalten wird, wobei die Form und das Material der
Verstärkungsgummischicht bei einem optimalen Leistungsfähigkeitsniveau
innerhalb eines herkömmlichen Bereichs ausgewählt werden kann.
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Bei der Untersuchung des Verlaufs der Verformung des herkömmlichen
Plattlauf-Reifens in dem platten Zustand haben wir gefunden, daß die
Biegeverformung in den Seitenwandbereichen in enger Beziehung zu der
Widerstandskraft bei der Biegeverformung in dem Laufflächenbereich steht.
Auf dieser Grundlage konnten wir einen Luftreifen mit einer ausgezeichneten
Plattlauf-Eigenschaft verwirklichen, wobei wir die nachstehend beschriebene
Reifenbauweise der Erfindung wählten.
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Gemäß der Erfindung wird ein radialer Luftreifen vorgeschlagen, mit
zwei Wulstbereichen und zwei Seitenwandbereichen, und einem
Laufflächenbereich, der die Seitenwände miteinander verbindet und
mindestens eine radiale Karkassenlage umfaßt, die jeden der Bereiche
zwischen den zwei in die Wulstbereiche eingebetteten Wulsten verstärkt,
einem Gürtel, der mindestens zwei Schichten aufweist, die einander
überkreuzende Cordfäden haben, einer Deckschicht, die zwischen dem Gürtel
und dem Laufflächenbereich angeordnet ist, und Cordfäden aus einer
organischen Faser enthält, die sich in der Umfangsrichtung des Reifens
erstrecken, und Verstärkungsgummischichten in dem ganzen Gebiet der
Seitenwandbereiche, um eine Last des Reifens zu tragen, wobei jede dieser
Verstärkungsgummischichten einen halbmondförmigen Querschnitt längs der
inneren Seite der Karkasse hat, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine
Zugelement-Schicht, die dazu bestimmt ist, der in den Breitenrichtungen des
Reifens erzeugten Kraft zu widerstehen, und die Cordfäden hat, die sich im
wesentlichen orthogonal zu der Äquatorebene des Reifens erstrecken,
zwischen dem Gürtel und der Deckschicht angeordnet ist.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird auf die beigefügten
Zeichnungen Bezug genommen, die Folgendes darstellen:
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Die Figur 1 ist eine Querschnittansicht der linken Hälfte einer
Ausführungsform eines Reifens gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Die Figur 2 ist eine der Figur 1 ähnliche Ansicht einer weiteren
Ausführungsform eines Reifens gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Die Figur 3 ist eine schematische Ansicht, die das Verhalten von
Reifen in einem platten Zustand veranschaulicht.
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Die vorliegende Erfindung wird nun weiter erklärt unter Bezugnahme
auf die Figur 1, die eine Querschnittansicht einer Hälfte eines Luftreifens
der vorliegenden Erfindung wiedergibt. Der Reifen umfaßt eine Karkasse 1,
einen Wulstkern 2, einen Gürtel 3, eine Deckschicht 4, einen
Laufflächenbereich 5, einen Seitenwandbereich 6, einen Wulstbereich 7, eine
Verstärkungsgummischicht 8 und ein Zugelement 9. Der Reifen umfaßt
weiterhin eine innere Einlage 10, und Schichten 11 an den Rändern des
Gürtels.
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Der Reifen weist mindestens eine Karkassenlage (zwei Lagen in der
Zeichnung) auf, die Cordfäden enthält, die orthogonal (radial) bezüglich
einer Äquatorebene E des Reifens angeordnet sind, wobei die Karkassenlage
den Wulstbereich 7, den Seitenwandbereich 6 und den Laufflächenbereich 5
zwischen den zwei in die zwei Wulstbereiche 7 eingebetteten Wulstkernen 2
verstärkt (nur der Wulstbereich auf einer Seite des Reifens ist
wiedergegeben).
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Der Gürtel 3 weist mindestens zwei Cordfaden-Schichten (3-1, 3-2 in
der Zeichnung) auf. Die Cordfäden jeder Schicht sind schräg und in
entgegengesetzten Richtungen bezüglich der Äquatorebene E angeordnet und
bilden kleine Oberkreuzungswinkel zwischen den Schichten.
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Die Deckschicht 4, die Cordfäden aus einer organischen Faser enthält,
die in der Umfangsrichtung um den Reifen herum gewickelt sind, verhindert,
daß sich der Gürtel 3 während des Laufs mit hoher Geschwindigkeit in der
radialen Richtung ausdehnt. Die Deckschicht 4 hat vorzugsweise eine größere
Breite als der Gürtel 3. Die Deckschicht 4 verbessert die Laufeigenschaften
eines Hochleistungsreifens, da sie zusammen mit dem Gürtel 3 die Lauffläche
5 verstärkt.
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Die Verstärkungsgummischicht 8 besteht vorzugsweise aus einem Gummi
mit einer Härte, die größer als die Härte des Gummis der Karkasse 1 und der
Seitenwandbereiche 6 ist. Obwohl die Gummiverstärkungsschicht 8 bei
normalem Innendruck auch als Lasttragkomponente fungiert, ist der
Hauptzweck des Gummis, den Seitenwandbereichen 6 zu ermöglichen, die Last,
die von dem Seitengummi und der Karkassenlage allein nicht getragen werden
kann, in ausreichendem Maße zu tragen. Der Gummi arbeitet dabei als
"Absteifungselement". Daher wird die Verstärkungsgummischicht 8
vorzugsweise in dem ganzen Gebiet des Seitenwandbereichs 6 angeordnet,
genauer gesagt, von dem Seitengebiet des Wulstkerns 2 in der radialen
Richtung bis zu dem Seitenrand der Lauffläche 5 längs der inneren
Oberfläche der Karkasse 1, wobei sie im Querschnitt spitz zuläuft und ihre
maximale Dicke in der Mitte hat.
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Weiterhin ist zwischen dem Gürtel 3, genauer gesagt, der äußeren
Schicht 3-2 der zwei Cordfaden-Schichten 3-1 und 3-2 und der Deckschicht
4 mindestens eine Zugelement-Schicht 9 angeordnet, die Cordfäden enthält,
die sich im wesentlichen orthogonal zu der Äquatorebene des Reifens
erstrecken; bei den Cordfäden, die sich im wesentlichen orthogonal
erstrecken, ist die unvermeidliche Schwankung des Produktes während der
Produktion eingeschlossen.
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Das Zugelement 9 wirkt als eine Komponente, die der in der Lauffläche
5 in der Breitenrichtung erzeugten Kraft widersteht. Die Breite des
Zugelements 9 beträgt vorzugsweise mindestens 50% der schmaleren
Gürtellage.
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Für das Zugelement muß ein Cordfaden mit einem hohen Zug-
Elastizitätsmodul oder einen hohen Druck-Elastizitätsmodul verwendet
werden, zum Beispiel ein verdrillter Aramidfaser-Cordfaden in dem ersteren
Fall, und ein Nylonfilament-Cordfaden in dem letzteren Fall.
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Die Deckschicht 11 in der Figur list eine schmale Cordfaden-Schicht,
die in einem gewissen bezeichneten Gebiet in der Breitenrichtung längs der
äußeren Oberfläche des Gürtels 3 und der Deckschicht 4 gewickelt ist. In
der Figur 1 bedeckt die Deckschicht 11 beide Seitenränder des Gürtels 3 und
der Deckschicht 4, um zusammen mit der Deckschicht 4 die hohe
Leistungsfähigkeit bei hoher Geschwindigkeit zu verbessern.
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In der Figur 2, die eine ähnliche Ansicht wie die Figur 1 ist, ist
eine Ausführungsform wiedergegeben, bei der zwei Zugelement-Schichten 9-1
und 9-2 vorgesehen sind. Das Zugelement 9-1 ist auf die gleiche Weise wie
die Schicht 9 in der Figur 1 angeordnet, und das Zugelement 9-2 ist
zwischen der inneren Cordfaden-Schicht 3-1 und der Karkasse 1 angeordnet.
Der Gürtel 3 ist zwischen den zwei Schichten 9-1 und 9-2 angeordnet.
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In der Figur 3 bezeichnet die gestrichelte Linie A einen
herkömmlichen Plattlauf-Reifen (der Gummiverstärkungsschichten 8 hat), und
die ausgezogene Linie B einen Reifen der vorliegenden Erfindung, wobei die
Linien A und B die Verformung des äußeren Profils der Plattlauf-Reifen
wiedergeben, die obenerwähnte Verstarkungsgummischicht 8 unmittelbar unter
der Last (Radgewicht) haben. Pa bzw. Pb geben den Angriffspunkt der von dem
Felgenflansch auf den Wulst 7 wirkenden Kraft bezüglich der gestrichelten
Linie A und der ausgezogenen Linie B wieder. S bezeichnet die
Straßenoberfläche.
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Obwohl dies nicht in den Zeichnungen wiedergegeben ist, wird ein
herkömmlicher Reifen ohne Verstärkungsgummischichten 8 infolge einer
unzureichenden Lasttragfähigkeit zu einer conduplizierten Form
zusammengedrückt. Der herkömmliche Plattlauf-Reifen, der
Verstärkungsgummischichten 8 hat, hat die Funktion, die durch die
Verformung der Seitenwände erzeugte Last zu tragen, wie durch die
gestrichelte Linie A wiedergegeben ist. Diese Funktion wird durch die
Verformungswiderstandsfähigkeit der Verstärkungsgummi schichten 8 erhalten,
die in der Mitte der Seitenwandbereiche 6 Bereiche von großer Dicke haben,
wobei diese Verformungswiderstandsfähigkeit durch den großen Druck-
Elastizitätsmodul bewirkt wird, der die Verformung innerhalb des Gummis 8
bestimmt.
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Infolge dieser Lasttragfähigkeit ist jedoch die Kraftkomponente F'
des Radgewichts so gerichtet, wie dies durch die Pfeile gezeigt ist, wobei
die Kraftkomponente F' über die Verstärkungsgummi schicht 8 auf beide Ränder
der Lauffläche 5 übertragen wird. Da der Gürtel 3 und die Deckschicht 4
ohne inneren Druck keine Spannung haben, kann dabei die Lauffläche 5 dieser
Kraft nicht widerstehen.
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Die Lauffläche 5 wird daher nach der inneren Seite des Reifens
gekrümmt, wie durch den Bogen L gezeigt ist. Folglich wird der
Seitenwandbereich 6 so verformt, daß einige der nahe bei der Lauffläche 5
gelegenen Bereiche die Straßenoberfläche berühren und sich bei
Rutschkontakt drehen. Dies hat einen raschen Abrieb des Gummis und eine
Beschädigung der Karkasse 1 in einem frühen Stadium zur Folge.
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Die durch den Bogen L wiedergegebene Krümmung der Lauffläche 5
entspricht einer Verringerung des Bewegungsradius. Dies bringt eine Zunahme
der schrägen Winkel der Cordfäden der Cordfaden-Schichten 3-1 und 3-2 des
Gürtels 3 mit sich. Dies ist das sogenannte "Pantograph-Phänomen".
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Wenn das Zugelement 9 (9-1), das Cordfäden hat, die orthogonal zu der
Äquatorebene E des Reifens verlaufen, zwischen der Cordfaden-Schicht 3-2
des Gürtels 3 und der Deckschicht 4 angeordnet wird, wird das Pantograph-
Phänomen wirksam unterdrückt. Diese Unterdrückung verhindert im
wesentlichen, daß sich die Lauffläche krümmt, wie durch den Bogen in der
Figur 3 gezeigt ist.
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Folglich wird die Länge der Krümmung der Lauffläche 5 von L bei dem
herkömmlichen Reifen auf 2 bei dem Reifen der vorliegenden Erfindung
verringert. Dies hat zur Folge, daß der Wulst 7 von dem Punkt Pa nach dem
Punkt Pb angehoben wird, der um h über dem Punkt Pa liegt. Daher ist der
Rutschkontakt der Seitenwandbereiche 6 mit der Straßenoberfläche 5 stark
verringert. Weiterhin werden als Folge davon Seitenwandbereiche, die eine
große Dicke haben, die Straßenoberfläche berühren.
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Wenn das Zugelement 9-2 zusätzlich zwischen der Cordfaden-Schicht 3-1
und der Karkasse 1 angeordnet wird, kann außerdem der obige Effekt weiter
verbessert werden.
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Obwohl bei dem herkömmlichen Plattlauf-Reifen die Lasttragfähigkeit
der Verstärkungsgumrnischicht 8 nicht genügend wirken kann, kann die
Verstärkungsgummischicht 8 bei der vorliegenden Erfindung genügend wirken,
wenn das Zugelement 9 (9-1, 9-2) vorgesehen wird.
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Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf das folgende Beispiel
weiter beschrieben.
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Es wurden Hochleistungs-PKW-Radialluftreifen hergestellt, deren
Bauweise die gleiche wie in der Figur 1 und der Figur 2 war. Die
Reifengröße war P275/40ZR17. Die Karkasse wies zwei Lagen auf, die Rayon-
Cordfäden enthielten. Der Gürtel 3 wies 2 Schichten auf, die unter einem
schrägen Winkel von 60º angeordnete Stahlcordfäden enthielten. Die
Deckschicht 4 wies eine Schicht auf, die Nyloncordfäden enthielt, und die
Schicht 11 wies zwei Schichten auf, die Nyloncordfäden enthielten. Die
Verstärkungsgummischicht bestand aus Gummimaterial, dessen JIS-Härte 84
war, und dessen maximale Dicke 7 mm betrug.
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Bei den Reifen mit der oben beschriebenen Bauweise wurde ein
Zugelement verwendet, bei dem bei einer Ausführung 1 eine Schicht
Aramidfaser-Cordfäden enthielt, und bei einer Ausführung 2 eine Schicht
Nylonmonofilament-Cordfäden enthielt. Bei den Ausführungen 3 und 4, die
zwei Zugelement-Schichten 9-1 und 9-2 hatten, wurden bei der Ausführung 3
eine Aramidfaserschicht für beide Schichten 9-1 und 9-2, und bei der
Ausführung 4 eine Nylonmonofilament-Cordfadenschicht für die Schicht 9-1
und eine Aramidfaser-Cordfadenschicht für die Schicht 9-2 verwendet. Als
Monofilament-Cordfaden wurde das von Dupont hergestellte HYTEN verwendet.
Die Breite der Zugelemente 9, 9-1 und 9-2 betrug 98% der Breite der
schmalsten Cordfadenschicht.
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Mit jedem Reifen der obigen Ausführungen 1 bis 4, und mit einem
herkömmlichen Reifen ohne Zugelement, der aber sonst die gleiche Bauweise
hatte, wurde das folgende Experiment durchgeführt. Ein Fahrzeug wurde mit
einer Reifenpanne, die durch Herausziehen des Kugelkerns hervorgerufen
wurde, mit einer Geschwindigkeit von 90 km/h auf einer Teststrecke
gefahren, bis bei den Reifen ein beträchtlicher Schaden hervorgerufen
wurde.
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Die Beurteilung basierte auf der Entfernung bis zum Auftreten des
Schadens, wobei ein Index verwendet wurde, bei dem 100 dem herkömmlichen
Reifen entspricht. Die Ergebnisse waren 200 für den Reifen der Ausführung
1, 400 für den Reifen der Ausführung 2, 230 für den Reifen der Ausführung
3, und 460 für den Reifen der Ausführung 4.
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Aus den obigen Beurteilungsergebnissen ergibt sich ein
bemerkenswerter Effekt, der erhalten wird, wenn das Zugelement vorgesehen
wird. Insbesondere die Ausführung 2, mit dem außerhalb des Gürtels 3
angeordneten Zugelernent, das einer Druckkraft unterworfen wird, wenn es
gekrümmt wird, und aus Nylonmonofilament-Cordfaden besteht, der Druck-
Widerstandsfähigkeit besitzt, und die Ausführung 4, mit dem innerhalb der
Karkasse 1 angeordneten Zugelernent 9-2, das einer Dehnungskraft unterworfen
wird, und aus Aramidfaser-Cordfaden besteht, der eine Dehnungsfähigkeit
besitzt, zusätzlich zu der Schicht 9-1 der Ausführung 2, wiesen
bemerkenswert gute Ergebnisse auf.
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Der erfindungsgemäße Luftreifen hat folglich eine ausgezeichnete
Plattlauf-Haltbarkeit, sowie eine hohe Gesamtleistungsfähigkeit.
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Für Fachleute auf diesem Gebiet ist weiterhin ersichtlich, daß sich
die vorstehende Beschreibung auf bevorzugte Ausführungsformen der
beschriebenen Reifen bezieht, und daß verschiedene Änderungen und
Modifikationen bei der Erfindung vorgenommen werden können, ohne von der
Erfindung abzuweichen, wie sie in den beigefügten Patentansprüchen
festgelegt ist.