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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Bereich der
Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft einen elektrischen Kontaktring für eine elektrochemische
Zelle, die einen auf der Zelle befindlichen Tester besitzt. Diese Erfindung
betrifft insbesondere einen Kontaktring für eine elektrochemische Zelle,
wie eine nicht wiederaufladbare Alkalizelle, mit einem auf der Zelle
befindlichen Tester, bei dem ein Anschluss des Testers mit dem negativen
Pol der Zelle elektrisch verbunden ist, und eine Zelle mit einem
solchen Tester und einem Kontaktring.
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Hintergrund
der ffenbarung
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Die
Verwendung thermochromischer Spannungstester zum visuellen Anzeigen
des Zustands einer elektrochemischen Zelle, die im Allgemeinen als
Batterie bezeichnet wird, ist sehr populär geworden und bietet einen
Mehrwertvorteil für
den Batteriehersteller und den Verbraucher. Diese Tester werden in
Verbindung mit nicht wiederaufladbaren elektrochemischen Zellen
verwendet, obwohl sie von dem Verbraucher auch verwendet werden
können,
um den Zustand einer sekundären
oder wiederaufladbaren elektrochemischen Zelle zu testen, falls
dies gewünscht
ist. Der am häufigsten
verwendete derzeitige Tester besteht aus einem thermochromischen
Material, das ein elektrisches Widerstandselement berührt, das
einen integralen Teil einer Batterieanordnung bildet, bei der die
Batterien primäre
Alkalizellen sind. Der Benutzer bringt die Pole der Zelle zwischen die
Kontakte des Testers und drückt
die Kontaktenden des Testers, um einen elektrischen Kontakt mit den
Enden der Zelle herzustellen. Das Widerstandselement des Testers
wird proportional zu der Zellenspannung erwärmt und das thermochromische
Material stellt eine qualitative Anzeige des Zustands der Zelle über einen
Bereich dar, der den Zustand „gut" oder „ersetzen" umfasst. Ein solcher
Tester ist z. B. in dem US-Patent 4,723,656 offenbart. Ein integraler thermochromischer,
in einem Paket befindlicher Tester, der auch von dem Paket entfernt
werden kann, ist in US-Patent 5,188,231 offenbart. In letzter Zeit
wurden auf der Zelle befindliche Tester entwickelt, bei denen die
Anzeige des Zellzustands ein integraler Teil des Zellenetiketts
ist. Diese auf der Zelle befindlichen Tester umfassen sowohl den
thermochromischen Typ als auch einen neuen elektrochemischen Typ
eines Testers. Ein Beispiel für
einen Typ eines thermochromischen, auf der Zelle befindlichen Testers
ist in der europäischen
Offenlegungsschrift Nr. 0 523 901 A1 offenbart, die am 20. Januar
1993 veröffentlicht
wurde. Im Gegensatz zu dem thermochromischen Typ, der ein Widerstandselement
verwendet, um Wärme
zu erzeugen, und der somit nicht im Voraus an den Polen der Zelle
befestigt werden kann, ohne diese kontinuierlich zu entladen, zieht
der neue elektrochemische Typ keinen Strom von der Zelle und kann
damit im Voraus an den Polen der Zelle befestigt werden, ohne die
Zelle zu entladen. Dieser neue Testertyp ist in dem US-Patent 5,250,905
offenbart. In jedem Fall ist es erforderlich, den auf der Zelle
befindlichen Tester mit dem negativen Pol zu verbinden, ohne über das
Ende des Metallzellenbehälters
einen Kurzschluss mit dem positiven Pol zu erzeugen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine elektrochemische Zelle mit einem
positiven und einem negativen Pol, einem auf der Zelle befindlichen
Tester zum visuellen Anzeigen des Zustands der Zelle, wobei der
Tester zumindest einen Anschluss und einen elektrisch leitenden
Kontaktring zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen
dem Anschluss des Testers und einem der Pole der Zelle, auf welchem
der Ring befestigt ist und mit welchem er elektrisch verbunden ist,
besitzt. Der Kontaktring umfasst einen Flansch, der benachbart zu
dem anderen Pol angeordnet ist, mit welchem der Ring nicht elektrisch
verbunden ist und elektrische Isoliermittel sind zwischen dem Flansch
und dem anderen Pol angeordnet, um eine elektrische Verbindung zwischen diesen
zu verhindern. Der Anschluss des Testers ist benachbart zu dem Flansch
angeordnet zum Herstellen entweder eines dauerhaften oder eines
zeitweise durch den Benutzer hergestellten elektrischen Kontakts
mit diesem in Abhängigkeit
von dem Typ des auf der Zelle befindlichen Testers. Unter einem
auf der Zelle befindlichen Tester wird ein Tester verstanden, der
visuell den Zustand der Zelle anzeigt und der dauerhaft mit der
Zelle, entweder mittels eines Zellenetiketts oder anderen Mitteln,
verbunden ist. Im Kontext der Erfindung schließt ein auf der Zelle befindlicher
Tester einen Typ ein, der Strom von der Zelle bezieht, wie einem
thermochromischen Typ, der in der europäischen Veröffentlichungsschrift Nr. 0
523 901 A1 offenbart ist, der, wenn er dauerhaft elektrisch mit
beiden Zellenpolen verbunden ist, kontinuierliche Strom ziehen und
letztendlich die Zelle entladen würde, und auch einen Typ, der
keinen Strom von der Zelle bezieht, wie den elektrochemischen Typ,
der in dem US-Patent 5,250,905 offenbart ist, der dauerhaft in Parallelschaltung
mit beiden Zellenpolen verbunden sein kann, ohne die Zelle zu entladen.
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In
einem Ausführungsbeispiel
umfasst der Kontaktring einen Metallkragen oder Ring auf der Endkappe
aus Metall, die den negativen Pol der Zelle bildet, mit einem Abschnitt
des Rings, der sich radial nach außen von einem Flansch erstreckt,
dessen Boden benachbart zu dem umgefalzten Ende der Metalldose ist,
welche der positive Pol der Zelle ist, oben auf dem Zellenabdichtung.
Der Boden des Flansches ist elektrisch von dem umgefalzten Ende
der Metalldose mittels eines elektrisch isolierenden Materials isoliert,
der (i) ein integraler Teil des Flansches, wie eine Beschichtung
oder eine Schicht, (ii) eine separate Beilagscheibe oder (iii) ein
separater Ring ist, der im Allgemeinen ähnlich dem Metallring geformt
ist, der zwischen dem Boden des Flansches und dem Ende der Metalldose
angeordnet ist. Der innere Umfang des Flansches endet in einem Greifmittel
zum Reibungsgriff des negativen Pols, wobei durch dieses Mittel
der Ring auch einen mechanischen und gleichzeitig damit einen elektrischen
Kontakt mit dem Pol herstellt. Der Anschluss des negativen Pols
des auf der Zelle befindlichen Testers ist im Allgemeinen dauerhaft
elektrisch mit dem negativen Pol der Zelle mittels des Kontakts
verbunden, wenn der Tester von einem Typ ist, der nicht kontinuierlich
Strom aus der Zelle zieht, wie einem elektrochemischen Typ des Testers.
Wenn alternativ der Tester von einem Typ ist, der kontinuierlich
Strom aus der Zelle zieht, wie einem thermochromischen Tester, wodurch
sie entladen wird, wenn sie dauerhaft elektrisch mit sowohl dem
positiven als auch dem negativen Pol der Zelle verbunden ist, dann
wird der Anschluss des Testers für
den negativen Pol benachbart zu dem Kontaktring angeordnet sein,
jedoch den Ring nicht berühren,
so dass der Verbraucher den elektrischen Kontakt bewusst herstellen
und unterbrechen kann, um den Zustand der Zelle zu prüfen, ohne
kontinuierlich Strom aus der Zelle zu ziehen. Der Tester ist mit
dem positiven Pol der Zelle durch irgendwelche geeignete Mittel
verbunden, einschließlich
einem separaten Anschluss für
den positiven Pol oder durch einen Abschnitt des Testers selbst,
wie es dem Fachmann bekannt ist.
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Weitere
Vorteile des Kontaktrings der Erfindung sind, dass er verhindert,
dass defekte oder unsachgemäße externe
Zellenkontakte den positiven und den negativen Pol bei dem gefalzten
Abdichtungsende der Zelle kurzschließen und es stellt auch eine
Barriere gegen einen Ausfluss interner chemischer Komponenten bei
falscher Benutzung dar.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1(a) und 1(b) stellen
schematisch eine Aufsicht bzw. eine Querschnittsansicht eines Kontaktrings
der Erfindung dar.
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2(a) und 2(b) stellen
schematisch eine Aufsicht bzw. eine Querschnittsansicht eines anderen
Ausführungsbeispiels
eines Kontaktrings gemäß der Erfindung
dar.
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3(a), 3(b) und 3(c) stellen schematisch eine Aufsicht,
eine Querschnittsansicht und eine Seitenansicht eines noch anderen
Ausführungsbeispiels eines
Kontaktrings gemäß der Erfindung
dar.
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4(a) und 4(b) stellen
schematisch das Äußere bzw.
einen Querschnitt einer typischen Alkaliprimärzelle dar, wobei 4(c) schematisch einen Querschnitt der
umgefalzten Abdichtung darstellt, die ein Ausführungsbeispiel des Kontaktrings
der Erfindung in Kombination mit einem Testeranschluss und dem positiven
und negativen Pol der Zelle umfasst.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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Die 1(a) und 1(b) zeigen
den Kontaktring 10 als einen Metallkragen mit einem zylindrischen
Wandabschnitt 12 bei seinem inneren Umfang, dessen Oberseite
radial nach außen
in einem Flansch 16 endet. Die Unterseite des Flansches
ist mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung oder Schicht 18 versehen.
Die Beschichtung oder die Schicht 18 ist aus einem geeigneten
organischen oder anorganischen Material, nicht beschränkende Beispiele
hierfür
umfassen einen Kunststoff, wie ein Nylon, ein Epoxydharz, ein Polyamid,
ein Urethan; ein elastomeres Material einschließlich halogenierter Elastomere
und eine Keramik, wie Aluminiumoxid, ein Glas, etc., wobei die Wahl
des Materials dem Fachmann überlassen
bleibt. In dem in den Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel ist das elektrisch
isolierende Material 18 so dargestellt, dass es sich über die
Unterseite des Flansches 16 und die äußere Oberfläche des zylindrischen Wandabschnitts 12 erstreckt.
Falls dies jedoch gewünscht
ist, kann das isolierende Material 18 auch nur auf der
unteren Oberfläche
des Flansches 16 vorhanden sein. Das isolierende Material
kann auf eine Seite eines Metallausschnitts aufgebracht sein, der
dann zu dem Ring 10 geformt wird oder er kann aufgebracht
werden, nachdem der Ring gebildet wurde. In einem anderen Ausführungsbeispiel,
wie vorstehend ausgeführt,
kann das elektrisch isolierende Material 18 in Form eines separaten
Rings oder einer Beilagscheibe (nicht gezeigt) aus isolierendem
Material gebildet sein, das an den Ring 10 gepresst oder
mit ihm verbunden oder nicht verbunden sein kann, um einen einheitlichen Verbundkörper zu
bilden. Obwohl ferner in dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Ring aus
einem elektrisch leitenden Metall, wie Stahl, ist, kann er auch
aus anderen elektrisch leitenden Materialien bestehen.
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In
den 2(a) und 2(b) ist
ein anderes Ausführungsbeispiel
eines Kontaktrings 70 der Erfindung gezeigt, mit einem
Metallring, der einen Flansch 16' besitzt, der in diesem Ausführungsbeispiel
(oder in irgendeinem anderen Ausführungsbeispiel, falls gewünscht) leicht
nach unten zur Mitte hin abfällt,
um die Dicke des auf der Zelle befindlichen Testeranschlusses (4(c)) aufzunehmen, ohne dass er über das
Ende der Zelle hinaussteht. In diesem Ausführungsbeispiel ist der zylindrische
Wandabschnitt in mehrere Kronen 13 durch Ausschnitte 11 unterbrochen,
wie in 2(b) gezeigt, in der schematisch
ein Querschnitt des Rings 70 entlang einer Linie A-A gezeigt
ist, und wobei die verbleibenden, die Kronen bildenden Wandabschnitte
ferner radial nach außen
gebogen sind, so dass ein Linien- oder Punktkontakt mit dem entsprechend
passenden Wandabschnitt des Anodenendpols hergestellt wird. In diesem
Ausführungsbeispiel
wirken die verbleibenden Wandabschnitte 13 als Federelemente
oder Finger, um eine größere räumliche
Toleranz für
die Herstellung des Anodenendpols und des Kontaktrings zu erhalten,
wobei weiterhin ein fester mechanischer Kontakt zwischen diesen
sichergestellt bleibt. In noch einem anderen Ausführungsbeispiel
kann der Wandabschnitt des Kontaktrings von Rippen mit irgendeiner
geeigneten Form unterbrochen sein. In allen diesen Ausführungsbeispielen
kann der Kontaktring auch als ein Flansch beschrieben werden, dessen
innerer Umfang in einem Greifmittel endet und insbesondere einem
Greifmittel, das mehrere Vorsprünge
aufweist. Das elektrisch isolierende Material 18 ist nur
in 2(b), um die Darstellung zu vereinfachen.
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Die 3(a), 3(b) und 3(c) stellen schematisch noch ein weiteres
Ausführungsbeispiel
eines Kontaktrings 80 der Erfindung dar, wobei 3(a) eine Aufsicht und die 3(b) und 3(c) Querschnittsansichten
sind, die entlang der Linie A-A bzw. C-C genommen wurden. In diesem
Ausführungsbeispiel, wie
bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel,
endet der Flansch 16 bei seinem inneren Umfang in einem
nach unten abhängigen
gekronten zylindrischen Wandabschnitt mit mehreren Greifvorsprüngen oder Fingern 15,
die auch als Federmittel zum Reibungsgriff eines entsprechend passenden
Wandabschnitts des Anodenendpols wirken. In diesem Ausführungsbeispiel
enden die Greifmittel oder Finger 15 jedoch innen bei ihrer
Unterseite bei einer Kante 21, die durch Reibung einen
entsprechend passenden Abschnitt des Anodenendpols greift, um einen
mechanischen und elektrischen Kontakt herzustellen. Wie bei dem
obigen Ausführungsbeispiel
ist wiederum das elektrisch isolierende Material nur in 3(b) gezeigt, um die Darstellung zu vereinfachen.
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Mit
Bezug zu 4(a) umfasst eine zylindrische
elektrochemische Zelle 30, wie sie dem Fachmann bekannt
ist, einen zylindrischen Metallbehälter, der bei einem Ende, das
allgemein bei 32 gezeigt ist, geschlossen ist und bei dem
anderen Ende von einer Abdichtanordnung (4(b))
abgedichtet ist, die in einer Metallendkappe 34 endet,
die als negativer Pol der Zelle dient, und sie ist mit einem Etikett 36 umwickelt,
wobei ein Abschnitt dessen ein auf der Zelle befindlicher Testen
ist, der allgemein bei 38 dargestellt ist. 4(b) stellt
schematisch einen Querschnitt einer typischen Primäralkalizelle 30 dar,
die einen zylindrischen Metallbehälter 40 umfasst, welcher
der positive Pol der Zelle ist und welcher bei einem Ende geschlossen
ist und bei seinem anderen Ende mit einer Abdichtanordnung, wie
in der Fig. gezeigt, versiegelt ist. Die Zelle 30 enthält ein geliertes Zinkanodenmaterial 42,
getrennt von einem MnO2-Kathodenmaterial 44 und
von dem Boden des Metallbehälters 40 durch
eine zellulosehaltige Trennvorrichtung 46. Das MnO2-Kathodenmaterial ist im körperlichen
und gleichzeitig elektrischen Kontakt mit dem Metallbehälter 40.
Das Etikett 36 ist aus einem elektrisch isolierenden Material
gemacht (d.h. ein Kunststofffilm), der um die Außenseite des Metallbehälters 40 gewickelt
ist und der die Seite des Behälters
elektrisch isoliert. Der Metallstromkollektor 48 verbindet
das anodische Material 42 elektrisch mit der Endkappe 34 aus
Metall, die als negativer Pol der Zelle dient. Die Oberseite des
Behälters 40 ist
durch eine Abdichtanordnung abgedichtet, welche ein allgemein radförmiges Kunststoffabdichtelement 50, eine
Metallunterstützung 52 und
eine Metallkappe 34 umfasst. Eine gefalzte Abdichtung ist
allgemein bei 54 gezeigt, bei der das Ende des Metallbehälters und die
Außenwand 56 des
Kunststoffabdichtelements 50 über den äußeren Rand 58 der
Endkappe 34 aus Metall gefalzt sind. Ein Kontaktring 10 aus
Metall gemäß der Erfindung
ist pressgepasst um den zylindrischen Wandabschnitt 35 der
Endkappe 34 dargestellt, wobei die elektrisch isolierende
Unterseite des Flansches 16 das umgefalzte Ende des Metallbehälters 40 bei
der Oberseite der Falzabdichtung wie gezeigt kontaktiert. Das Etikett 36,
das einen eingebauten auf der Zelle befindlichen Tester (in 4(d) nicht gezeigt) enthält, ist
so dargestellt, dass es über
einen Abschnitt der beiden Enden der Zelle gewickelt ist, mit einem
Abschnitt des einen Endes des Etiketts, das den Anschluss des Testers
für den
negativen Pol enthält,
der sich über
und auf die äußere Oberfläche des
Metallflansches 16 des Rings 10 erstreckt, und mit
dem Anschluss des Testers für
den negativen Pol, der elektrisch mit dem Metallflansch verbunden
ist. Die elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktring 10 und
dem Anschluss des Testers für
den negativen Pol ist detaillierter in 4(c) dargestellt.
Wie es dem Fachmann bekannt ist, kann der auf der Zelle befindliche
Tester an der Außenseite
des Metallbehälters
befestigt sein und mit dem Etikett umwickelt sein, oder er kann
ein integraler Teil des Etiketts sein. Die Verbindung des Testers
mit dem positiven Pol der Zelle kann zu der Seite des Metallbehälters 14 hergestellt
sein.
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4(c) zeigt schematisch einen Querschnitt
der Abdichtung genommen bei der Linie B-B, bei welcher der Anschluss 60 des
auf der Zelle befindlichen Testers für den negativen Pol dauerhaft elektrisch
mit dem Kontaktring 10 aus Metall verbunden ist. Die elektrische
Verbindung zwischen dem Tester und dem positiven Pol der Zelle ist
nicht gezeigt und kann irgendeine geeignete Form haben, einschließlich des
direkten Kontaktes des Metallbehälters,
wie vorstehend erwähnt.
Auf diese Weise ist ein Abschnitt der Endkappe aus Metall des negativen Pols 34 der
Zelle gezeigt, die eine nach unten gerichtete zylindrische Wand 35 besitzt,
welche an ihrem Boden in dem Flanschabschnitt 39 endet,
der auf der Schulter 53 der Unterstützung 52 sitzt. Mehrere
Löcher 37 in
der Kappe 34 helfen die Zelle zu belüften. Der Metallkontaktring 10 ist
pressgepasst um den passenden Eingriff des zylindrischen Wandabschnitts 35 der
Kappe 34 herum, wobei die Unterseite des Flansches 16,
welcher eine elektrisch isolierende Beschichtung 18 besitzt,
auf dem umgefalzten Ende der Wand des Metallbehälters 40 auf der Oberseite
der Abdichtung sitzt und dieses damit kontaktiert, wie es in den
Fig. gezeigt ist. Auf diese Weise stellt der Metallkontaktring 10 einen
mechanischen und gleichzeitig elektrischen Kontakt mit dem negativen
Endkappenpol 34 her, er ist jedoch elektrisch isoliert
von dem positiven Pol 40 durch die elektrische Isolierung 18.
Das Kunststoffetikett 36 ist mit einem elektrisch leitenden
Anschluss 60 auf dem auf der Zelle befindlichen Tester 38 gezeigt,
der benachbart zu seiner inneren Oberfläche angeordnet ist. Der Anschluss 60 ist
elektrisch von dem positiven Pol 40 der Zelle durch eine
elektrisch isolierende Beschichtung oder Schicht 62 isoliert,
die zwischen ihm und dem Metallbehälter 40 angeordnet
ist. Die elektrisch isolierende Beschichtung 62 erstreckt
sich nur geringfügig
auf die Oberseite des Kontaktflansches 16 des Kontaktrings 10,
um es dem Ende des Führungsstreifens
zu erlauben, dauerhaft in elektrischem Kontakt mit der Oberseite
des Flansches 16 gesichert zu sein, wodurch ein elektrischer
Schaltkreis zwischen dem negativen Pol der Zelle und dem Anschluss
für den
negativen Pol des auf der Zelle befindlichen Testers geschlossen
wird. Irgendwelche geeigneten Mittel können verwendet werden, um den
elektrischen Kontakt zwischen dem Anschluss und dem Flansch herzustellen.
Ein einfaches Mittel ist es, einen elektrisch leitenden Klebstoff
oder ein Bindemittel zu verwenden, um das Ende des Anschlusses 60 an
der Oberseite des Metallkontakts 10 dauerhaft zu sichern.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist der Anschluss 60 des auf der Zelle befindlichen Testers
so dargestellt, dass er benachbart zu der inneren Oberfläche des
Etiketts 36 angeordnet ist. Außerdem ist es nicht erforderlich,
dass sich die Beschichtung oder die Schicht 62 auf dem
zylindrischen Wandabschnitt des Kontaktes 10 erstreckt.
In einem anderen Ausführungsbeispiel
(nicht gezeigt) wäre
es möglich, dass,
falls der auf der Zelle befindliche Tester vom thermochromischen
Typ oder einem anderen Typ ist, falls er dauerhaft mit sowohl dem
negativen als auch dem positiven Pol der Zelle verbunden ist, wobei
er dann kontinuierlich Strom ziehen und bald die Zelle entladen
würde,
der Anschluss 60 des Testers nicht den Kontaktring 10 berührt, sondern
benachbart oder über
der Oberfläche
des Flansches angeordnet ist, ohne einen Kontakt herzustellen, so
dass der Benutzer den Zustand der Zelle durch manuelles Pressen des
Anschlusses nach unten prüfen
kann, um einen elektrischen Kontakt mit dem Ring herzustellen, wodurch
der Tester aktiviert wird, und schließlich der Anschluss gelöst wird,
um den elektrischen Kontakt zu lösen.
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Selbstverständlich können verschiedene
andere Ausführungsbeispiele
und Modifikationen bei der Ausführung
der Erfindung ersichtlich werden und sie können leicht durch den Fachmann
verwirklicht werden, ohne den Umfang der Erfindung, wie er vorstehend
offenbart wurde, zu verlassen. Es soll der Umfang der beigefügten Ansprüche somit
nicht durch die vorstehende Beschreibung begrenzt werden, sondern
die Ansprüche
sollen anstatt dessen so ausgelegt werden, dass sie alle Merkmale
von patentfähiger
Neuheit umfassen, die von der vorliegenden Erfindung umfasst sind,
einschließlich
aller Merkmale und Ausführungsbeispiele,
die der Fachmann, an welchen sich die Erfindung richtet, als Äquivalente davon
behandeln würde.