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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 63/001,786, die am 30. März 2020 eingereicht wurde und deren gesamter Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme in vollem Umfang hierin aufgenommen ist.
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Fahrzeuglenkungs-Antriebsaggregate und, genauer gesagt, auf Stromstecker für solche Aggregate.
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HINTERGRUND
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Ein Fahrzeug enthält oft ein elektrisches Servolenkungssystem (EPS-System), um einen Fahrer des Fahrzeugs beim Lenken des Fahrzeugs zu unterstützen. Das EPS-System verwendet Sensoren, um eine Position und ein Drehmoment einer Lenksäule zu erfassen und ein Signal an einen Elektromotor zu liefern, um zu veranlassen, dass der Elektromotor ein zusätzliches Drehmoment liefert, um den Fahrer beim Lenken des Fahrzeugs zu unterstützen. Das zusätzliche Drehmoment, das zur Unterstützung des Bedieners beim Lenken des Fahrzeugs bereitgestellt wird, kann je nach Fahrzeugeigenschaften, Fahrbedingungen, Straßenzustand und ähnlichem variieren.
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Das EPS-System kann einen Controller verwenden, um Signale von Sensoren zu empfangen, die Signale zu analysieren und den Elektromotor zu steuern. Die Steuerungsplatine ist über eine Platte, die hier als Verbinderplatte bezeichnet sein kann, mit einem Motorgehäuse verbunden. Zusammen können diese Komponenten als Antriebsaggregat bezeichnet werden, das elektrische Leistung für eine oder mehrere Funktionen in Verbindung mit dem Lenksystem bereitstellt. Antriebsaggregate umfassen häufig eine Platine oder gedruckte Leiterplatte (PCB) mit elektrischen Anschlüssen in elektrischer Verbindung damit.
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Die moderne Automobilarchitektur erfordert bei bestimmten Komponenten, insbesondere bei elektrischen Komponenten, eine mehrteilige Bauweise. Wenn eine Komponente eine mehrteilige Bauweise aufweist, kann die Verbindung zwischen den Teilen teuer sein und den zuvor beschriebenen Belastungen ausgesetzt sein. Die oben erwähnte Platine/Leiterplatte, die sich in einem Säulenmotor-Antriebsaggregat befindet, erfordert einen Stromstecker mit mehrteiliger Bauweise. Aktuelle Leistungsinduktivitäten erlauben keine einteilige Fahrzeugbatterie-Schnittstelle, die in eine Spule integriert ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
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Gemäß einem Aspekt der Offenbarung umfasst eine Leistungsinduktivität für ein elektrisches Servolenkungssystem eine Grundstruktur. Die Leistungsinduktivität umfasst auch eine Leistungsspule, die an der Grundstruktur befestigt ist. Die Leistungsinduktivität umfasst ferner einen Verbinderanschluss, der sich von der Grundstruktur zur Verbindung mit einer Leiterplatte erstreckt. Die Leistungsinduktivität enthält noch einen Leistungsanschluss zur Verbindung mit einer Stromquelle, wobei der Leistungsanschluss und die Leistungsspule in eine einzige Baugruppe integriert sind.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung umfasst ein Antriebsaggregat ein Gehäuse, das sich axial um eine Längsachse herum erstreckt. Das Antriebsaggregat umfasst auch eine Leiterplatte mit einem Leiterplattenhauptabschnitt, einem ersten Leiterplattenerweiterungssegment und einem zweiten Leiterplattenerweiterungssegment, wobei der Leiterplattenhauptabschnitt durch das Gehäuse abgedeckt ist, das erste Leiterplattenerweiterungssegment sich radial von der Längsachse weg und aus dem Gehäuse heraus erstreckt und durch das Gehäuse nicht abgedeckt ist, und das zweite Leiterplattenerweiterungssegment sich radial von der Längsachse weg und aus dem Gehäuse heraus erstreckt und durch das Gehäuse nicht abgedeckt ist. Die Antriebsaggregat enthält ferner mindestens einen Logikverbinder, der auf dem ersten Leiterplattenerweiterungssegment angeordnet ist. Die Antriebsaggregat enthält weiterhin ein zweites Leiterplattenerweiterungssegment, das sich radial von der Längsachse weg und aus dem Gehäuse heraus erstreckt und durch das Gehäuse nicht abgedeckt ist. Die Antriebsaggregat umfasst auch eine Leistungsinduktivität. Die Leistungsinduktivität umfasst eine Grundstruktur. Die Leistungsinduktivität umfasst außerdem mindestens eine Leistungsspule, die um die Grundstruktur herumgewickelt ist. Die Leistung[sinduktivität] umfasst ferner einen Verbinder-Kontaktstiftanschluss, der sich von der Grundstruktur aus zur Verbindung mit der Leiterplatte erstreckt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Offenbarung umfasst ein elektrisches Servolenkungssystem (EPS-System) ein EPS-Gehäuse. Das EPS-System umfasst auch ein Antriebsaggregat. Das Antriebsaggregat umfasst ein Gehäuse mit einem Hauptkörper, der sich axial von mehreren Flanschabschnitten aus zu einer Endfläche um eine Längsachse herum erstreckt, wobei das Gehäuse mit mindestens einem mechanischen Befestigungselement, das sich durch mindestens einen der Flanschabschnitte erstreckt, wirksam mit dem EPS-Gehäuse gekoppelt ist. Das Antriebsaggregat umfasst auch eine Leiterplatte mit einem Leiterplattenhauptabschnitt, einem ersten Leiterplattenerweiterungssegment und einem zweiten Leiterplattenerweiterungssegment, wobei der Leiterplattenhauptabschnitt durch das Gehäuse abgedeckt ist, das erste Leiterplattenerweiterungssegment sich radial von der Längsachse weg und aus dem Gehäuse heraus erstreckt und durch das Gehäuse nicht abgedeckt ist, und das zweite Leiterplattenerweiterungssegment sich radial von der Längsachse weg und aus dem Gehäuse heraus erstreckt und durch das Gehäuse nicht abgedeckt ist. Das Antriebsaggregat enthält ferner mindestens einen Logikverbinder, der auf dem ersten Leiterplattenerweiterungssegment angeordnet ist. Das Antriebsaggregat enthält außerdem eine Leistungsinduktivität, die auf dem zweiten Leiterplattenerweiterungssegment angeordnet ist. Die Leistungsinduktivität umfasst eine Grundstruktur. Der Leistungsinduktivität umfasst auch eine Leistungsspule, die an der Grundstruktur befestigt ist. Die Leistungsinduktivität umfasst außerdem einen Verbinderanschluss, der sich von der Grundstruktur aus zur Verbindung mit einer Leiterplatte erstreckt. Die Leistungsinduktivität umfasst ferner einen Leistungsanschluss zur Verbindung mit einer Stromquelle, wobei der Leistungsanschluss und die Leistungsspule in eine einzige Baugruppe integriert sind.
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Diese und andere Vorteile und Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen deutlicher.
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Figurenliste
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Der Gegenstand, der als Erfindung angesehen wird, ist in den Ansprüchen am Ende der Beschreibung besonders hervorgehoben und deutlich beansprucht. Die vorstehenden und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen:
- 1 schematisch ein elektrisches Servolenkungssystem (EPS-System) für ein Fahrzeug zeigt;
- 2 eine perspektivische Ansicht von unten auf ein Antriebsaggregat ist;
- 3 eine perspektivische Draufsicht auf das Aggregateinheit ist;
- 4 eine Endansicht eines Antriebsaggregats ist;
- 5 eine Querschnittsansicht des Antriebsaggregats ist;
- 6 eine teilweise demontierte Ansicht des Antriebsaggregats ist;
- 7 eine weitere, teilweise demontierte Ansicht des Antriebsaggregats ist;
- 8 eine weitere, teilweise demontierte Ansicht des Antriebsaggregats ist;
- 9 eine erste perspektivische Ansicht einer Leistungsinduktivität des Antriebsaggregats ist;
- 10 eine zweite perspektivische Ansicht der Leistungsinduktivität ist;
- 11 eine perspektivische Ansicht der Leistungsinduktivität vor dem Einbau in eine Platine ist;
- 12 eine perspektivische Ansicht der Leistungsinduktivität nach dem Einbau in die Platine ist; und
- 13 eine perspektivische Ansicht einer Ummantelung für die Leistungsinduktivität ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Unter Bezugnahme auf die Figuren werden hier Ausführungsformen der Offenbarung beschrieben, ohne diese einzuschränken. Insbesondere wird hier ein manuelles Antriebsaggregat für ein elektrisches Servolenkungssystem (EPS-System) offenbart. Obwohl in Verbindung mit einem Säulen-EPS-System dargestellt und beschrieben, ist es zu verstehen, dass auch andere Arten von EPS-Systemen (z. B. Zahnstangen) von den hier offengelegten Ausführungsformen profitieren können. Darüber hinaus weist das dargestellte Lenksystem eine mechanische Verbindung von der Lenkeingabevorrichtung zum Lenkgetriebe auf, aber es ist zu verstehen, dass auch Steer-by-Wire-Systeme von den offengelegten Ausführungsformen profitieren können. Daher ist die dargestellte Ausführungsform keine Einschränkung der jeweiligen Anwendung, bei der das manuelle Antriebsaggregat verwendet werden kann.
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1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines elektrischen Servolenkungssystems (EPS-System) 40, das zur Umsetzung der offenbarten Ausführungsformen geeignet ist. Der Lenkmechanismus 36 ist ein System mit Zahnstange und Ritzel und umfasst eine Zahnstange (nicht dargestellt) in einem Gehäuse 50 und ein Ritzel (ebenfalls nicht dargestellt), das sich unter einem Getriebegehäuse 52 befindet. Wenn die Bedienereingabe, nachstehend als Lenkrad 26 (z. B. ein Handrad oder ähnliches) bezeichnet, gedreht wird, dreht sich die obere Lenkwelle 29 und die untere Lenkwelle 51, die mit der oberen Lenkwelle 29 über ein Kreuzgelenk 34 verbunden ist, dreht das Ritzel. Die Drehung des Ritzels bewegt die Zahnstange, die die Spurstangen 38 (nur eine dargestellt) bewegt, die wiederum die Achsschenkel 39 (nur einer dargestellt) bewegen, die das oder die lenkbaren Räder 44 (nur eines dargestellt) drehen bzw. einschlagen.
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Eine elektrische Servolenkungsunterstützung wird durch die allgemein mit Bezugszeichen 24 bezeichnete Steuervorrichtung bereitgestellt und diese umfasst den Controller 16 und eine elektrische Maschine 19, die ein Permanentmagnet-Synchronmotor, ein Permanentmagnet-Gleichstrommotor, ein Motor mit geschalteter Reluktanz oder ein beliebiger anderer Motortyp sein kann und im Folgenden als Motor 19 bezeichnet wird. Der Controller 16 wird über eine Leitung 12 von der Fahrzeugstromversorgung 10 gespeist. Der Controller 16 empfängt Informationen von Sensoren, die sich auf verschiedene Betriebsbedingungen und/oder Eingänge des EPS-Systems 40 beziehen, wobei Beispiele dafür im Folgenden dargestellt und beschrieben werden.
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Wenn das Lenkrad 26 gedreht wird, erfasst ein Drehmomentsensor 28 das vom Fahrzeugführer auf das Lenkrad 26 aufgebrachte Drehmoment. Der Drehmomentsensor 28 kann einen Torsionsstab (nicht abgebildet) und einen variablen Widerstandssensor (ebenfalls nicht abgebildet) umfassen, der ein variables Drehmomentsignal 18 an den Controller 16 in Abhängigkeit vom Betrag der Verdrehung des Torsionsstabs ausgibt. Obwohl es sich hierbei um einen Typ von Drehmomentsensor handelt, ist jede andere geeignete Drehmomentmessvorrichtung, die mit bekannten Signalverarbeitungstechniken verwendet wird, ausreichend. Als Reaktion auf die verschiedenen Eingaben sendet der Controller einen Befehl 22 an den Elektromotor 19, der über eine Schnecke 47 und ein Schneckenrad 48 eine Drehmomentunterstützung für das Lenksystem liefert, wodurch eine Drehmomentunterstützung für die Fahrzeuglenkung bereitgestellt wird. Ein Rückkopplungssignal 21 wird vom Elektromotor 19 an den Controller 16 zurückgegeben.
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Es sollte beachtet werden, dass, obwohl die offengelegten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Motorsteuerung für elektrische Lenkanwendungen beschrieben werden, es festzustellen ist, dass diese Bezugnahmen nur zur Veranschaulichung dienen und die offengelegten Ausführungsformen auf jede Motorsteuerungsanwendung angewendet werden können, die einen Elektromotor verwendet, z. B. Lenkung, Ventilsteuerung und dergleichen. Darüber hinaus können die Bezugnahmen und Beschreibungen hier auf viele Formen von Parametersensoren angewendet werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Drehmoment, Position, Geschwindigkeit und dergleichen. Es sollte auch beachtet werden, dass bei Verweisen hierin auf elektrische Maschinen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Motoren, im Folgenden der Kürze und Einfachheit halber, nur auf Motoren ohne Einschränkung Bezug genommen wird.
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Im dargestellten Steuerungssystem 24 verwendet der Controller 16 das Drehmoment, die Position und die Geschwindigkeit und ähnliches, um einen oder mehrere Befehle zu berechnen, die die erforderliche Ausgangsleistung liefern. Der Controller 16 ist in Kommunikation mit den verschiedenen Systemen und Sensoren des Motorsteuerungssystems angeordnet. Der Controller 16 empfängt Signale von jedem der Systemsensoren, quantifiziert die empfangenen Informationen und liefert als Reaktion darauf ein oder mehrere Ausgangsbefehlssignale, in diesem Fall z. B. an den Motor 19. Der Controller 16 ist so konfiguriert, dass er die erforderliche(n) Spannung(en) aus einem Wechselrichter (nicht dargestellt) entwickelt, der optional in den Controller 16 integriert sein kann und hier als Controller 16 bezeichnet wird, so dass beim Anlegen an den Motor 19 das gewünschte Drehmoment oder die gewünschte Position erzeugt wird. Da diese Spannungen mit der Position und der Geschwindigkeit des Motors 19 und dem gewünschten Drehmoment in Beziehung stehen, werden die Position und/oder die Geschwindigkeit des Rotors und das von einem Fahrer aufgebrachte Drehmoment bestimmt. Ein Positionsgeber ist mit der Lenkwelle 51 verbunden, um die Winkelposition zu erfassen. Der Geber kann die Drehposition basierend auf optischer Erfassung, Magnetfeldschwankungen oder anderen Methoden erfassen. Typische Positionssensoren sind Potentiometer, Resolver, Synchros, Geber und dergleichen sowie Kombinationen aus mindestens einem der vorgenannten. Der Positionsgeber gibt ein Positionssignal 20 aus, das die Winkelposition der Lenkwelle 51 und damit die des Motors 19 anzeigt.
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Wie in den 2-8 gezeigt, ist ein Antriebsaggregat dargestellt und allgemein mit Bezugszeichen 60 bezeichnet. Wie oben beschrieben, ist das Antriebsaggregat 60 eine Baugruppe, die ein oder mehrere Systeme eines Fahrzeuglenksystems mit Energie versorgt. Obwohl das Antriebsaggregat 60 im Wesentlichen so dargestellt und beschrieben ist, dass es das EPS-System 40 mit Leistung versorgt, kann es auch zur Versorgung anderer elektrischer Systeme verwendet werden.
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Das Antriebsaggregat umfasst ein Gehäuse 62, das an einer Kühlkörperplatte 64 montiert ist, um einen Teil einer Controllerplatine 68 und eine Motorwelle 70 zu umschließen, die das EPS-System 40 antreibt. Die Controllerplatine 68 weist einen Hauptabschnitt 72 (5 und 6) auf, der vom Gehäuse 62 abgedeckt wird. Wie dargestellt, weist das Gehäuse 62 einen Körperabschnitt 74, eine Endfläche 76 und mehrere Flanschabschnitte 78 auf, die sich an einem der Endfläche 76 gegenüberliegenden Ende des Körperabschnitts 74 befinden. Der Körperabschnitt 74 umfasst mindestens einen im Wesentlichen zylindrischen Abschnitt, kann aber auch eine oder mehrere Stufen aufweisen, wie in der dargestellten Ausführungsform gezeigt.
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Die Flanschabschnitte 78 enthalten jeweils eine oder mehrere Öffnungen zur Aufnahme von mechanischen Befestigungselementen zur Kopplung des Gehäuses 62 mit der Kühlkörperplatte 64 und/oder zur Aufnahme von Positionsbestimmungsstiften oder ähnlichem. Der Umfang des Körperabschnitts 74 und die Flanschabschnitte 78 bedecken den Hauptabschnitt 72 der Controllerplatine 68, wenn das Gehäuse 62 mit der Kühlkörperplatte 64 gekoppelt ist. Die Kühlkörperplatte 64 und die Controllerplatine 68 umfassen jedoch jeweils im Wesentlichen entsprechende Segmente, die sich radial nach außen zu Positionen außerhalb des Gehäuses 62 erstrecken. Mit anderen Worten umfasst die Kühlkörperplatte 64 ein oder mehrere erweiterte Plattensegmente 80 und die Controllerplatine 68 umfasst ein oder mehrere Leiterplattenerweiterungssegmente 82, die sich jeweils so weit erstrecken, dass sie nicht durch das Gehäuse 62 abgedeckt werden. Diese erweiterten Segmente 80, 82 (5) befinden sich daher außerhalb des Gehäuses 62.
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Die Erweiterungssegmente 80, 82 bieten zusätzliche Anschlusspunkte, die je nach den Spezifikationen des Gesamtsystems ausgerichtet sein können. Daher ist das gesamte Antriebsaggregat 60 einstellbar, um verschiedene Ausrichtungen zu ermöglichen, die für das System vorteilhaft sind. Dies steht im Gegensatz zu Antriebsaggregaten, die alle Anschlusspunkte innerhalb des Gehäuses abdecken. In den dargestellten Ausführungsformen sind erste Anschlusspunkte allgemein mit Bezugszeichen 90 bezeichnet und teilweise mit einer ersten Verbinderabdeckung 92 abgedeckt. Bei den ersten Anschlusspunkten 90 handelt es sich um Logikverbinder, die einen Logik-Header bilden. Ein zweiter Anschlusspunkt 94 ist eine Stromquellenverbindung und ist teilweise mit einer zweiten Verbinderabdeckung 96 abgedeckt. Der zweite Anschlusspunkt 94 ist ein Stromversorgungsanschluss, der einen Leistungs-Header bildet und hier auch als Leistungsinduktivität bezeichnet sein kann.
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Mit Bezug auf 9-12 ist die Leistungsinduktivität detaillierter dargestellt und, wie oben beschrieben, allgemein mit Bezugszeichen 94 bezeichnet. Die Leistungsinduktivität 94 umfasst eine Grundstruktur 100. Eine Leistungsspule 102 ist an der Grundstruktur 100 befestigt. In der dargestellten Ausführungsform ist die Leistungsspule 102 um einen Teil der Grundstruktur 100 herumgewickelt und mechanisch an mindestens einem Kontaktstiftverbinderanschluss 104 befestigt. Wie in der dargestellten Ausführungsform gezeigt ist, können beispielsweise vier Verbinderanschlüsse 104 vorgesehen sein, aber es versteht sich, dass eine beliebige Anzahl von Anschlüssen für alternative Systeme in Betracht gezogen wird.
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Die Verbinderanschlüsse 104 sind nachgiebig. Die Kontaktstifte jedes Verbinderanschlusses 104 sind so ausgelegt, dass sie den hohen Strom führen können, der bei elektronischen Servolenkungsanwendungen auftritt, wobei nur eine Druckkraft auf die Leiterplatte 68 erforderlich ist, um eine elektrische Verbindung durch die Leistungsspule(n) 102 herzustellen.
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Die Leistungsinduktivität 94 umfasst auch mindestens einen Stromanschluss 108, der für die Fahrzeugbatterieleistung verwendet wird. In der dargestellten Ausführungsform sind zwei Stromanschlüsse vorgesehen, aber wie bei den Verbinderanschlüssen 104 kann eine andere Anzahl von Stromanschlüssen verwendet werden, wie der Fachmann leicht erkennen kann.
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In 13 ist die zweite Verbinderabdeckung 96 detaillierter dargestellt. Die zweite Verbinderabdeckung 96 deckt die Leistungsinduktivität 94 ab.
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Die Integration des Stromverbinderanschlusses mit der Leistungsspule ermöglicht, dass eine viel kleinere Komponente auf der Leiterplatte untergebracht werden kann. Die Schnittstelle der Leistungsspule mit nachgiebigen Kontaktstiften mit der Leiterplattenbaugruppe und die Integration der Batteriestromanschlüsse in die Baugruppe führen zu einer Verringerung der Gesamtgröße der Verpackung.
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Während die Erfindung im Detail in Verbindung mit nur einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es leicht zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf diese offengelegten Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von Variationen, Änderungen, Substitutionen oder äquivalenten Anordnungen, die hier nicht beschrieben sind, aber die dem Geist und Umfang der Erfindung angemessen sind, einzubeziehen. Obwohl verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, ist es außerdem zu verstehen, dass Aspekte der Erfindung nur einige der beschriebenen Ausführungsformen umfassen können. Dementsprechend ist die Erfindung nicht als durch die vorangehende Beschreibung begrenzt zu sehen.
