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Die Erfindung betrifft eine Ruferzeugungsschaltung;
die einen Rufausgang für
eine Vielzahl von Telefonen gleichzeitig erzeugt. Die Anmelderin beschreibt
einen auf der Platine befindlichen Rufsignalerzeuger zur Verwendung
an beispielsweise faseroptischen Leitungen.
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GB-A-2 051 521 offenbart eine Schaltungsanordnung
zum Anlegen von Signalen an eine Zweidrahtelefonleitung. Die offenbarte
Leitungsschaltung weist zwei Leitungssteuerschaltungen auf, die
jeweils eine Verstärkerschaltung
mit Rückkopplung aufweisen.
Die Verstärkerschaltungen
sind mit einer Eingangsstufe mit einem Operationsverstärker, einem
Spannungsverstärker
und einer Leistungsausgangsstufe aufgebaut. Der Ausgang der Leistungsausgangsstufe
ist über
einen Rückkopplungswiderstand
mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers und über den
Rückkopplungswiderstand
und einen weiteren Widerstand mit dem nicht-invertierenden Eingang
verbunden. Ferner ist eine DC-Spannungsquelle sowohl mit dem invertierenden
als auch mit dem nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden.
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Herkömmliche Ruferzeugungsschaltungen sind üblicherweise
große
Einheiten, die sich in einem zentralen Telefonschaltamt (Hauptamt)
befinden. In solchen Einrichtungen muß eine Ruferzeugungsschaltung
viele Telefonleitungen gleichzeitig ansteuern. Eine Leitung für jedes
der Telefone ist mit dem Hauptamt verbunden, in dem sich der Ruferzeuger befindet.
Häufig
führt der
Telefonbetrieb dazu, daß eine
Reihe von Telefonen gleichzeitig ruft. Daher muß die Ruferzeugungsschaltung
so ausgelegt sein, daß sie
viele Leitungen gleichzeitig ansteuert und viele Telefone gleichzeitig
ruft. Die genauen Anforderungen an solche Ruferzeugungsschaltungen
basieren auf Betriebsstatistiken der Anzahl und Häufigkeit der
in einem Amt empfangenen Telefonanrufe.
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Die Erhöhung der Zahl an Telefonnutzern und
die Entwicklung alternativer Kommunikations- und Übertragungstechniken,
wie beispielsweise Lichtleitfaserübertragungen, haben neue Probleme und
Anforderungen für
die Ruferzeugungsschaltungen geschaffen. 1 beispielsweise zeigt ein System, bei
dem das Hauptamt 1 Informationen über eine digitale Leitung 5 durch
ein ISDN-Netzwerk 3 sendet. Diese Informationen werden
von dem ISDN-Netzwerk 7 empfangen,
in dem mit lokalen Leitungen 9 verbundene Telefone 10 gerufen
werden. Dieses System steht im Gegensatz zu dem in 2 gezeigten traditionelleren System,
in dem das Hauptamt 1 jede der Leitungen 9 einzeln
ruft, selbst wenn die Leitungen sich auf demselben Übertragungsweg befinden.
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Wenn die digitale Leitung 5 aus 1 beispielsweise eine Lichtleitfaserleitung
ist, kann die Leitung das in den traditionellen Systemen von 2 verwendete Hochleistungsrufsignal
nicht übertragen. In
den Vereinigten Staaten sind solche Rufsignale bei einem DC-Pegel
von –48
Volt mit einem AC-Signal von 86 Volt im quadratischen Mittel festgelegt.
In Anbetracht der Eigenschaften der Übertragungsmedien, wie beispielsweise
den Einschränkungen
von Lichtleitfaserkabeln, ist die Notwendigkeit der Bereitstellung
lokaler Ruferzeuger kritisch geworden.
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In einem Beispiel ist ein von SGS
Thompson hergestellter lokaler Ruferzeuger kostspielig und erzeugt
nur 60 Volt im quadratischen Mittel und 30 Volt DC. Daher kann der
chipintegrierte Regler von SGS Thompson die aktuellen U.S.-Spezifikationen
zum Liefern von Rufspannungen für
eine Vielzahl von Telefonleitungen nicht leicht erfüllen. Folglich
besteht ein Bedarf an einem neuen lokalen Ruferzeuger zum Rufen
einer Vielzahl von Leitungen, der den aktuellen Spannungsspezifikationen
sowohl für
Ruf- als auch für
Nicht-Ruf-Bedingungen
gerecht werden kann.
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Es wäre wünschenswert, einen auf der
Platine befindlichen Ruferzeuger zum Erzeugen der Spannungen zu
schaffen, die erforderlich sind, um den aktuellen Rufspezifikationen
gerecht zu werden, und zwar mit geringen Kosten.
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Die Anmelderin beschreibt eine Teilnehmerleitungsinterfaceschaltung
(SLIC) für
die lokale Ruferzeugung auf einer Leitungskarte mit einer Ruferzeugungsschaltung,
die ein Rufsignal von Hauptamtsqualität liefert. Die hier beschriebene Ruferzeugungsschaltung
weist einen Schalter mit einem Ausgang auf, der ein oszillierendes
Signal in Reaktion auf einen Ein-Zustand eines Ein-/Aus-Signals an
einem Steuereingang des Schalters liefert. Der Steuereingang für den Schalter
kann von einer Ruferkennungsschaltung erzeugt werden, die den Schalter in
einen ersten Zustand, z. B. geschlossen, versetzt, wenn die Telefonleitung
anzeigt, daß ein
Ruf erzeugt werden sollte, um einen eingehenden Anruf anzuzeigen,
und einen zweiten Zustand, z. B. aus, versetzt, wenn kein Ruf erwünscht ist.
Ferner weist der Ruferzeuger auch eine DC-Offsetschaltung auf, die
ein DC-Eingangspotential an einem Eingangsport der DC-Offsetschaltung
empfängt
und ein DC-Offsetpotential an einem Ausgangsport der DC-Offsetschaltung
ausgibt. Eine Verstärkerstufe
ist mit dem Ausgang des Schalters und dem Ausgangsport der DC-Offsetschaltung verbunden,
um einen Ruf-Ausgang zu liefern, und eine Rückkopplungsschaltung ist zwischen
dem Ruf-Ausgang der Verstärkerstufe
und dem Ausgang des Schalters verbunden.
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Andere Merkmale und Vorteile der
Erfindung sind für
den Fachmann aus der folgenden detaillierteren Beschreibung ersichtlich.
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Nachfolgend werden beispielhafte
Ausführungsformen
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,
welche zeigen:
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1 zeigt
ein Telefonsystem, in dem das Hauptamt in einem ISDN-Netzwerk, beispielsweise durch
nicht-metallische Übertragungsmedien,
verbunden ist;
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2 zeigt
ein traditionelles Telefonsystem, bei dem das Hauptamt jede der
Leitungen einzeln ruft;
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3 ist
ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Rufschaltung;
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4a ist
ein detailliertes Schema der erfindungsgemäßen Rufschaltung;
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4b veranschaulicht
die Eingangs- und Ausgangspins für
eine auf eine Leitungskarte einzubauende erfindungsgemäße Schaltung;
und
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5 zeigt
die unter Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltung erzeugten AC-
und DC-Spannungssignale für
sowohl einen Ruf- als auch einen Nicht-Ruf-Zustand.
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3 zeigt
eine erfindungsgemäße Ruferzeugungsschaltung 20,
die als Teil einer Teilnehmerleitungsinterfaceschaltung (SLIC) in
eine Leitungskarte 22 eingebaut ist. 3 zeigt ferner ein Blockdiagramm der
Ruferzeugungsschaltung 20 gemäß der Erfindung. Ein Oszillator 30 liefert
auf einer Oszillatorsignalleitung 31 ein oszillierendes
Signal an den Schalter 32, der auf das Ein-/Aus-Signal
auf Leitung 33 reagiert. Der Schalter 32 kann
so konfiguriert sein, daß er
ein Rufaktivierungssignal auf Leitung 33 direkt von der
Telefonleitung empfängt,
oder das Ein-/Aus-Signal auf Leitung 33 kann von der optionalen
Ruferkennungsschaltung 41 in Reaktion auf ein Signal von
der Telefonleitung 42, das das Vorhandensein eines eingehenden
Anrufs anzeigt, erzeugt werden. Der Ausgang des Schalters 32 ist
die Schaltsignalleitung 34, die dem Verstärker 35 zugeführt wird.
Der Ausgang des Verstärkers 35 auf
der Verstärkersignalleitung 36 wird
einem Verstärker 37 der Klasse
B zugeführt,
der einen Rufausgang 38 erzeugt. Der Rufausgang 38 wird
einer Rückkopplungsschaltung 39 zugeführt, deren
Ausgangsende mit der Schaltsignalleitung 34 verbunden ist.
Eine DC-Offsetschaltung 40 empfängt eine DC-Offsetspannung 41 als
Eingang, und der Ausgang der DC- Offsetschaltung 40 ist
mit der Schaltsignalleitung 34 verbunden. Auf diese Weise
wirkt der Verstärker 35 im
wesentlichen als Summierverstärker.
Der Verstärker 37 dient
zur Minimierung des Energieverlusts für die Ruferzeugungsschaltung,
während
die Rückkopplungsschaltung 39 zur
Steuerung des Ausgangssignalpegels 38 sowie zur Reduzierung
der Crossover-Verzerrung des Ausgangssignals dient.
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Mit dieser Implementierung gemäß 3 kann mit geringen Kosten
ein Hauptamtsrufsignalerzeuger auf einer On-line-Karte auf einer
Pro-Leitung-Basis
hergestellt werden.
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Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
der Oszillator 30 ein interner Oszillator (d. h. chipintern),
aber es sei darauf verwiesen, daß der Oszillator 30 entweder
ein interner oder ein externer Oszillator sein kann. In einem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung z. B. kann die Signalleitung 31 mit einem
externen Oszillator verbunden sein, wobei der Verstärker 35 in
diesem Fall direkt einen Eingang des externen Oszillators empfangen
würde.
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In einem dritten Ausführungsbeispiel
wäre der
Ein-/Aus-Schalter 32 so konfiguriert, daß er den Oszillator 30 selbst
steuert, und zwar derart, daß der Oszillator 30 mit
dem Verstärker
verbunden ist, wenn das Ein-/Aus-Signal 33 im EIN-Zustand
ist, und nicht damit verbunden ist, wenn das Ein-/Aus-Signal 33 im ausgeschalteten
Zustand ist. Mit Bezug auf diese, drei Ausführungsbeispiele wäre jede
geeignete Anordnung des Schalters 32 und des Oszillators 30 angemessen,
solange der Eingang dem Verstärker 35 auf
Signalleitung 34 zugeführt
wird, wenn das Rufen des Telefons notwendig ist.
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In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist der Verstärkungsblock 37 so
gewählt,
daß es
ein Verstärker
der Klasse B ist, da dieser Verstärkertyp die Eigenschaft eines
geringen Energieverlusts hat. Es können jedoch auch andere Verstärkertypen
für den Verstärkungsblock 37 verwendet
werden, die die Eigenschaft eines geringen Energieverlusts haben.
Ein Verstärker
mit einem Energieverlust von 25 Milliwatt oder weniger im Ruhezustand
würde beispielsweise als
Verstärkungsblock 37 in
angemessener Weise arbeiten.
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4a ist
ein detailliertes Schema einer zum Implementieren eines erfindungsgemäßen Ruferzeugers
verwendeten Schaltung. Die gestrichelten Linien in 4a entsprechen den in dem Blockdiagramm
von 3 gezeigten Bauteilen.
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Der Oszillator 30 ist von
herkömmlicher
Ausgestaltung und erzeugt ein Spitzensignal von 20 Hz und 2,7 Volt
(5,4 Volt von Spitze zu Spitze) auf Signalleitung 31.
Die Dioden D1 und D2 sorgen für
eine sanfte Begrenzung zum Einstellen der Spitzenspannung auf 2,7
Volt. Wie zuvor bemerkt, kann zur Erzeugung eines Spitze-Spitze-Signals
von 20 Hz, 5,4 Volt auf Signalleitung 31 ein beliebiger
Oszillatortyp verwendet werden. In 4a ist
auch eine Eingangssignalleitung 31a gezeigt, die zur Lieferung
des oszillierenden Signals von einer externen Quelle für das zweite
und dritte Ausführungsbeispiel
verwendet werden kann, bei denen der Oszillator 30 nicht
in die auf der Platine befindliche Rufschaltung integriert ist. Die
Signalleitung 31 wird zu dem Schalter Q5 geleitet, der
auf das Ein-/Aus-Signal auf Signalleitung 33 reagiert.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist der Schalter Q5 ein Feldeffekttransistor (FET), dessen Gate
mit dem Ein-Aus-Signal 33, dessen Source zum Empfang der
Signalleitung 31 (oder des Signals 31a bei einem
chipexternen Oszillator) und dessen Drain mit dem invertierenden
Eingang 6 des Verstärkers
U1B verbunden ist.
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Wenn der Schalter Q5 geschlossen
ist, wird der oszillierende Ausgang mit einem Spitzenwert von 2,7
Volt einem invertierenden Eingang des Verstärkers U1B zugeführt, der
in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
als Summierungspunkt wirkt. Der Summierungspunkt des Verstärkers U1B
summiert die Ströme
von dem Ausgang der Rückkopplungsschaltung 39,
dem Ausgang der DC-Offsetschaltung 40 und dem Ausgang des
Schalters Q5 in den Verstärker.
Dieses Summieren der Ströme
aus diesen drei Vorrichtun gen kann auf eine dem Durchschnittsfachmann
auf dem Gebiet bekannte Weise durchgeführt werden, beispielsweise
durch eine verdrahtete ODER-Funktion.
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Wenn der von Schalter Q5 ausgegebene Strom
I1 größer als
der Strom I2 auf Leitung 34 ist, muß die Rufausgangsspannung
auf Signalleitung 38 in entgegengesetzter Polarität zunehmen.
In diesem Fall ist die Spannung V2 an dem Summierungspunkt 6 des
Verstärkers
U1B über
der Null-Volt-Massereferenz
an Pin 5, indem bewirkt wird, daß der Ausgang des Verstärkers U1B
an Pin 7 in Richtung auf –5 Volt absteuert. Dies schaltet
Q1 des Verstärkers 37 der Klasse
B ein, wodurch Transistor Q4 eingeschaltet wird, was bewirkt, daß der Rufausgang 38 in
negativer Richtung zunimmt. Dann erhöht die Rückkopplungsschaltung 39 den
Strompegel I2 und der Vorgang dauert an, bis der gewünschte Ausgangspegel erreicht
ist. Bei der Umwandlung von einer AC-Spannung in eine DC-Spannung
tritt ein ähnlicher
Vorgang in entgegengesetzter Richtung auf.
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Die Schleifenverstärkung wird
von den Widerständen
R15 und R16 parallel und von dem Widerstand R1 eingestellt. In dem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
sind die Widerstände
R15 und R16 jeweils zueinander parallele 200K-Widerstände, wodurch
ein 100K-Widerstand gebildet wird, während R1 ein 2K-Widerstand
ist. Somit ist die Schleifen-AC-Verstärkung 50, da 100K/2K
= 50 ist. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Rückkopplung 39 parallel
zu den Widerständen
R15 und R16 auch einen Kondensator C6 mit einem Wert von 10 pF auf.
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Der DC-Versatz wird im wesentlichen
auf dieselbe Weise eingestellt wie die Rückkopplungsverstärkung, wobei
die Kombination aus R15, R16 und R10 die DC-Verstärkung einstellt.
Somit ist die DC-Verstärkung
in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
100K/R10. Um die Rufspezifikationsanforderungen in den Vereinigten
Staaten zu erfüllen,
muß der
DC-Pegel des Rufausgangssignals –48 Volt sein. Auf diese Weise
werden der DC-Offset 41 und der Wert des Widerstands R10
gemäß dieser
Anforderung eingestellt. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die in
die Verstärkerstufe 37 eingegebenen
Spannungen +V und –V
auf +100 Volt bzw. –200
Volt eingestellt.
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Aufgrund der hohen Verstärkung der
Rufschaltung werden zum Herausfiltern von Hochfrequenzrauschen und
zum Verbessern der Schleifenstabilität Kondensatoren C6, C7 und
C8 verwendet. Die hohe Verstärkung
trägt auch
zur Verringerung der Crossover-Verzerrung bei, die auf Telefonleitungen auftreten
kann.
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Infolge des hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiels
ist das Ruf-Ausgangssignal bei –48
Volt DC, wenn kein Rufen erfolgt, und das Ruf-Ausgangssignal ist ein AC-Signal von
86 Volt im quadratischen Mittel, das bei einem DC-Pegel von um –48 Volt
im Rufmodus liegt. Diese beiden Zustände sind in 5 gezeigt.
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Die Verstärkerstufe 37 weist
in Reihe geschaltete Widerstände
R11 und R12 auf. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Widerstände R11
und R12 3,3 kΩ.
Der Widerstand R11 ist mit dem Kondensator C7 parallelgeschaltet
und der Widerstand R12 ist mit dem Kondensator C8 parallelgeschaltet.
Wie früher
erwähnt,
filtern diese Kondensatoren Hochfrequenzrauschen heraus und sind
in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
auf 47 pF eingestellt.
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Die Verstärkerstufe 37 weist
auch Bipolartransistoren Q1 und Q2 auf. Zwar sind diese Transistoren
in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
als Bipolartransistoren gezeigt, aber ein Durchschnittsfachmann
auf dem Gebiet würde
erkennen, daß in der
Verstärkerstufe 37 im
Einklang mit den Lehren der Erfindung jeder andere Transistortyp
verwendet werden könnte.
Der Emitter des Transistors Q2 ist mit dem Widerstand R11 und dem
Kondensator C7, die Basis des Transistors Q2 über den Widerstand R8 mit dem
Verstärker 35 und
der Kollektor des Transistors Q2 mit der Basis des Transistors Q3
ver bunden. Der Emitter des Transistors Q1 ist mit dem Widerstand
R12 und dem Kondensator C8, die Basis des Transistors Q1 über den
Widerstand R8 mit dem Verstärker 35 und
der Kollektor des Transistors Q1 mit der Basis des Transistors Q4
verbunden.
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Der Emitter des Transistors Q3 ist
mit der externen +V-Speisespannung verbunden, die in dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
+100 Volt beträgt. Der
Kollektor von Q3 ist mit dem Ausgangsport 38 der Rufschaltung
verbunden. Wie aus 3 hervorgeht,
ist der Ausgangsport 38 mit der Rückkopplungsschaltung 39 verbunden,
was in 4a der Kombination
aus R16, R15 und C6 entspricht.
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Der Emitter des Transistors Q4 ist
mit der externen –V-Speisespannung
verbunden, welche in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel –200 Volt
beträgt.
Der Kollektor von Q4 ist mit dem Ausgangsport 38 der Rufschaltung
verbunden. Es sei darauf hingewiesen, daß in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
zwar +100/–200
Volt als +V bzw. –V
verwendet werden, aber auch andere Kombinationen von Versorgungsspannungen
für den
Verstärker 38 möglich sind.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung würde
einen Strombegrenzer an dem Ausgangsende des Verstärkers 38 eingebaut,
wodurch das Ausgangssignal entsprechend begrenzt würde.
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Ergebnisse von unter Verwendung der Schaltung
gemäß der hier
in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
beschriebenen Erfindung durchgeführten
Tests offenbaren eine Ausgangssignalverzerrung von weniger als 1,5
Prozent für
alle Lastbedingungen und einen Ausgangsrauschpegel von ungefähr 100 Millivolt
von Spitze zu Spitze. Der Energieverlust im Ruhezustand maß 25 Milliwatt,
der Energieverlust im aktiven Zustand bei einer Ein-Ruf-Belastung
betrug 550 Milliwatt und der Energieverlust im aktiven Zustand mit
einer Fünf-Ruf-Belastung
betrug 2,19 Watt.
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Der erfindungsgemäße Ruferzeuger kann in einem
angemessenen Gehäuse,
wie beispielsweise einem Gehäuse
mit einreihigen Anschlüssen
(SIP) zur Installation auf einer Leitungskarte, wie in 4b gezeigt, vorgesehen sein.
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Zwar wurden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung beschrieben, aber für den Durchschnittsfachmann
auf dem Gebiet kann eine Modifizierung der beschriebenen Ausführungsbeispiele
im Einklang mit den Lehren der Erfindung ersichtlich sein, ohne
vom Rahmen der Erfindung in der in den angefügten Ansprüchen angegebenen Form abzuweichen.