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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Bürstenköcher bzw. -halter für elektrische
Arbeitsvorrichtungen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Vor
der vorliegenden Erfindung wies eine bestimmte Konstruktion eines
Bürstenhalters
für elektrische
Arbeitsgeräte
(bspw. drehende oder lineare elektrische Dynamos, Motoren und Generatoren
u. dergl.) einen kartuschenartigen Halter für die auswechselbaren Bürsten auf.
Wegen früherer
konstruktiver Einschränkungen
und räumlicher
Bedingungen erforderten die bekannten Bürstenhalter eine Bürste, die
mit einer komprimierbaren Schraubfeder auf die umlaufende bzw. sich
bewegende Oberfläche
des elektrischen Arbeitsgeräts
gedrückt
wurde. Eine solche Schraubfeder übt
jedoch über
die Nutzungsdauer der Bürste
einen ungleichmäßigen und
regellosen Druck aus, da mit fortschreitender Abnutzung der Bürste die
Kompression der Schraubfeder und damit der von ihr ausgeübte Druck
nachlässt,
so dass in Folge der abnehmenden Federkraft mit kürzer werdender
Bürste
deren Abnutzung ungleichmäßig wird. Daraus
ergeben sich ein weniger als optimales Verhalten, eine verkürzte Nutzungsdauer,
ein häufigeres und
teureres Auswechseln der Bürsten
und ein zunehmender Wartungsaufwand für das elektrische Arbeitsgerät. Weiterhin
nimmt die Schraubfeder im Bürstenhalter
sehr viel Raum ein, den man für
eine längere
Bürste
nutzen könnte.
Eine Lösung
dieses Problems war die Einführung
einer mit konstantem Druck arbeitendem Feder. Indem man die Bürste mit konstantem
Federdruck beaufschlagt, nutzt sie sich gleichmäßig ab, ist sie einem konstanten
Druck ausgesetzt, sinkt der Verschleiß der Kontaktfläche, verlängert sich
die Nutzungsdauer der Bürste,
optimiert man das Verhalten des elektrischen Arbeitsgeräts und sinken
die Wartungskosten insgesamt. Bürstenhalter
mit Konstantdruckfedern waren jedoch vollständig im Innern des elektrischen
Arbeitsgeräts
angeordnet und von ihm umgeben, wie in der US-PS 2 695 968 (Welch
u.a.) gezeigt, also nicht in einem kartuschenartigen Bürstenhalter
mit einer von außen
her auswechselbaren Bürste.
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Die
vorliegende Erfindung bietet und mehrt die Hauptvorteile des kartuschenartigen
Bürstenhalters
mit von außen
auswechselbarer Bürste:
sie erlaubt (1) die Nutzung der nach Maßgabe der Abmessungen des elektrischen
Arbeitsgeräts
längstmöglichen
Bürste,
so dass man die längstmögliche Nutzungsdauer
der Bürste
und des elektrischen Arbeitsgeräts
erhält;
sie erlaubt (2) einen leichten und einfachen Einbau in das elektrische
Arbeitsgerät;
sie bietet (3) eine robuste und dauerhafte Konstruktion; sie senkt
(4) die Wechsel- und Wartungskosten; und sie macht (5) die Bürste problemlos
und ohne unmäßigen Arbeits-
und Kostenaufwand von außen
auswechselbar und senkt das Schadensrisiko und die Gefahr eines
Herausfallens. Eine Konstantkraft-Bürstenkartusche mit von außen auswechselbarer
Bürste
macht eine noch längere
Bürste
als bisher anwendbar, da die Konstantkraftfeder im Bürstenhalter
weniger Innenraum beansprucht als das bisherige Schraubfedersystem.
Dieser Raum lässt sich
nun für
zusätzliche
Bürstenlänge ausnutzen.
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Die
US 4 551 646 offenbart einen
Bürstenhalter
mit allen Merkmalen der Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 8.
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In
einer Druckschrift, der US-PS 5 463 264 (Koenitzer) wird versucht,
einen Bürstenhalter
mit Konstantdruckfeder in einem kartuschenförmigen Bürstenköcher anzuordnen, um die Bürste von
außen
auswechselbar zu machen. Im bestimmungsgemäßen Einsatz warf diese Lehre
aber Fertigungs-, Anwendungs- und
Verhaltensprobleme auf. Zunächst
entstehen im Bürstenhalter
im Einsatz erhebliche Belastungen; der U-förmige Halter dieser Druckschrift
zeigte daher eine Bruchneigung in mehreren verschiedenen Bereichen,
wie bspw. den Ausnehmungen (wo der Werkstoff am dünnsten ist)
oder in der Mitte des Oberteils (in einem Bereich zwischen den beiden
Schenkeln), was den in dieser Patentschrift beschriebenen Bürstenhalter
weniger als zufriedenstellend macht. Der Austausch einer abgenutzten
Bürste,
nicht eines gerissenen oder gebrochenen Bürstenhalters, ist kritisch
für die
Erfindung. Daher ist ein kritischer Aspekt der vorliegenden Erfindung,
den in dieser Patentschrift angegebenen U-förmigen Halter durch einen anders
konstruierten zu ersetzen, der fester und dauerhafter ist.
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Zweitens
lehrt die US-PS 5 463 264 einen einzelnen Behälter, der Schlitze zur Aufnahme
der Schenkel des U-förmigen
Halters und des Bürstenhalters
enthält.
Im montierten Zustand erstreckt sich das Ende der Bürste aus
dem Ende des Behälters
in die direkte Berührung
mit dem Kommutator hinaus, so dass die Bürste größtenteils im Behälter verbleibt. Diese
Patentschrift lehrt keinerlei separate interne Schutzhülse. Dadurch
treten im Einsatz Probleme auf, da starke Schwingungskräfte, hohe
Temperaturen und Geräusche
aus dem Betrieb des elektrischen Arbeitsgeräts dazu tendieren, Ausfälle und
Schwierigkeiten im Behälter
und im U-förmigen
Halter zu erzeugen. Daher sind ein zweites Ziel der vorliegenden Erfindung
Vorkehrungen zum Ausgleich der Temperatur, der Geräusche und
der Schwingungen, die die Bürste
erzeugt und die im Betrieb der elektrischen Arbeitsgeräts entstehen.
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Drittens
beschreibt die US-PS 5 463 264 einen zylindrischen Behälter mit
einem Paar längs
verlaufender Schlitze zur direkten Aufnahme des Halters und der
Bürste.
Dieser zylindrische Behälter
ist vorzugsweise aus einem isolierenden, nicht leitfähigen Werkstoff
wie Kunststoff gefertigt. Der in der genannten Druckschrift angegebene
Behälter
erlaubt kein optimales Verhalten des elektrischen Arbeitsgeräts, da die
Bürste
den Schlitz des Behälters
nicht optimal durchfährt,
weil die Toleranzen und die Oberflächentextur der Schlitze im
Behälter
in Folge des Wesens und der Zusammensetzung des Behälterwerkstoffs weniger
als optimal sind. Daher wird die Abnutzungsrate der Bürste ungleichmäßig und
kaum vorherbestimmbar. Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung,
einen überlegenen,
robusteren Bürstenhalter
anzugeben, der ein besseres Verhalten des Arbeitsgeräts und eine
längere
Nutzung der Bürste
ermöglicht
und bei dem die Bewegung der Bürste gleichmäßiger und
ihre Abnutzung über
die Nutzungsdauer des Arbeitsgeräts
optimal sind.
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Schließlich ist
in der
US 5 462 264 angegeben,
dass die Bürste
mit einem (Draht-) Bügel
und dieser weiterhin mit einem Anschluss verbunden ist, der neben
einem in einem Schlitz im zylindrischen Behälter eingesetzten Messingband
sitzt. Während diese
Patentschrift nicht angibt, wie die Bürstenhalterung mit einer (bezüglich des
Behälters)
externen elektrischen Quelle verbunden ist, ist bekannt, dass irgendeine
Anschlussverbindung vorgesehen und diese mit der externen elektrischen
Quelle verbunden sein muss, damit ein elektrischer Strom durch die Bürste fließen kann,
der magnetische Fluss erzeugt und das elektrische Arbeitsgerät angetrieben
werden kann. Die obige US-Patentschrift nennt keinerlei praktische
Mittel, an die die Verbindung des Bürstenhalters mit der externen
elektrischen Quelle anschließbar
wäre, um
der Bürste
elektrischen Strom zuzuführen.
Typischerweise wird ein Zuleitungsdraht auf den Anschluss gequetscht.
In der oben genannten US-Patentschrift ist jedoch die Anschlussverbindung
(Anschluss
34) mit der Bürste (
14) verbunden und
verbleibt im Behälter
(
25). Um den elektrischen Anschluss herzustellen, müsste ein
zusätzlicher
Anschlussverbinder auf irgendeine, nicht beschriebene Weise an die
entgegengesetzte Seite des ersten Anschlussverbinders (
34)
angesetzt und in den Schlitz zwischen dem leitfähigen Streifen (nicht gekennzeichnet)
und dem Behälter
25 eingeführt werden (vergl.
2 in US-PS 5 463 264). In Folge des leitfähigen Streifens
kann dann der elektrische Strom von dem zusätzlichen, nicht beschriebenen
Anschlussverbinder (der mit der externen elektrischen Quelle verbunden
ist) zum Anschluss (
34) fließen. Mit dem Bedarf für den zusätzlichen
Anschlussverbinder steigen die Gestehungs- und Fertigungskosten.
Zusätzlich
werden auch die Fertigung und die Montage komplizierter und teurer.
Daher ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, optimale Mittel zum
Verbin den der Bürstenhalteranordnung
mit der externen elektrischen Quelle anzugeben, die kosteneffektiver
sind, die Gestehungs- und Fertigungskosten senken und die Fertigung
erleichtern.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Erfindungsgemäß wird ein
Bürstenköcher bzw.
-halter nach Anspruch 1 oder 8 für
elektrische Arbeitsgeräte
bereit gestellt. Der Bürstenhalter
weist eine im Gerätegehäuse angeordnete
zylindrische Hülse
mit einer Öffnung
auf, die sich radial einwärts zu
einem Kommutator des Arbeitsgeräts
erstreckt. (Ohne auf diese beschränkt zu sein, sollte der hier benutzte
Ausdruck "Kommutator" Kommutatoren, Schleifringe
und dergl. durchlaufende Oberflächen umfassen, über die
elektrischer Strom abgenommen oder zugeführt wird.) Die Hülse weist
ein Rohr auf, das ein Ende aufweist, das einwärts zum Kommutator verläuft. Das
Rohr kann länger
als die zylindrische Hülse
sein derart, dass das Ende über
die Öffnung
hinaus vorsteht. Ein U-förmiger
Bügel vorzugsweise gleichmäßiger Dicke
ist verschiebbar in das Rohr eingesetzt. Der U-Bügel hat Schenkel, die radial
einwärts
zum Kommutator der Arbeitsvorrichtung verlaufen und auch auswärts abstehende
Laschen aufweisen. Eine Bürste
(vorzugsweise, aber nicht nur eine Kohlebürste) ist zwischen die Schenkel
des U-Bügels
und eine Konstantkraftfeder zwischen die Bürste und die Innenfläche des
U-Bügels
eingesetzt. Die Konstantkraftfeder hat ein Paar aufgerollter Enden,
die von Hand an die Laschen angesetzt werden. Die Konstantkraftfeder
hat auch einen Mittelteil, der mittig an einem Ende der Bürste anliegt
und diese mit konstanter Kraft auf den Kommutator des elektrischen
Arbeitsgeräts
drückt.
Der U-Bügel
ist über
eine Bürstenlitze
mit der Bürste
verbunden.
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Weiterhin
weist das Rohr zwei Paare von mit der Längsausdehnung in Durchmesserrichtung
verlaufenden Schlitzen auf, von denen ein Paar den U-Bügel und
das andere die Bürste
jeweils aufnimmt und in die Solllage bringt. In ein radial äußeres Ende der
Hülse ist
eine abnehmbare Kappe eingesetzt, mit der im Betrieb des Arbeitsgeräts der U-Bügel, die Konstantkraftfeder
und die Bürste
in der Hülse
festgelegt werden. Weiterhin verläuft zwischen dem Rohr und der
zylindrischen Hülse
ein Längsschlitz
zur Aufnahme eines Anschlussverbinders, auf den ein Zuleitungsdraht
gekrimpt ist, der seinerseits zu einer externen elektrischen Quelle
führt.
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Die
vorliegende Erfindung weist ein Rohr (vorzugsweise aus einem leitfähigen Metallwerkstoff wie
bspw. Messing) innerhalb einer Hülse
(vorzugsweise aus einem isolierenden, nicht leitfähigen Werkstoff
wie bspw. einem wärmehärtenden
thermoplastischen Kunstharz) auf. In das Rohr sind die Bürste, die
Konstantkraftfeder und der U-Bügel
einschiebbar. Der Werkstoff des Rohrs ist derart, dass es eher als der
Stand der Technik in der Lage ist, im Betrieb Geräusche und
Schwingungen zu dämpfen
und Wärme abzuführen. Desgl.
ist die Oberflächentextur
des Rohrwerkstoffs eher als der Stand der Technik in der Lage, der
Bürste
eine optimale Bewegung zu ermöglichen.
Dadurch verlängert
man die Nutzungsdauer der Bürste
und optimiert das Betriebsverhalten des Arbeitsgeräts. Mit
der vorliegenden Erfindung lassen sich auch engere Toleranzen erreichen
als nach dem Stand der Technik: die Bürste bewegt sich weniger, "rattert" weniger und gibt
weniger Staub ab; es treten weniger Überschläge (Lichtbögen) auf, und das Arbeitsgerät fällt weniger
oft aus.
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Zahlreiche
andere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung der Erfindung und deren Ausführungsformen, aus den Ansprüchen sowie
aus den beigefügten
Zeichnungen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Die
vorgehenden Feststellungen sind aus den beigefügten Zeichnungen eher verständlich.
Dabei zeigt die
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1 eine
Sprengperspektive der vorliegenden Erfindung.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Während die
Erfindung sich vielfach unterschiedlich ausführen lässt, zeigt die Zeichnung und betrifft
die Beschreibung bevorzugte Ausführungsformen
der selben. Es sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Offenbarung
nur als beispielhaft für
die Prinzipien der Erfindung aufzufassen ist, die dargestellten
Ausführungsformen
aber diese und/oder die Ansprüche
nicht einschränken
sollen.
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Die
Erfindung richtet sich, wie in 1 gezeigt,
auf einer kartuschenförmig
aufgebauten Konstantkraft-Bürstenhalter 10 für elektrische
Arbeitsgeräte
(wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen definiert ist, soll der
Ausdruck "elektrische(s)
Arbeitsgerät
(-vorrichtung)",
ohne auf diese beschränkt
zu sein, ein elektrisches Arbeitsgerät, jede beliebige drehend oder
linear sich bewegende elektrische Vorrichtung, Dynamo, Motor oder
Generator bezeichnen). Weiterhin soll der Ausdruck "Kommutator", wie er in der Beschreibung
und in den Ansprüchen
benutzt ist und ohne auf diese eingeschränkt zu sein, Kommutatoren,
Schleifringe und jede andere sich bewegende Oberfläche bezeichnen,
an der elektrischer Strom zugeführt
oder abgenommen wird. Der Bürstenhalter 10 weist
einen U-förmigen
Bügel 12 auf,
der ein Paar von einem Mittelteil 16 abstehender Schenkel 14 hat.
Jeder Schenkel 14 hat eine auswärts abstehende Lasche 18.
Um die Festigkeit dieses Teil gegenüber dem Stand der Technik zu
erhöhen,
ist erfindungsgemäß ein anders
konstruierter festerer U-Bügel
mit Laschen 18 verwendet, die im montierten Zustand von
den Schenkeln des U-Bügels
auswärts
bis zur Berührung
mit aufgerollten Enden 22 einer Konstantkraftfeder 20 verlaufen.
Die Dicke des zur Herstellung des U-Bügels verwendeten Werkstoffs
ist vorzugsweise durchwegs gleich und nicht durch Ausschneiden,
Wegnehmen, oder Einformen von Vertiefungen oder Öffnungen beeinträchtigt.
Das Material ist auch fester, da erfindungsgemäß vorzugsweise ein leitfähiger Metallwerkstoff
Einsatz findet.
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Wie
oben erwähnt,
ist eine eine konstante Kraft ausübende Feder 20 vorgesehen;
sie weist ein Paar aufgerollter Enden 22 sowie einen Mittelteil 24 auf.
Eine Bürste 26,
bei der es sich vorzugsweise, aber nicht unbedingt um eine Kohlebürste handelt,
ist ebenfalls vorgesehen, wird beim Montieren des Bürstenhalters 10 (vergl.
die ausführliche
Darstellung unten) zwischen die Schenkel 14 des U-Bügels 12 eingeschoben
und berührt
den Mittelteil 24 der Konstantkraftfeder 20. Der
Mittelteil 16 des U-Bügels 12 ist über eine
Bürstenlitze 28 mit
der Bürste 26 verbunden.
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Um
Probleme aus der Bürstenbewegung, starken
Schwingungen, hohen Temperaturen und dem Lärm zu überwinden, die das elektrische
Arbeitsgerät
und die auf dem Kommutator aufsitzende Bürste 26 erzeugen,
weist die vorliegende Erfindung ein Rohr 30 auf, das aus
einer Hülse 36 heraus
vorsteht. Das Rohr 30 ist aus einem vorzugsweise leitfähigen Metallwerkstoff – einschl.
Messing, aber nicht hierauf beschränkt – extrudiert, geformt, oder
gestanzt. Der Werkstoff ist so gewählt, dass er eine robustere
Konstruktion ergibt und im Betrieb Geräusche und Schwingungen dämpft sowie
Wärme abführt. Mit
dem Rohr 30 erreicht man auch engere Toleranzen als im
Stand der Technik, so dass die Bewegungen und das "Rattern" der Bürste 26 abgeschwächt werden
und diese sich gleichmäßiger bewegt
und weniger stark abnutzt; man erzielt so ein optimales Geräteverhalten
sowie eine minimale Überschlagsneigung.
Die Hülse 36 ist
aus einem vorzugsweise nicht leitfähigen Werkstoff – einschl.
der wärmehärtenden
und thermoplastischen Kunstharze, aber nicht auf sie beschränkt – extrudiert,
geformt oder gestanzt, so dass sie eine Isolierung um das Rohr 30 herum
bildet. In das Rohr 30 sind die Bürste 26, die Konstantkraftfeder 20 und
der U-Bügel 12 eingeschoben
(gemeinsam als "Anordnung" bezeichnet). Das
Rohr 30 hat zwei Paare diametral gegenüberliegender Schlitze: das
eine Paar 32 zur Aufnahme und Positionierung der Bürste, das
andere Paar 34 zur Aufnahme und Positionierung der Schenkel 14,
der Laschen 18 des U-Bügels
und der aufgerollten Enden 24 der Konstantkraftfeder. Das
Rohr 30 ist in die Hülse 36 eingesetzt,
die ihrerseits an ein Gehäuse
angesetzt ist.
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Die
Hülse 36 hat
einen größeren Durchmesser
als das Rohr 30; ihr Innenraum entspricht der Außengestalt
des Rohrs 30. Der Durchmesser der Hülse 36 ist größer als
der des Rohrs 30; so lässt
der Innenraum (der das Rohr 30 aufnimmt) sich innerhalb eines
bestimmten Bereichs (von den Vorgaben des elektrischen Arbeitsgeräts bestimmt)
variieren, d.h. größer oder
kleiner wählen,
um ein Rohr anderer Größe und so
Bürsten
anderer Abmessungen aufzunehmen. Selbst wenn eine Bürste einer
anderen Größe eingesetzt
ist, würde – innerhalb
eines gewissen Bereichs – der
Gesamtdurchmesser der Hülse 36 sich
nicht ändern,
so dass die vorliegende Erfindung in eine Standardöffnung im
Gehäuse
des elektrischen Arbeitsgeräts
passen würde,
aber trotzdem unterschiedlich große Bürsten aufnehmen kann. Dies ist
zusätzlich
vorteilhaft, da die vorliegende Erfindung ein einfaches Umrüsten des
Innenraums zur Aufnahme größerer oder
kleinerer Rohre und Bürsten
erlaubt, während
die gleiche Hülse 36 mit
demselben Außendurchmesser
(innerhalb gewisser Grenzen) weiter verwendbar bleibt. Nach dem
Stand der Technik – und
im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung – wäre ein erheblicher Aufwand
zu treiben, um für
jede Soll-Bürstengröße eine
völlig
neue Hülse
(Behälter) und
eine neue Gehäuseöffnung bereit
zu stellen.
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Ein
Durchlass oder Schlitz 38 ist außerhalb des Rohrs 30 zwischen
einem der Rohrschlitze und der Hülse 36 zur
Aufnahme eines Anschlussverbinders 40 angeordnet. Der Anschlussverbinder 40 ist am
Rohr 30 und an der Hülse 36 anliegend
in den Schlitz 38 eingesetzt derart, dass, wenn ein Zuleitungsdraht
(in der Figur nicht gezeigt) von einer externen elektrischen Quelle
("extern" bezüglich des Bürstenhalters 10)
kommend auf den Anschlussverbinder 40 gekrimpt wird, eine
elektrische Verbindung zur Bürste 26 entsteht,
die bestehen bleibt, wenn man die Bürste aus dem Rohr 30 nimmt.
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Schließlich weist
die Hülse 36 einen
Gewindebereich (nicht gezeigt) auf, in den eine Gewindekappe 42 einschraubbar
ist. In die Hülse 36 eingeschraubt,
hält die
Kappe 42 den U-Bügel 12 in
der Solllage und ermöglicht
so eine optimale Funktion der Bürste.
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Beim
Zusammensetzen des Bürstenhalters 10 wird
von Hand die Bürste 26 auf
den Mittelteil 24 der Konstantkraftfeder 20 gesetzt
und deren aufgerollte Enden 22 werden an den Laschen 18 der Schenkel 14 des
U-Bügels 12 gehalten.
Im nicht zusammengesetzten Zustand oder außerhalb des Rohrs 30 wird
die Kon stantkraftfeder 20 nicht konstant in der Solllage
gehalten und sie kann sich frei bewegen, da sich die Anordnung nur
in das Rohr 30 einsetzen lässt, indem man von Hand die
aufgerollten Enden 22 der Konstantkraftfeder 20 auf
den Laschen der Schenkel 14 des U-Bügels 12 und die Bürste 30 auf
dem Mittelteil 24 der Konstantkraftfeder 20 hält. Sodann
setzt man die Anordnung in das Rohr 30 ein und schraubt
die Kappe 42 in die Hülse 36.
Da das Rohr 30 mit dem Kommutator des elektrischen Arbeitsgeräts ausgerichtet
ist, zwingt der seitliche Druck des Kommutators die Bürste 26 gleitend
zwischen die Schenkel 14 des U-Bügels 12. Die Konstantkraftfeder 20 übt auf die
Bürste 26 eine
konstante Kraft bzw. einen konstanten Druck aus, der auch bei sich
abnutzender Bürste 26 diese
mit im wesentlichen konstanter Kraft auf den Kommutator drückt.
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In
einem Fertigungsbeispiel ist die Konstantkraftfeder 20 an
der Bürste 26 und
die Bürstenlitze 28 sowohl
an der Bürste 26 als
auch am U-Bügel 12 befestigt.
Ist die Bürste 26 abgenutzt,
kann die gesamte Anordnung herausgenommen und problemlos erneuert
werden. Nach einem anderen Fertigungsbeispiel lässt sich jedoch ggf. die Anordnung
zerlegen und neu montieren, wobei nur eine abgenutzte Bürste 26 ausgetauscht
wird.
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Aus
der vorgehenden Beschreibung ersichtlich und wie oben festgestellt,
sind zahlreiche Varianten und Änderungen
möglich,
ohne die Ansprüche
zu verlassen. Es sei ausdrücklich
darauf hingewiesen, dass hinsichtlich der hier dargelegten speziellen
Verfahrensweisen und Vorrichtungen keinerlei Einschränkung beabsichtigt
oder impliziert ist. Alle solchen Änderungen, die im Rahmen der
Ansprüche
liegen, sind als von diesen umfasst aufzufassen.