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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Breitband-Ultrahochfrequenz(UHF)-Simulations-Teilentladungsgenerator.
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Ein Hochspannungs-Leistungsgerät dieser Art kann Empfindlichkeits- und Funktionstests eines Messinstruments ausführen, indem ein Sensor oder ein Simulations-Signalgenerator anstelle eines Hochspannungs-Teilentladungs-Generators mit dem Messinstrument verbunden, ein Messtest einer UHF-Teilentladung mit Hilfe von gespeicherten Teilentladungs-Signalmusterdaten oder eines Defekt-Beurteilungstest eines Überwachungssystems durchgeführt und in einfacher Weise bei einem Test während des Herstellungsprozesses des Messinstruments eingesetzt wird.
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Stand der Technik
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Teilentladungssignalgeneratoren sind z. B. aus
DE 197 58 085 A1 ,
DE 196 47 686 A1 und
DE 39 12 654 A1 vorbekannt. Eine Teilentladung tritt in Hochspannungs-Leistungsgeräten wie z. B. einem gasisolierten Schaltgerät, einem gasisolierten Transformator, einem ölgetauchten Transformator, einer gasisolierten Übertragungsleitung, einem Leistungskabel und einer Dreheinrichtung als Anzeichen eines mechanischen Problems auf. Ebenso misst, falls die Teilentladung in dem Hochspannungs-Leistungsgerät auftritt, ein UHF-Teilentladungs-Messinstrument eine Ultrahochfrequenz (UHF), die zusammen mit der Teilentladung erzeugt wird, analysiert einen Signaltyp und ein Muster der gemessenen Ultrahochfrequenz (UHF) und diagnostiziert, ob oder ob nicht die Teilentladung auftritt und das Leistungsgerät gestört ist, wodurch es möglich ist, das Problem des Leistungsgeräts bereits vorher zu messen oder zu erkennen.
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Bisher hat die UHF-Teilentladungs-Messapparatur in Kombination mit einem realen Teilentladungs-Generator oder einem Präzisions-Messinstrument komplette Leistungstests, wie beispielsweise einen Test während eines Herstellungsprozesses, einen Funktionstest und einen Korrekturtest nach Abschluss des Herstellungsprozesses, ebenso wie die Ursachenermittlung für die Teilentladung durchgeführt.
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Die 1 zeigt den Aufbau eines konventionellen realen Teilentladungs-Generators und ein UHF-Teilentladungs-Messinstrument.
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Wenn, unter Bezugnahme auf 1, ein Hochspannungs-Leistungsgerät 110, wie z. B. ein gasisoliertes Schaltgerät, ein Transformator, eine Dreheinrichtung, eine Übertragungsleitung oder ein Kabel, an die eine Hochspannungs-Wechselspannungs-AC-Leistung 100 angelegt ist, intern gestört ist, tritt eine Teilentladung in dem Hochspannungs-Leistungsgerät 110 als Anzeichen eines Problems auf.
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Zu dieser Zeit empfängt ein UHF-Teilentladungs-Messinstrument 140 ein Teilentladungssignal 150, welches durch einen im Hochspannungs-Leistungsgerät 110 angebrachten Teilentladungs-Sensor 120 über eine Koaxial-Übertragungsleitung 130 erfasst wird, um das empfangene Teilentladungssignal 150 zu messen und zu analysieren. Weiterhin ist das über die Koaxial-Übertragungsleitung 130 eingegebene Teilentladungssignal 150 ein Breitbandsignal mit einer Dauer von einigen zehn Nanosekunden.
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Bei kontinuierlicher Messung während einer langen Zeit wird das Teilentladungssignal 150 periodisch oder chaotisch gemäß einer Phase einer angelegten Spannung erzeugt, und somit erscheint ein besonderes Muster 210 eines Teilentladungssignals 150 gemäß einer Art von Defekten, wie in 2 gezeigt.
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Falls ein Signalmuster 220 während einer Zeitdauer während einer Phase der angelegten Spannung des besonderen Musters 210 des Teilentladungssignals 150 vergrößert wird, kann ein während einiger zehn bis hundert Nanosekunden auftretendes Teilentladungs-Impulssignal 230 beobachtet werden. Das Teilentladungs-Impulssignal 230 ist ein Signal einer Breitband-Ultrahochfrequenz von einigen hundert MHz bis zu einigen GHz in einem Frequenzbereich 240 nach einer Fourier-Transformation.
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Ein Signalerfassungsschaltkreis im UHF-Teilentladungs-Messinstrument 140 enthält diverse Arten von Verstärkern, Signalabschwächern, Erfassungsapparaten und neuronalen Netzen für die Signalsortierung, wodurch das Teilentladungssignal 150 analysiert werden kann.
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Durch Analyse einer Form des Teilentladungssignals 150 ist es möglich zu diagnostizieren, ob oder ob nicht eine Teilentladung und ein Störungszustand des Hochspannungs-Leistungsgeräts 110 auftritt, und auf Basis der Diagnose vorher das Anzeichen eines Problems im Hochspannungs-Leistungsgerät 110 zu messen oder zu erkennen.
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Weiterhin wird, um einen Test mit dem UHF-Teilentladungs-Messinstrument 140 gemäß einem konventionellen Verfahren durchzuführen, der Teilentladungs-Generator 160 im Hochspannungs-Leistungsgerät 110 angebracht, so dass eine UHF-Teilentladung durch Anlegen der Hochspannung 100 erzeugt werden kann.
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Der Test mit dem innerhalb einer verfügbaren Vorrichtung angebrachten UHF-Teilentladungs-Messinstrument 140 ist fast unmöglich, da das Messinstrument 140 nur testen kann, wenn der Teilentladungs-Generator 160 in der verfügbaren Vorrichtung angebracht ist.
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Für die Messung des realen Teilentladungs-Generators 160 ist es notwendig, den Teilentladungssensor 120 und einen großformatigen Hochspannungs-Generator anzubringen.
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Indes kann der Test mit dem UHF-Teilentladungs-Messinstrument 140 mit der Kombination von zwei oder mehr Hochfrequenz-Präzisions-Messinstrumenten an stelle des realen Teilentladungs-Generators 160 durchgeführt werden.
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Jedoch sind die Hochfrequenz-Präzisions-Messinstrumente zum Testen des UHF-Teilentladungs-Messinstruments 140 von großer Bauform und teuer, da diverse Messinstrumente angeschlossen sind, um von einer ausschließlichen Steuereinrichtung bedient werden zu können.
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Üblicherweise werden ein Hochfrequenz-Signalgenerator, ein Impulsgenerator und ein Spektrumanalysator, von denen jeder mit einer integrierten Steuerung gesteuert wird, miteinander verbunden. Entsprechend kann das UHF-Teilentladungs-Messinstrument 140 nur mit Hilfe der integrierten Steuerung getestet werden.
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Im Ergebnis sind für den Funktionstest des UHF-Teilentladungs-Messinstruments 140 diverse teure Messinstrumente notwendig. Entsprechend war es sehr schwierig, die Funktion in Außenbereichen zu testen, in denen die Apparate installiert und betrieben werden.
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Weiterhin sind die Durchführung des Funktionstests und die Überprüfung des UHF-Teilentladungs-Messinstruments 140 mit viel Zeit und hohen Kosten verbunden.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zum Stand der Technik genannten Probleme zu lösen.
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LÖSUNG DER AUFGABE
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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Patentanspruches 1.
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Mit der Erfindung wird ein Breitband-UHF-Simulations-Teilentladungsgenerator geschaffen, der Empfindlichkeits- und Funktionstests an einem Messinstrument durch Verbinden eines Sensors oder eines Simulations-Signalgenerators mit einem Eingangsanschluss des Messinstruments anstelle eines Hochspannungs-Teilentladungsgenerators durchführt, einen Messtest einer UHF-Teilentladung mit Hilfe eines gespeicherten Teilentladungs-Musters oder eines Defektstyp-Beurteilungstests eines Überwachungssystems durchführt und in einfacher Weise bei einem Test während des Herstellungsprozesses des Messinstruments eingesetzt werden kann.
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Ferner wird mit der Erfindung ein Breitband-UHF-Simulations-Teilentladungsgenerator geschaffen, der eine Funktionsüberprüfung, einen Test oder eine Korrektur eines UHF-Teilentladungs-Messinstruments durch Erzeugen eines Signals und eines Signal-Musters durchführen kann, z. B. ein Breitband-Teilentladungssignal, das durch einen Sensor erfasst wird und an einem Eingangsanschluss des Messinstruments eingegeben wird, wenn das UHF-Teilentladungs-Messinstrument hergestellt, getestet, installiert und gewartet wird.
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Auch wird ein Breitband-UHF-Simulations-Teilentladungssignalgenerator geschaffen, der eine Signalanalyse-Funktion eines Online- oder Offline-Systems mit Hilfe einer Funktion zum Erzeugen eines mit einer Phase einer an einen Hochspannungs-Teilentladungsgenerator angelegten Spannung synchronisierten oder unsynchronisierten Signal-Bildmusters ebenso wie eine Mess-Grundfunktion (Empfindlichkeit) eines UHF-Teilentladungs-Messinstruments testen kann.
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Auch wird ein Breitband-UHF-Simulations-Teilentladungssignalgenerator geschaffen, der eine Breitband-Erfassungsfunktion eines UHF-Teilentladungs-Messinstruments im Bereich von 300 bis 3000 MHz testen und ein Funktions- und Entladungs-Muster eines gesamten Systems überprüfen kann.
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Schließlich wird ein Breitband-UHF-Simulations-Teilentladungssignalgenerator geschaffen, der leicht tragbar und von kleiner Bauform ist und somit ein Messinstrument vor Ort oder in einem Werk korrigieren und die Funktion des Messinstruments überprüfen kann.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Gemäß der Erfindung wird ein Breitband-UHF-Simulations-Teilentladungssignalgenerator geschaffen, der folgende Merkmale umfasst: einen Phasensynchronisierungs-Leistungssensor (power phase synchronization sensor), verbunden mit einem induktiven Phasensynchronisierungs-Leistungssensor, einem kapazitiven Phasensynchronisierungs-Leistungssensor und einem Phasensynchronisierungs-Leistungssensor zum Erfassen einer von einer elektrischen Lampe abgestrahlten Lichtmenge; einen mit dem Synchronisierungs-Leistungssensor verbundenen Rechteckimpulsgenerator zur Eingabe und Steuerung von Musterdaten; eine Impulssteuerung (pulse type controller) zum Reduzieren einer Anstiegszeit und einer Abfallzeit eines Impulses des Rechteckimpulsgenerators; einen Kondensator zum Entfernen einer Gleichspannungs(DC)-Komponente eines von der Impulstypsteuerung gesteuerten Signals, so dass die Anstiegs- und Abfallzeit kürzer wird; einen Hochpassfilter zum Filtern einer Hochfrequenz-Komponente eines Wechselstroms (AC) des Signals, um eine Ultrahochfrequenz (UHF) zu erzeugen; einen Signalverstärker und -abschwächer zum Ausgeben eines Signals mit einem vom Rechteckimpulsgenerator eingestellten Betrag; und einen Richtkoppler zum Messen des Betrags des vom Signalverstärker und -abschwächer ausgegebenen Signals und zum Ausgeben eines Breitband-UHF-Simulations-Teilentladungssignals.
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BESCHREIBUNG EINER AUSFÜHRUNGSFORM
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand einer in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform eines Breitband-UHF-Simulations-Teilentladungssignalgenerators näher erläutert. Es zeigt:
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1 den Aufbau eines konventionellen realen Teilentladungsgenerators und eines UHF-Teilentladungs-Messinstruments,
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2 Diagramme eines Signals und dessen Muster, die in ein UHF-Teilentladungs-Messinstrument nach Messung durch einen konventionellen Teilentladungssensor nach 1 eingegeben werden;
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3 den prinzipiellen Aufbau des Breitband-UHF-Simulations-Teilentladungssignalgenerators gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsform,
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4 Diagramme eines Signals, das vom Breitband-UHF-Simulations-Teilentladungssignalgenerator gemäß 3 ausgegeben wird, und
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5 Diagramme eines Signal-Musters, das von dem Breitband-UHF-Simulations-Teilentladungssignalgenerator gemäß 3 ausgegeben wird.
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Der Breitband-UHF-Simulations-Teilentladungssignalgenerator gemäß 3 umfasst einen handelsüblichen, mit einem induktiven Phasensynchronisierungs-Leistungssensor 381, einem kapazitiven Phasensynchronisierungs-Leistungssensor 382 und einem Phasensynchronisierungs-Leistungssensor 383 zum Erfassen einer von einer elektrischen Lampe abgestrahlten Lichtmenge verbundenen Phasensynchronisierungs-Leistungssensor 380, einen mit dem kommerziellen Phasensynchronisierungs-Leistungssensor 380 verbundenen Rechteckimpulsgenerator 310 zur Eingabe und Steuerung von Musterdaten, einer Impulstypsteuerung 320 zum Reduzieren einer Anstiegszeit und einer Abfallzeit eines Impulses, einen Kondensator 330 zum Entfernen einer Gleichstrom-(DC)-Komponente eines von der Impulstypsteuerung 320 gesteuerten Signals 321, so dass die Anstiegs- und Abfallzeit kürzer wird, einen Hochpassfilter 340 zum Filtern der Hochfrequenz einer Wechselstrom-(AC)-Komponente des Signals, um eine Ultrahochfrequenz (UHF) zu erzeugen, einen Signalverstärker und -abschwächer 350 zum Ausgeben eines Signals 351 mit einem vom Rechteckimpulsgenerator 310 eingestellten Betrag, und einen Richtkoppler 360 zum Messen des Betrags des vom Signalverstärker und -abschwächer 350 ausgegebenen Signals 351.
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Die Betriebsweise des Breitband-UHF-Simulations-Teilentladungssignalgenerators gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsform wird im folgenden erläutert.
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Falls ein Signal ähnlich dem von einem in einem Leistungsgerät montierten Sensor gemessenen Signals einem Teilentladungs-Messapparat über eine Koaxial-Übertragungsleitung 130 zugeführt wird, ist es für das Leistungsgerät 110, den Teilentladungsgenerator 160 und die Hochspannungsversorgung 100 in 1 nicht notwendig.
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Der Rechteckimpulsgenerator 310 erzeugt ein Impulssignal 311, um das erzeugte Impulssignal 311 der Impulstypsteuerung 320 zuzuführen.
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Die Impulstypsteuerung 320 führt die Steuerung durch, so dass die Anstiegs- und Abfallzeit kürzer wird, um das Signal 321 zu erzeugen. Die Gleichstrom-Komponente des Signals 321 wird beim Durchlaufen des Kondensators 330 entfernt. Nur die Wechselstrom-Komponente 331 des Signals 321 wird dem Hochpassfilter 340 zugeführt.
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Die Wechselstromkomponente 331 läuft durch den Hochpassfilter 340, um ein Signal 341 im UHF-Band zu bilden. Das gebildete Signal 341 im UHF-Band wird zum Signalverstärker und -abschwächer 350 geführt.
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Der Signalverstärker und -abschwächer 350 gibt ein Signal 351 mit einem vom Rechteckimpulsgenerator 310 eingestellten Betrag aus.
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Der Betrag des vom Signalverstärker und -abschwächer 350 ausgegebenen Signals 351 wird vom Richtkoppler 360 gemessen und wieder in den Rechteckimpulsgenerator 310 eingegeben.
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Der Rechteckimpulsgenerator 310 gibt ein Steuersignal 312 aus, um den Signalverstärker und -abschwächer 350 derart zu steuern, dass das Signal 362 des Ausgangssignals 361 des Richtkopplers 360 denselben Betrag hat, wie das vom Rechteckimpulsgenerator 310 eingestellte Signal.
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Ein von einem bestimmten Defekt bewirktes Signal wird in einem Speicher 390 gespeichert. Falls nötig, wählt ein Benutzer das Signal 391, um das gewählte Signal 391 dem Rechteckimpulsgenerator 310 zuzuführen. Der Rechteckimpulsgenerator 310 gibt das eingegebene Signal als Impulssignal 311 aus.
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Um einen Zyklus und eine Phase des ausgegebenen Signals 351 des Signalverstärkers und -abschwächers 350 mit einer Leistungsphase des UHF-Teilentladungs-Messinstruments 140 zu synchronisieren, empfängt der Rechteckimpulsgenerator 310 ein Phasensignal vom kommerziellen Synchronisierungs-Leistungssensor 380 oder von einer Stromversorgung.
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Die 4 zeigt ein Beispiel eines Signals 341, das durch Impuls-Modulation entsprechend dem gewählten Signal 391 ausgegeben und dem Rechteckimpulsgenerator 310 von einem Speicher 390 eingegeben wird. Falls einer von mehreren Impulsen in einer Zeitdomäne von einem Zyklus vergrößert wird, kann das Signal 430, das für mehrere zehn bis hundert Nanosekunden beibehalten wird, beobachtet werden. Falls das Signal 430 in einer Frequenzdomäne 440 nach Durchführung der Fourier-Transformation betrachtet wird, ist das Signal 430 ein Breitband-UHF-Signal im Bereich von einigen Hundert MHz bis zu einigen GHz.
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Die 5 zeigt ein Beispiel einiger vom in 3 gezeigten Breitband-UHF-Simulations-Teilentladungssignalgenerator ausgegebener Teilentladungs-Simulations-Signale 150.
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Die im Speicher 390 gespeicherten Teilentladungs-Signal-Bildmusterdaten können gemessene Daten oder künstliche Daten verwenden. Ein Typ der Daten wird unterschiedlich gemäß den Defekten 530, 540, 550 und 560, was in einer Teilentladung resultiert.
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Wie oben beschrieben, kann die Erfindung, da das Signal und seine Musterdaten, wie beispielsweise das von dem UHF-Teilentladungssensor 120 gemessene Breitband-UHF-Simulations-Teilentladungssignal, erzeugt werden, für den Test während des Herstellungsprozesses des Geräts, den Funktionstest bei seiner Installation und den Test während des Betriebs durch Verbinden des Simulations-Signalgenerators mit dem Sensor aller UHF-Teilentladungs-Messinstrumente anstelle des Hochspannungs-Teilentladungs-Generators benutzt werden. Insbesondere kann der Simulations-Signal- und -Bildmusterdatengenerator in kleiner Bauform hergestellt werden, um so von einer Batterie betrieben und somit vor Ort benutzt werden zu können.
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Der erfindungsgemäße Breitband-UHF-Simulations-Teilentladungssignalgenerator bewirkt die folgenden Effekte.
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Der Breitband-UHF-Simulations-Teilentladungssignalgenerator wird mit dem Messinstrument oder dem Sensor anstelle des Hochspannungs-Teilentladungs-Generators verbunden, wodurch der Empfindlichkeitstest oder der Funktionstest des Messinstruments durchgeführt wird, der Defekttyp-Beurteilungstest des UHF-Teilentladungs-Mess- oder Überwachungssystems mit Hilfe der gespeicherten Teilentladungs-Musterdaten durchgeführt wird, und kann auf einfache Weise beim Test während des Herstellungsprozesses des Messinstruments benutzt werden.
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Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind für erläuternde Zwecke beschrieben worden, und dem Fachmann ist klar, dass diverse Änderungen, Zusätze und Ersetzungen möglich sind, ohne vom Umfang und Geist der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen offenbart, abzuweichen. Daher wird der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und ihre gesetzlichen Äquivalente definiert.
