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GEBIET
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Die
vorliegende Offenbarung betrifft Motordiagnosesysteme und insbesondere
Diagnosesysteme und -verfahren für
einen Ansauglufttemperatursensor.
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HINTERGRUND
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Die
hier bereitgestellte Hintergrundbeschreibung dient dem Zweck der
allgemeinen Darstellung des Kontexts der Offenbarung. Die Arbeit
der gegenwärtig
benannten Erfinder, sofern sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben
ist, sowie Aspekte der Beschreibung, die nicht anderweitig als Stand
der Technik zum Zeitpunkt des Einreichens qualifiziert sind, werden
weder explizit noch implizit als Stand der Technik gegenüber der
vorliegenden Offenbarung anerkannt.
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Verbrennungsmotoren
zünden
eine Kraftstoff- und Luftmischung, um ein Antriebsdrehmoment zu
erzeugen. Insbesondere wird Luft durch eine Drosselklappe in den
Motor eingesaugt und mit Kraftstoff vermischt, um eine Luft- und
Kraftstoffmischung zu bilden. Die Luft- und Kraftstoffmischung wird
durch einen Kolben in einem Zylinder komprimiert und wird dann in
einem Zylinder gezündet,
um den Kolben in dem Zylinder zu einer Hin- und Herbewegung anzutreiben.
Der Kolben treibt eine Kurbelwelle des Motors drehend an.
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Der
Motorbetrieb wird auf der Grundlage mehrerer Parameter geregelt,
welche die Ansauglufttemperatur (IAT, IAT von Intake Air Temperature),
den Krümmerabsolutdruck
(MAP, MAP von Manifold Absolute Pressure), die Drosselklappenstellung
(TPS, TPS von Throttle Position), die Motordrehzahl und den barometrischen
Druck (PBARO) umfassen, aber nicht darauf
beschränkt
sind. Herkömmliche
Verbrennungsmotoren enthalten einen IAT-Sensor, um die IAT direkt
zu messen. In einigen Fällen
kann der IAT-Sensor als Folge von Beschädigungen, Verschleiß und/oder
einer Anzahl weiterer Faktoren ungenau werden. Folglich kann es
sein, dass der IAT-Sensor überwacht
werden muss, um zu ermitteln, ob der IAT-Sensorlesewert akkurat
ist.
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Einige
herkömmliche
Verbrennungsmotorsysteme enthalten einen zweiten IAT-Sensor. Der
Lesewert des zweiten IAT-Sensors wird mit demjenigen des ersten
IAT-Sensors verglichen, um zu ermitteln, ob der erste IAT-Sensor genau ist.
Der zusätzliche
IAT-Sensor erhöht
jedoch die Kosten und die Komplexität und muss ebenfalls auf Genauigkeit
hin überwacht
werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Entsprechend
kann ein Diagnosesystem für
einen Ansauglufttemperatursensor (IAT-Sensor) ein IAT-Ermittlungsmodul,
ein Luftmassenstrommodul (MAF-Modul) und ein Diagnosemodul enthalten.
Das IAT-Ermittlungsmodul ermittelt eine gemessene IAT auf der Grundlage
eines IAT-Sensors. Das MAF-Modul ermittelt eine Referenztemperatur
auf der Grundlage eines MAF-Sensors. Das Diagnosemodul diagnostiziert Fehler
in dem IAT-Sensor
auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen der Referenztemperatur
und der gemessenen IAT.
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Bei
einem weiteren Aspekt kann ein Diagnoseverfahren für einen
Ansauglufttemperatursensor (IAT-Sensor) umfassen, dass eine gemessene
IAT, die einem Motor zugeordnet ist, unter Verwendung eines IAT-Sensors
erzeugt wird, dass eine Referenztemperatur unter Verwendung eines
Luftmassenstromsensors (MAF-Sensors) ermittelt wird, und dass eine
Fehlerbedingung des IAT-Sensors angezeigt wird, wenn die Differenz
zwischen der Referenztemperatur und der gemessenen IAT einen Schwellenwert
erreicht.
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Weitere
Anwendungsgebiete ergeben sich aus der hier bereitgestellten Beschreibung.
Es versteht sich, dass die Beschreibung und spezielle Beispiele
nur zur Veranschaulichung gedacht sind und den Umfang der vorliegenden
Offenbarung nicht beschränken
sollen.
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ZEICHNUNGEN
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Die
hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur zur Veranschaulichung
und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise
begrenzen.
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1 ist
ein Funktionsblockdiagramm eines Verbrennungsmotorsystems, das gemäß einem
Diagnosesystem für
einen Ansauglufttemperatursensor (IAT-Sensor) der vorliegenden Offenbarung
geregelt wird;
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2 ist
ein Steuerungsblockdiagramm eines Steuerungsmoduls, das ein Diagnosesystem
für einen IAT-Sensor
der vorliegenden Offenbarung beinhaltet;
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3 ist
ein beispielhafter Schaltplan für
einen Luftmassenstromsensor; und
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4 ist
ein Flussdiagramm, das beispielhafte Schritte veranschaulicht, die
von dem Diagnosesystem für
einen IAT-Sensor der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Die
folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform ist rein beispielhafter
Natur und ist keinesfalls dazu gedacht, die Erfindung, ihre Anwendungen
oder Verwendungen zu beschränken.
Der Klarheit halber werden in den Zeichnungen gleiche Bezugszeichen
verwendet, um ähnliche
Elemente zu bezeichnen. Bei der Verwendung hierin bezieht sich der
Begriff Modul auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung
(ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam
genutzt, dediziert oder Gruppe) mit Speicher, der ein oder mehrere
Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung
oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
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Das
Diagnosesystem für
einen Ansauglufttemperatursensor (IAT-Sensor) der vorliegenden Offenbarung
wird bereitgestellt, um die Plausibilität des IAT-Sensors zu überwachen
und zu ermitteln. Eine Referenztemperatur wird von einem existierenden
MAF-Sensor beschafft. Das IAT-Sensordiagnosesystem vergleicht eine
von dem IAT-Sensor gemessene Temperatur mit der Referenztemperatur.
Das IAT-Sensordiagnosesystem kann ermitteln, dass sich der IAT-Sensor
in einer Fehlerbedingung befindet, wenn die Differenz zwischen der
Referenztemperatur und der gemessenen IAT über einem Schwellenwert liegt.
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Nun
auf 1 Bezug nehmend ist ein beispielhaftes Verbrennungsmotorsystem 10 veranschaulicht. Das
Motorsystem 10 umfasst einen Motor 12, einen Ansaugkrümmer (IM) 14 und
einen Abgaskrümmer
(EM) 16. Durch ein Luftfilter 18 und eine Drosselklappe 20 wird
Luft in den Ansaugkrümmer 14 eingesaugt.
Die Luft wird mit Kraftstoff vermischt, um eine Kraftstoff- und
Luftmischung zu bilden. Die Kraftstoff- und Luftmischung wird durch
einen (nicht gezeigten) Kolben in einem Zylinder 22 des
Motors 12 gezündet
und verbrannt. Der Verbrennungsprozess setzt Energie frei, die verwendet
wird, um den Kolben in dem Zylinder 22 zu einer Hin- und
Herbewegung anzutreiben. Von dem Verbrennungsprozess erzeugtes Abgas
wird durch den Abgaskrümmer 16 ausgestoßen und
wird in die Atmosphäre
entlassen, nachdem es in einem (nicht gezeigten) Abgasnachbehandlungssystem
behandelt wurde. Obwohl ein einziger Zylinder 22 veranschaulicht
ist, wird angenommen, dass das Ansaugluftsensor-Diagnosesystem der vorliegenden Offenbarung
bei Motoren umgesetzt werden kann, die mehr als einen Zylinder aufweisen.
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Ein
Steuerungsmodul 24 ist zum Steuern von Motorkomponenten
vorgesehen, welche die Kraftstoffeinspritzung, den Zündungszeitpunkt,
variable Ventilzeitpunkte und Peripheriegeräte mit Bezug auf den Motorbetrieb
umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind. Das Steuerungsmodul 24 kann
mit einem Ansauglufttemperatursensor (IAT-Sensor) 26, einem
Luftmassenstromsensor (MAF-Sensor) 28, einem Krümmerabsolutdrucksensor
(MAP-Sensor) 30, einem Motordrehzahlsensor 32 und
einem Drosselklappenstellungssensor 34 in Verbindung stehen.
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Das
Steuerungsmodul 24 verarbeitet Signale, die von diesen
Sensoren 26, 28, 30, 32, 34 erzeugt
werden, und regelt den Motorbetrieb auf der Grundlage einer Vielzahl
von Motorbetriebsparametern, welche einen statischen Druck vor der
Drosselklappe, einen Stagnationsdruck vor der Drosselklappe (d.
h. die Gesamtluftdrücke
oberstromig der Drosselklappe), die IAT, den MAF, den MAP, eine
effektive Drosselklappenfläche,
eine Motordrehzahl und einen barometrischen Druck umfassen, aber
nicht darauf beschränkt
sind. Das Steuerungsmodul 24 der vorliegenden Offenbarung
kann ein IAT-Sensordiagnosesystem 36 umfassen.
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Mit
Bezug auf 2 umfasst das Steuerungsmodul 24 ein
IAT-Sensordiagnosesystem 36. Das IAT-Sensordiagnosesystem 36 kann
ein IAT-Ermittlungsmodul 38,
ein MAF-Ermittlungsmodul 40 und ein IAT-Sensordiagnosemodul 42 in Verbindung
mit dem IAT-Ermittlungsmodul 38 und dem MAF-Ermittlungsmodul 40 umfassen.
Das IAT-Ermittlungsmodul 38 ermittelt eine gemessene IAT
auf der Grundlage eines ersten Signals 44 von dem IAT-Sensor 26.
Das MAF-Ermittlungsmodul 40 ermittelt eine Massenstromrate
der Ansaugluft auf der Grundlage eines zweiten Signals 46 von
dem MAF-Sensor 28. Das MAF-Ermittlungsmodul 40 ermittelt
auch eine Temperatur eines Referenzthermistors R1 (in 3 gezeigt)
des MAF-Sensors 28 auf der Grundlage eines dritten Signals 48.
Das IAT-Sensordiagnosemodul 42 überwacht die Plausibilität des IAT-Sensors 26 auf
der Grundlage von Signalen von dem IAT-Ermittlungsmodul 38 und
dem MAF-Ermittlungsmodul 40, was nachstehend genauer beschrieben
wird. Wenn das IAT-Diagnosemodul 42 eine Fehlerbedingung
des IAT-Sensors 26 ermittelt, wird ein Fehlersignal 50 erzeugt
und zur späteren
Analyse an einen Fehlerspeicher 52 gesandt und/oder einem
Fahrzeugfahrer berichtet.
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Auf 3 Bezug
nehmend kann der MAF-Sensor 28 eine Wheatstone-Brückenschaltung 60 umfassen,
die einen Referenzthermistor R1, einen zweiten
Widerstand R2, einen dritten Widerstand
R3, einem Mess-Thermistor R4 und
einen fünften
Widerstand R5 umfasst. Der Referenzthermistor
R1, der zweite Widerstand R2 und
der dritte Widerstand R3 sind an einem ersten
Schenkel 62 der Brückenschaltung 60 in
Reihe geschaltet. Der Mess-Thermistor R4 und
der fünfte
Widerstand R5 sind an einem zweiten Schenkel 64 der
Brückenschaltung 60 in
Reihe geschaltet. Der erste Schenkel 62 und der zweite
Schenkel 64 sind parallel geschaltet.
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Der
Referenzthermistor R1 und der Mess-Thermistor
R4 können
einen variablen Widerstandswert aufweisen und können in Abhängigkeit von speziellen Anwendungen
einen positiven Temperaturkoeffizienten oder einen negativen Temperaturkoeffizienten
aufweisen. Der zweite, dritte und fünfte Widerstand R2,
R3 und R5 sind feste
Widerstände
und weisen einen konstanten Widerstandswert auf. Der Mess-Widerstand
R4 arbeitet als erwärmtes Erfassungselement zum
Messen der Luftmassenstromrate. Der Referenzthermistor R1 ist zur Kompensation der Luftstrommessung
bei verschiedenen Ansauglufttemperaturen konzipiert und wird hier
zum Zweck einer Plausibilitätsdiagnose
des IAT-Sensors ausgeliehen.
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Die
Brückenschaltung 60 weist
Anschlüsse 68, 70, 72, 74 und 76 auf.
Eine Eingangsspannung V1 wird bei dem Anschluss 68 an
die Brückenschaltung 60 angelegt.
Der Anschluss 74 ist geerdet. Bevor der Ansaugluftstrom
gemessen wird, kann die Spannung V3 zwischen
den Anschlüssen 72 und 76 auf
Null gesetzt werden, um die Brückenschaltung 60 abzugleichen.
Wenn sie einem Luftstrom ausgesetzt wird, wird die Brückenschaltung 60 aufgrund
einer Änderung
des Widerstandswerts in dem Mess-Thermistor R4 in
einen nicht abgeglichenen Zustand versetzt. Dies geschieht, weil
der Luftstrom einen Temperaturabfall bei dem Mess-Thermistor R4 als Folge einer Wärmeabgabe von dem Mess-Thermistor
R4 an die Ansaugluft verursacht. Die Brückenschaltung 60 kann
wieder abgeglichen werden, indem die Eingangsspannung V1 so
verändert
wird, dass die Ausgangsspannung von Null zwischen den Anschlüssen 72 und 76 beibehalten
wird. Wenn sich die Ansauglufttemperatur verändert, wird die Brückenschaltung 60 aufgrund
einer Veränderung
des Widerstandswerts des Kompensations-Thermistors R1 ebenfalls
in einen nicht abgeglichenen Zustand versetzt. Die Brückenschaltung 60 kann
erneut abgeglichen werden, indem die Eingangsspannung V1 so
verändert
wird, dass die Ausgangsspannung von Null zwischen den Anschlüssen 72 und 76 beibehalten
wird. Ein zweites Signal 46, das der Eingangsspannung V1 entspricht, kann an das MAF-Ermittlungsmodul 40 gesandt
werden, um die Luftmassenstromrate zu ermitteln.
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Wenn
der Luftmassenstrom gemessen wird, wird eine Referenzspannung V2 an dem Anschluss 70 kontinuierlich
gemessen. Ein drittes Signal 48, das der Referenzspannung
V2 entspricht, kann ebenfalls an das MAF-Ermittlungsmodul 40 gesandt
werden.
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Es
versteht sich und wird festgestellt, dass die Brückenschaltung 60 eine
andere Anzahl von Widerständen/Thermistoren
umfassen kann und eine andere Anordnung und Ausgestaltung in Abhängigkeit
von speziellen Anwendungen aufweisen kann, ohne dass der Geist der
vorliegenden Offenbarung verlassen wird.
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Mit
Bezug auf 4 beginnt das IAT-Sensordiagnoseverfahren 100 bei
Schritt 102. Wenn die Ansaugluft über den IAT-Sensor 26 und
den MAF-Sensor 28 streicht,
erzeugt der IAT-Sensor 26 bei Schritt 104 ein erstes
Signal 44, das der Ansauglufttemperatur entspricht, zur
Verarbeitung für
das IAT-Ermittlungsmodul 38. Auf der Grundlage des ersten
Signals 44 ermittelt das IAT-Ermittlungsmodul 38 eine
durch den IAT-Sensor 26 gemessene IAT. Diese gemessene
IAT kann an das IAT-Diagnosemodul 42 zur Plausibilitätsdiagnose
gesandt werden. Gleichzeitig kann der MAF-Sensor 28 bei Schritt 106 ein
zweites Signal 46, das der Eingangsspannung V1 entspricht,
und ein drittes Signal 48, das der Referenzspannung V2 entspricht, an das MAF-Ermittlungsmodul 40 senden.
Zusätzlich
zur Ermittlung der Luftmassenstromrate der Ansaugluft verarbeitet
das MAF-Ermittlungsmodul 40 auch
das zweite Signal 46 und das dritte Signal 48,
um eine Referenztemperatur Tref zu beschaffen.
Diese Referenztemperatur Tref kann zu Diagnosezwecken
an das IAT-Diagnosemodul 42 gesandt werden.
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Insbesondere
weisen der Widerstandswert des Referenzthermistors R
1,
der Widerstandswert der Widerstände
R
2 und R
3, die Eingangsspannung
V
1 und die Referenzspannung V
2 die
folgende Beziehung auf:
wobei
R
1 der variable Widerstandswert des Referenzthermistors
ist;
R
2 der Widerstandswert des zweiten
Widerstands ist;
R
3 der Widerstandswert
des dritten Widerstands ist;
V
1 die
an die Brückenschaltung
angelegte Eingangsspannung ist;
und
V
2 die
Referenzspannung ist.
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Da
die Widerstände
R2 und R3 feste
Widerstände
sind, bleiben die Widerstandswerte der Widerstände R2 und
R3 unverändert
und sind bekannt. Der variable Widerstandswert des Referenzthermistors
R1 und die gemessene Temperatur können aus
Gleichung 2 abgeleitet werden.
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Der
Referenzthermistor R
1 kann so gewählt sein,
dass er eine lineare Antwort auf eine Temperaturänderung, d. h. einen konstanten
Temperaturkoeffizienten des Widerstands, aufweist. Daher kann bei
Schritt
106 die Temperatur T
c des
Referenzthermistors R
1 bei der gemessenen
Temperatur auf der Grundlage der folgenden Gleichung berechnet werden:
wobei R
1(T
c) der aus Gleichung 2 abgeleitete berechnete
Widerstandswert ist; α der
Temperaturkoeffizient des Widerstands des Referenzthermistors R
1 ist; und R
1(T
0) der Widerstandswert des Referenzthermistors
R
1 bei einer Starttemperatur oder Raumtemperatur
T
0 ist und bekannt ist.
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Da
die berechnete Temperatur Tc des Referenzthermistors
R1 die tatsächliche IAT möglicherweise nicht
genau wiederspiegelt, wird die berechnete Temperatur Tc bei
Schritt 108 so kalibriert, dass sie zu einer Referenztemperatur
Tref führt.
Die berechnete Temperatur Tc kann in Abhängigkeit
von der Konfiguration und dem Ort des MAF-Sensors 28 mittels
einer Vielzahl bekannter Verfahren kalibriert werden. Die Referenztemperatur
Tref wird an das IAT-Sensordiagnosemodul 42 gesandt.
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Das
IAT-Sensordiagnosemodul 42 empfängt Signale, welche die gemessene
IAT und die Referenztemperatur Tref anzeigen,
von dem IAT-Ermittlungsmodul 38 bzw. dem MAF-Ermittlungsmodul 40.
Bei Schritt 110 vergleicht das IAT-Sensordiagnosemodul 42 die
von dem IAT-Sensor 26 gemessene IAT mit der Referenztemperatur
Tref, um zu ermitteln, ob der gemessene
IAT-Lesewert plausibel ist. Wenn bei Schritt 112 die Referenztemperatur
Tref wesentlich höher oder niedriger als die
IAT ist, d. h. die Differenz zwischen der gemessenen IAT und der
Referenztemperatur größer oder
gleich ein Schwellenwert ist, kann das IAT-Diagnosemodul 42 eine
Fehlerbedingung des IAT-Sensors 26 ermitteln und kann bei
Schritt 114 ein Fehlersignal 50 erzeugen. Das
Fehlersignal 50 kann zur späteren Analyse an einen Fehlerspeicher 52 gesandt
werden und/oder einem Fahrzeugfahrer berichtet werden, wodurch der
Diagnoseprozess bei Schritt 116 abgeschlossen wird. Wenn
die Differenz zwischen der Referenztemperatur Tref und
der gemessenen IAT unter dem Schwellenwert liegt, endet der Diagnoseprozess
bei Schritt 116.
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Obwohl
es nicht in den Figuren gezeigt ist, versteht es sich und wird festgestellt,
dass das erste Signal 44, das zweite Signal 46 und
das dritte Signal 48 direkt an das IAT-Sensordiagnosemodul 42 gesandt
werden können.
Das IAT-Sensordiagnosemodul 42 kann einen Algorithmus,
der dem vorstehend beschriebenen ähnelt, ohne das IAT-Ermittlungsmodul 38 und
das MAF-Ermittlungsmodul 40 ausführen.
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Mit
der Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung kann die IAT-Diagnose erreicht
werden, indem ein existierender MAF-Sensor ohne irgendeinen zusätzlichen
Sensor verwendet wird. Das IAT-Sensordiagnosesystem 36 der
vorliegenden Offenbarung kann daher die Kosten der Motorsteuerungseinheit
verringern, während
es eine zuverlässige
IAT-Sensordiagnose
bereitstellt.
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Fachleute
werden nun aus der vorstehenden Beschreibung erkennen, dass die
breiten Lehren der vorliegenden Offenbarung in einer Vielzahl von
Formen umgesetzt werden können.
Obwohl diese Offenbarung in Verbindung mit speziellen Beispielen
derselben beschrieben wurde, soll daher der wahre Umfang der Offenbarung
nicht darauf begrenzt sein, da dem Fachmann bei einem Studium der
Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche weitere
Modifikationen begegnen werden.
