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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft ein geräuschreduziertes elektrisches Gebläse und einen Geräuschreduktionsdiffusor für ein elektrisches Gebläse.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Ein elektrisches Gebläse ist eine Einheit, in die ein Flügelrad eingebaut ist, das durch einen Elektromotor angetrieben wird. Elektrische Gebläse finden häufig Anwendung, wenn Luft bewegt werden soll oder wenn ein Luftstrom generiert werden soll. Ein bekanntes Beispiel eines elektrischen Gebläses ist ein Haartrockner, der ein Heizelement zum Erwärmen des Luftstroms enthält. Weitere Beispiele sind unter anderem Elektrolüfter und Heißluftpistolen, wie diese im industriellen Bereich, im Verpackungsbereich und im künstlerischen Bereich verwendet werden.
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Während ihres Betriebs erzeugen elektrische Gebläse ein erhebliches Geräusch, das durch die Vibration des Motors, die Drehung der Gebläseflügel und die Verwirbelung der Luft im Inneren des Gebläses entsteht.
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Das Geräusch kann so laut sein, dass der Benutzer es als unangenehm empfindet und andere Personen in der Nähe sich gestört fühlen.
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ÜBERSICHT
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Aus diesem Grund wird ein elektrisches Gebläse mit einer geringeren Geräuschemission gewünscht.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Geräuschreduktionsdiffusor angegeben, umfassend: einen Motorhalter mit: einer zylindrischen Seitenwand, die ein erstes Ende und ein zweites Ende hat; einem unteren Bereich an dem ersten Ende der Seitenwand; einer in dem zweiten Ende der Seitenwand gebildeten Öffnung, die eine Befestigung des Motors innerhalb der Seitenwand ermöglicht; wobei eine Vielzahl von Leitschaufeln an der Seitenwand des Motorhalters angeordnet ist, um einen Luftstrom über die zylindrische Seitenwand des Motorhalters zu leiten; und eine rückseitige Abdeckung, die einen unteren Bereich und eine sich von dem unteren Bereich erstreckende konische Seitenwand hat, wobei die konische Seitenwand einen Durchmesser aufweist, der sich von dem unteren Bereich weg vergrößert, wobei ein offenes Ende der konischen Seitenwand an der Öffnung des zweiten Endes der zylindrischen Seitenwand des Motorhalters befestigt ist und die Öffnung verschließt, wobei die rückseitige Abdeckung mit dem Motorhalter zusammenwirkt, um einen Helmholtz-Resonanzhohlraum zu bilden.
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Vorzugsweise ist die Seitenwand des Motorhalters mit einer Vielzahl von ersten Öffnungen ausgebildet.
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Vorzugsweise ist die Seitenwand der rückseitigen Abdeckung mit einer Vielzahl von zweiten Öffnungen ausgebildet.
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Vorzugsweise ist ein Innendurchmesser der Seitenwand des Motorhalters größer als ein Außendurchmesser des Motors, so dass zwischen der Seitenwand des Motorhalters und dem Motor ein Spalt gebildet wird, und die ersten Öffnungen durchgreifen die gesamte Dicke der Seitenwand des Motorhalters, so dass sie mit dem Spalt in Verbindung stehen.
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Vorzugsweise beträgt die Dicke der ersten Öffnungen und der zweiten Öffnungen 0,0005 bis 0,005 m.
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Vorzugsweise erfüllen die ersten Öffnungen und die zweiten Öffnungen folgende Bedingungen: NkSk/Sa = 0,01 ☐ 0,2, wobei k gleich 1 oder 2 ist, Nk für die Anzahl der Öffnungen steht und Sk für die Fläche einer einzelnen zweiten Öffnung steht; wobei, wenn k gleich 1 ist, Sak für einen Außenflächenbereich der Seitenwand des Motorhalters steht und NkSk für die Gesamtfläche der ersten Öffnungen steht; und wobei, wenn k gleich 2 ist, NkSk für die Gesamtfläche der zweiten Öffnungen steht und Sak für einen Außenflächenbereich der Seitenwand der rückseitigen Abdeckung steht.
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Vorzugsweise hat die konische Seitenwand der rückseitigen Abdeckung einen ersten Seitenwandabschnitt und einen zweiten Seitenwandabschnitt, die miteinander verbunden sind. Der erste Seitenwandabschnitt erstreckt sich von dem unteren Bereich der rückseitigen Abdeckung und hat einen Außendurchmesser, der allmählich zunimmt. Der zweite Seitenwandabschnitt erstreckt sich von einem distalen Ende des ersten Seitenwandabschnitts und hat einen Außendurchmesser, der allmählich zunimmt, und eine Zunahmerate des Außendurchmessers des zweiten Seitenwandabschnitts ist größer als die des ersten Seitenwandabschnitts, so dass die rückseitige Abdeckung insgesamt wie ein Hut geformt ist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein elektrisches Gebläse angegeben, umfassend ein Außengehäuse und eine in dem Außengehäuse angeordnete Luftzuführeinheit, wobei die Luftzuführeinheit umfasst: einen Geräuschreduktionsdiffusor wie vorstehend beschrieben; einen in dem Diffusor montierten Motor; und ein an einem äußeren Ende des Diffusors angeordnetes und durch den Motor angetriebenes Laufrad.
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Vorzugsweise ist eine Wärmeerzeugungseinheit in dem Außengehäuse angeordnet, um den von der Luftzuführeinheit generierten Luftstrom zu erwärmen.
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Vorzugsweise hat die Wärmeerzeugungseinheit eine Stützhalterung und ein um die Stützhalterung herumgewundenes Heizelement, und die Stützhalterung ist durch zwei Stützplatten gebildet, die aneinander befestigt sind.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr anhand eines Beispiels beschrieben, wobei auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Zeichnungsfigur erscheinen, sind in sämtlichen Figuren, in denen sie erscheinen, grundsätzlich identisch gekennzeichnet. Die Dimensionen von Komponenten und Merkmalen sind im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Die Figuren sind nachstehend aufgelistet.
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1 ist eine auseinandergezogene Darstellung eines Geräuschreduktionsdiffusors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine auseinandergezogene Darstellung eines Geräuschreduktionsdiffusors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in welchen der Diffusor von 1 eingebaut ist.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt einen Geräuschreduktionsdiffusor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der insbesondere für die Verwendung in einem elektrischen Gebläse geeignet ist. Der Geräuschreduktionsdiffusor hat einen Motorhalter 10 und eine rückseitige Abdeckung 30.
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Der Motorhalter 10 hat eine zylindrische Seitenwand 11 und einen unteren Bereich 12 an einem Ende der Seitenwand 11. Das andere Ende der Seitenwand 11 ist mit einer Öffnung 13 ausgebildet, um eine Befestigung eines Motors 20 innerhalb der Seitenwand 11 zu ermöglichen. Der Motor 20 hat eine Ausgangswelle, die sich durch den unteren Bereich 12 hindurch erstreckt, um eine externe Last wie ein Laufrad oder ein Flügelrad anzutreiben. Die Seitenwand 11 ist mit einer Vielzahl von ersten Öffnungen 15 ausgebildet. Ein Innendurchmesser der Seitenwand 11 ist größer als ein Außendurchmesser des Motors 20, so dass zwischen der Seitenwand 11 und dem Motor 20 ein Spalt gebildet wird. Die ersten Öffnungen 15 durchgreifen die gesamte Dicke der Seitenwand 11, so dass sie mit dem Spalt in Verbindung stehen. Eine Vielzahl von leicht gekrümmten Leitschaufeln 19 ist an einem Innenumfang der Seitenwand 11 angeordnet.
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Die rückseitige Abdeckung 30 hat einen kreisförmigen unteren Bereich 33 und eine konische Seitenwand 31, die sich von dem unteren Bereich 33 erstreckt. Die Seitenwand 31 hat einen sich vergrößernden Außendurchmesser. Die rückseitige Abdeckung 30 ist generell eine Hohlkonstruktion. Eine Öffnung des distalen Endes der Seitenwand 31 der rückseitigen Abdeckung 30 hat den gleichen Durchmesser wie die Öffnung 13 der Seitenwand 11 des Motorhalters 10, so dass die rückseitige Abdeckung 30 an dem offenen Ende des Motorhalters 10 verriegelt werden kann und mit dem Motorhalter 10 zusammenwirkt, um einen Helmholtz-Resonanzhohlraum zu bilden, in welchem der Motor 20 montiert ist. Die rückseitige Abdeckung 30 ist mit einer Vielzahl von zweiten Öffnungen 35 ausgebildet. In dieser Ausführungsform hat die Seitenwand 31 einen ersten konischen Seitenwandabschnitt 31a und einen zweiten konischen Seitenwandabschnitt 31b. Der erste Seitenwandabschnitt 31a erstreckt sich von dem unteren Bereich 33 und hat einen allmählich zunehmenden Außendurchmesser, der annähernd die Form einer Seitenfläche eines Kegelstumpfes hat. Der zweite Seitenwandabschnitt 31b erstreckt sich von einem distalen Ende des ersten Seitenwandabschnitts 31a und hat ebenfalls annähernd die Form einer Seitenfläche eines Kegelstumpfes. Außerdem ist eine Zunahmerate des Außendurchmessers des zweiten Seitenwandabschnitts 31b größer als die des ersten Seitenwandabschnitts 31a, so dass die rückseitige Abdeckung insgesamt hutförmig ist. Die zweiten Öffnungen 35 sind über den ersten Seitenwandabschnitt 31a und den zweiten Seitenwandabschnitt 31b verteilt.
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Bei Verwendung wird das Flügelrad an der Welle des Motors außerhalb des unteren Bereichs 12 des Motorhalters 10 montiert und durch den Motor 20 angetrieben, um einen Luftstrom zu generieren. Der Luftstrom wird durch Leitschaufeln 19 in Richtung auf die rückseitige Abdeckung 30 gelenkt. Nach Überstreichen einer Verbindungsstelle des Motorhalters 10 und der rückseitigen Abdeckung 30 wird der Luftstrom entlang des Seitenwandabschnitts 31b rasch diffundiert und wird anschließend entlang des Seitenwandabschnitts 31a weiter diffundiert.
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In dieser Ausführungsform ist ein Durchmesser des unteren Bereichs
33 der rückseitigen Abdeckung
30 kleiner als der Durchmesser der Öffnung
13 des Motorhalters
10. Die Resonanzfrequenz fr des Helmholtz-Resonanzhohlraums, der durch den Motorhalter
10 und die rückseitige Abdeckung
30 gebildet wird, wird wie folgt berechnet:
wobei c die Schallgeschwindigkeit in der Luft ist;
δ
e die Dicke der ersten Öffnung (oder der zweiten Öffnung) ist;
δ
1 die Dicke des Innenraums ist;
p das Öffnungsverhältnis ist, p = N
kS
k/S
ak, wobei k gleich 1 oder 2 ist. Wenn k gleich 1 ist, steht N
k für die Gesamtzahl der ersten Öffnungen, S
k für die Fläche einer einzelnen ersten Öffnung und N
kS
k für die Gesamtfläche der ersten Öffnungen. Wenn k gleich 2 ist, steht N
k für die Gesamtzahl der zweiten Öffnungen, S
k für die Fläche einer einzelnen zweiten Öffnung und N
kS
k für die Gesamtfläche der zweiten Öffnungen. S
ak steht für den Außenflächenbereich der Seitenwand des Motorhalters oder den Außenflächenbereich der Seitenwand der rückseitigen Abdeckung. Wenn k gleich 1 ist, steht S
ak für den Außenflächenbereich der Seitenwand des Motorhalters, und wenn k gleich 2 ist, steht S
ak für den Außenflächenbereich der Seitenwand der rückseitigen Abdeckung.
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In dieser Ausführungsform ist NkSk/Sk = 0,01 ☐ 0,2, d. h. das Verhältnis der Gesamtfläche der ersten Öffnungen zu dem Außenflächenbereich der Seitenwand des Motorhalters liegt in dem Bereich von 0,01 bis 0,2 bzw. das Verhältnis der Gesamtfläche der zweiten Öffnungen zu dem Außenflächenbereich der Seitenwand der rückseitigen Abdeckung liegt in dem Bereich von 0,01 ☐ 0,2. In dieser Ausführungsform sind die ersten Öffnungen 15 und die zweiten Öffnungen 35 konstruktionsgleich, d. h. jede einzelne erste Öffnung und jede zweite einzelne Öffnung haben die gleiche Fläche. Die Dicke der ersten Öffnungen 15 und der zweiten Öffnungen 35 beträgt 0,0005 bis 0,005 m, zum Beispiel 0,002 m.
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Der durch vorliegende Erfindung bereitgestellte Geräuschreduktionsdiffusor nutzt die rückseitige Abdeckung und den Motorhalter für die Bildung des Helmholtz-Resonanzhohlraums und reduziert dadurch wirksam das Geräusch. Dieser Geräuschreduktionsdiffusor kann in Geräten wie Lüftungsgebläsen, Händetrocknern oder Zentrifugalgebläsen verwendet werden. Das heißt, die Verwendung des Geräuschreduktionsdiffusors in den Lüftungsgebläsen, Händetrocknern oder Zentrifugalgebläsen fällt in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung.
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Es wird auf 2 Bezug genommen, in der ebenfalls ein geräuschreduziertes elektrisches Gebläse bereitgestellt wird, welches ein Außengehäuse 50 und eine Wärmeerzeugungseinheit 60, eine Luftzuführeinheit 40 und eine (in der Figur nicht dargestellte) Steuereinheit hat, die in dem Außengehäuse angeordnet ist. Die Luftzuführeinheit 40 enthält den vorstehend beschriebenen Geräuschreduktionsdiffusor, den in dem Diffusor montierten Motor und ein Laufrad in Form eines Flügelrads 41, das an einem äußeren Ende des Diffusors angeordnet ist. Das Flügelrad 41 ist mit der Ausgangswelle des in dem Geräuschreduktionsdiffusors montierten Motors verbunden.
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In dieser Ausführungsform hat die Wärmeerzeugungseinheit 60 eine Stützhalterung 61 und ein Heizelement 63, das um einen mittleren Abschnitt der Stützhalterung 61 herumgewunden ist. Die Stützhalterung 61 ist durch zwei Stützplatten gebildet, die kreuzförmig aneinander befestigt sind. Die Stützhalterung 61 hat einander gegenüberliegende Enden, deren Durchmesser größer ist als der des mittleren Abschnitts, wodurch verhindert wird, dass das Heizelement 63 von der Stützhalterung 61 herabgleitet.
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Das Außengehäuse 50 umfasst ein erstes Gehäuse 51 und ein zweites Gehäuse 52, die miteinander verbunden sind. Das erste Gehäuse 51 deckt eine Außenseite des Laufrads 41 ab, und das zweite Gehäuse 52 deckt den Geräuschreduktionsdiffusor und die Wärmeerzeugungseinheit 60 ab. Der Motorhalter 10 ist an einer Innenfläche des zweiten Gehäuses 52 fest montiert, so dass das zweite Gehäuse 52 für eine Abstützung des Motors 20 sorgt. Ein Ende des ersten Gehäuses 51 hat eine Durchgriffsöffnung, die als Lufteinlass dient. Das Außengehäuse 50 hat ferner ein Gitter 53, das an einem distalen Ende des zweiten Gehäuses 52 angeordnet ist und als Luftauslass des elektrischen Gebläses dient. An dem Außengehäuse 50 kann ein Griff vorgesehen sein, der in der Figur nicht dargestellt ist. Falls notwendig, kann eine Hälfte des Griffes an dem ersten Gehäuse 51 und die andere Hälfte an dem zweiten Gehäuse 52 vorgesehen werden, wobei die beiden Gehäusehälften anschließend zusammengefügt werden.
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Wahlweise können das zweite Gehäuse 52 und der Motorhalter 10 durch Schrauben aneinander befestigt sein. in 1 zum Beispiel ist die Seitenwand des Motorhalters 10 mit einer Befestigungsstelle 17 versehen, die eine Schraubenöffnung für eine Befestigung mit einer Schraube definiert.
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Wenn der Motor 20 das Flügelrad 41 dreht, tritt der Luftstrom über den Einlass in das erste Gehäuse 51 ein und tritt aus der Mitte des Flügelrads 41 aus. Anschließend wird der Luftstrom durch die Leitschaufeln 19 des Motorhalters 10 zur rückseitigen Abdeckung 30 des Diffusors gelenkt, um dort diffundiert und entlang einer inneren Kammer des zweiten Gehäuses vorwärts bewegt zu werden. Nach der Erwärmung durch das Heizelement 63 wird der Luftstrom endgültig aus dem Luftauslass nach draußen geleitet.
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Die nachstehende Tabelle 1 zeigt den Vergleich zwischen verschiedenen Parametern des konventionellen elektrischen Gebläses und des vorliegenden elektrischen Gebläses bei gleicher Drehzahl. Das Geräusch am Einlass wird in einem Bereich gemessen, der 300 mm von dem Einlass entfernt ist, und das Geräusch am Auslass wird in einem Bereich gemessen, der 300 mm von dem Auslass entfernt ist. Wie zu sehen ist, kann das erfindungsgemäße Gebläse bei einem geringeren Motorstrom und einer geringeren Motorspannung die gleiche Drehzahl erzielen und kann das Geräusch wirksam reduzieren. Tabelle 1: Vergleich zwischen dem konventionellen Gebläse und dem erfindungsgemäßen Gebläse bei gleicher Drehzahl
| | Drehzahl U/min | Motorstrom (A) | Motorspannung (DCV) | Luftströmungsgeschwindigkeit (m/s; ft/min) | Geräusch am Einlass (db) | Geräusch am Auslass (db) |
| Stand der Technik | 13600 | 1.78 | 25.0 | 2,91; 573.4 | 80.8 | 77.8 |
| Vorliegende Erfindung | 13600 | 1.70 | 24.5 | 2,87; 564.7 | 77.7 | 76.8 |
| Geräuschverbesserung | 3.1 | 1.0 |
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Die nachstehende Tabelle 2 zeigt den Vergleich zwischen den Geräuschwerten des konventionellen elektrischen Gebläses und dem vorliegenden elektrischen Gebläse bei gleicher Drehzahl. Das Geräusch am Einlass wird in gleicher Weise in einem Bereich gemessen, der 300 mm von dem Einlass entfernt ist, und das Geräusch am Auslass wird in einem Bereich gemessen, der 300 mm von dem Auslass entfernt ist. Wie zu sehen ist, kann das erfindungsgemäße Gebläse das Geräusch wirksam reduzieren.
| | Luftströmungsgeschwindigkeit (m/s; ft/min) | Geräusch am Einlass (db) | Geräusch am Auslass (db) |
| Stand Technik | 2,87; 564.7 | 79.8 | 77.5 |
| Vorliegende Erfindung | 2,87; 564.7 | 77.7 | 76.8 |
| Geräuschverbesserung | 2.1 | 0.7 |
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Durch vorliegende Erfindung werden ein Geräuschreduktionsdiffusor und ein geräuschreduziertes elektrisches Gebläse bereitgestellt. Der Motorhalter ist mit den ersten Öffnungen versehen. Es wird die rückseitige Abdeckung, die mit den zweiten Öffnungen ausgebildet ist, hinzugefügt. Diese wirkt mit dem Motorhalter zusammen, um den Helmholtz-Resonanzhohlraum zu bilden, wodurch das Geräusch wirksam reduziert und das elektrische Gebläse energiesparend ausgebildet wird.
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Verben wie ”umfassen”, ”aufweisen”, ”enthalten” und ”haben” sowie deren Synonyme, die in der Beschreibung und in den Ansprüchen der vorliegenden Anmeldung verwendet werden, drücken aus, dass das genannte Element oder Merkmal vorhanden ist, sie schließen jedoch nicht aus, dass auch weitere Elemente oder Merkmale vorhanden sind.
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Es versteht sich, dass bestimmte Merkmale der Erfindung, die der Übersichtlichkeit halber im Kontext einzelner Ausführungsformen beschrieben wurden, auch in einer einzigen Ausführungsform kombiniert sein können.
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Umgekehrt können verschiedene Merkmale, die der Kürze der Beschreibung halber im Kontext einer einzigen Ausführungsform beschrieben wurden, ebenso getrennt oder in zweckmäßigen Unterkombinationen vorgesehen sein können.
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Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen stellen lediglich ein Beispiel dar. Der Fachmann wird erkennen, dass innerhalb des Rahmens der Erfindung, der durch die anliegenden Ansprüche definiert ist, verschiedene weitere Modifikationen möglich sind.
