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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung an einem Prüfling mit einem Prüfvolumen, mit einer Fluidführung, einem Füllanschluss zum Beaufschlagen der Fluidführung mit einem Gasballast oder einem Vakuum, wobei der Füllanschluss in Fluidverbindung mit der Fluidführung steht, einem Füllventil zum Unterbrechen der Fluidverbindung zwischen Füllanschluss und Fluidführung, wobei das Füllventil in Fluidverbindung mit der Fluidführung und dem Füllanschluss steht, einem Prüflingsanschluss, an dem der Prüfling mit dem Prüfvolumen zur Dichtheitsprüfung anschließbar ist, wobei der Prüflingsanschluss in Fluidverbindung mit der Fluidführung steht, einem Referenzvolumen das in Fluidverbindung mit der Fluidführung steht, einem Messventil zum Unterbrechen der Fluidverbindung zwischen der Fluidführung und dem Referenzvolumen, wobei das Messventil in Fluidverbindung mit der Fluidführung und dem Referenzvolumen steht und einer Messeinrichtung zum Bestimmen der Druckreferenz zwischen der Fluidführung und dem Referenzvolumen, wobei die Messeinrichtung in Fluidverbindung mit der Fluidführung und dem Referenzvolumen steht.
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Derartige Vorrichtungen zur Dichtheitsprüfung sind im Stand der Technik in mannigfaltiger Weise bekannt. Sie dienen dazu, Leckagen, die an einem Prüfling auftreten durch eine entstehende Druckänderung zu Messen und so zu bewerten. Hierzu wird ein Prüfling mit Druck oder Vakuum beaufschlagt und die durch Leckagen entstehende Druckänderung im Prüfling über eine Messeinrichtung gegen ein Referenzvolumen der Vorrichtung, als Druckdifferenz gemessen.
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Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise Bestandteile von Lecktestern, die zum Messen und Beurteilen von Leckagen an Armaturen und Gussprodukten sowie Automotive-Produkten und Haushaltsgeräten aber auch in der Medizin, Kosmetik und Verpackungsindustrie zum Einsatz kommen. Sie kommen überall dort zum Einsatz, wo Produkte, Gase oder Fluide nicht geführt, gespeichert oder nicht eindringen dürfen.
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In derartigen Vorrichtungen zur Dichtheitsprüfung sind diverse Bauteile, wie z. B. Ventile, Messeinrichtungen, Druckregler, Fluidführungen, die auch als Schläuche angelegt sein können, wobei diese Schläuche z. B. das Referenzvolumen derartiger Vorrichtungen bilden können, oftmals zusammen in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht. Die einzelnen Bauteile der Vorrichtung sind teilweise räumlich voneinander getrennt und bestehen häufig aus unterschiedlichen Materialien. Zusätzlich zu solchen fluidführenden oder -steuernden Bauteilen weisen die dem Stand der Technik entsprechenden Vorrichtungen auch strom- und spannungführende Elemente auf, die einen thermischen Einfluss auf die übrigen Bestandteile der Vorrichtung ausüben können. Hierdurch können Temperaturgradienten innerhalb der Vorrichtung entstehen, die die Druckdifferenzmessung beeinflussen und so zu Fehlern und Verfälschungen in den Messungen und dadurch auch zu Fehlern in der Bewertung von Leckagen führen. Herrscht beispielsweise in Fluidführung und Referenzvolumen zu Beginn einer Messung der gleiche Druck, sind diese Volumina abgeschlossen, also voneinander räumlich getrennt und ändert sich nun die Temperatur in nur einem der Volumen, dann führt diese Temperaturänderung zu einer Druckänderung in einem der Volumen, woraus sich ein Druckunterschied zwischen den beiden Volumina ergibt.
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Demgegenüber ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verfälschung der mit der Vorrichtung aufgenommenen Druckdifferenz zu reduzieren.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Referenzvolumen und die Fluidführung der Vorrichtung der eingangs genannten Art jeweils mindestens einen Wandabschnitt aufweisen, wobei ein Wandabschnitt des Referenzvolumens mit einem Wandabschnitt der Fluidführung in thermischem Kontakt stehen, so dass ein Wärmeaustausch durch eine Wärmeleitung zwischen den Wandabschnitten erfolgt.
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Idee ist es, durch den thermischen Kontakt der Wandabschnitte einen Wärmeaustausch durch eine Wärmeleitung zwischen den Wandabschnitten des Referenzvolumens und der Fluidführung sicherzustellen, so dass ein Temperaturausgleich zwischen diesen Abschnitten begünstigt wird, und so eine Verfälschung bei der Messung der Druckdifferenz reduziert wird. Überraschend ist dabei, dass die thermische Kopplung zwischen Referenzvolumen und Fluidführung eine deutliche Verringerung von Messfehlern bewirkt, obwohl die Fluidführung nur einen Teil des einen Volumens bildet.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Wandabschnitt der Fluidführung und der Wandabschnitt des Referenzvolumens aus identischem Material, vorzugsweise aus einem Metall, hergestellt sind.
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Die Verwendung gleicher Materialien entspricht einer gleichen Wärmeleitfähigkeit. Dadurch wird ein Wärmeaustausch zwischen diesen Materialien zusätzlich begünstigt und es werden Wärmewiderstände bei Kontaktübergängen vermieden. Da Metalle gute Wärmeleiter sind, wird bevorzugt dieses Material für die vorliegende Erfindung verwendet. Ein Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit eignet sich somit besser für die vorliegende Erfindung als ein Material mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit.
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In einer weiteren Ausführungsform sind der Wandabschnitt der Fluidführung und der Wandabschnitt des Referenzvolumens einstückig ausgestaltet.
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Eine einstückige Ausgestaltung der Wandabschnitte begünstigt zusätzlich den Wärmeaustausch, und sie dient im Wesentlichen dazu, eine einheitliche Wärmeleitung zu unterstützen und Wärmewiderstände weiter zu reduzieren, die zum Beispiel durch Lufteinschlüsse zwischen den Wandabschnitten entstehen könnten. Zusätzlich machen sich Luftzirkulationen, die in der Vorrichtung auftreten können, und die so eine lokale Aufheizung und damit die Bildung eines Temperaturgradienten innerhalb der Vorrichtung begünstigen würden, bei einer einstückigen Ausführungsform weniger stark bemerkbar.
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In einer weiteren Ausführungsform sind zumindest ein Abschnitt der Fluidführung und ein Abschnitt des Referenzvolumens als Ausnehmungen in einem Block aus einem wärmeleitenden Material, vorzugsweise in einem Metallblock, ausgebildet, wobei Wandabschnitte der Fluidführung und Wandabschnitte des Referenzvolumens von dem Material des Blocks gebildet sind.
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Die Verwendung eines Blocks als Ausführungsform vereint die Vorteile, die eine einstückige Ausgestaltung und die Verwendung eines einzigen Materials mit sich bringen. Damit stehen die Wandabschnitte in ständigem thermischem Kontakt und es kann ein Wärmeaustausch durch Wärmeleitung stattfinden. Darüber hinaus versteht es sich von selbst, dass die Verwendung eines Blocks zusätzlich eine kompakte Bauweise der Vorrichtung begünstigt.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass Wandabschnitte der Fluidführung und Wandabschnitte des Referenzvolumens durch zylindrische Bohrungen in einem Block aus einem wärmeleitenden Material, vorzugsweise in einem Metallblock, ausgebildet sind.
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In einer weiteren Ausführungsform bildet der Block auch einen Träger zumindest für das Füllventil und das Messventil.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Belüftungsöffnung auf, wobei die Belüftungsöffnung über ein Lüftungsventil mit der Fluidführung in Fluidverbindung steht.
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Die Belüftungsöffnung und das Lüftungsventil dienen zur Belüftung von Fluidführung und Referenzvolumen, um nach einer Beaufschlagung der Fluidführung mit Druck oder Vakuum diese wieder auf Atmosphärendruck zu bringen und so den Prüfling einfacher von der Vorrichtung trennen zu können.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung zusätzlich einen Kalibrieranschluss auf, wobei der Kalibrieranschluss über ein Kalibrierventil mit der Fluidführung in Fluidverbindung steht.
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Der Kalibrieranschluss bietet die Möglichkeit ein Kalibrationsgerät an die Vorrichtung anzuschließen, um insbesondere die Messeinrichtung auf eine korrekte Anzeige zu prüfen und gegebenenfalls die Messeinrichtung anhand des Kalibrationsgerätes korrigieren zu können.
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Während die erfindungsgemäße Vorrichtung auch mit zwei Absolutdruckaufnehmem als Messeinrichtung funktionieren würde, wobei die Bildung der Differenz der Absolutdrücke zu dem Ergebnis eines Differenzdrucks führen würde, ist in einer weiteren Ausführungsform die Messeinrichtung ein Druckdifferenzaufnehmer, der mit dem Referenzvolumen und der Fluidführung in Fluidverbindung steht und unmittelbar die Druckdifferenz zwischen dem Referenzvolumen und der Fluidführung erfasst.
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Ein Druckdifferenzaufnehmer bestimmt die Differenz zweier Absolutdrücke durch Messung in einer einzigen Messeinrichtung. Hierzu kann der Druckdifferenzaufnehmer z. B. zwei Kammern aufweisen, die durch eine Membran hermetisch voneinander getrennt sind. Wenn ein Druckunterschied in den beiden Kammern auf den beiden Seiten der Membran herrscht, dann bewirkt eine Kraft eine Auslenkung der Membran in die Richtung, in die die Kraft zeigt. Die Auslenkung der Membran wiederum kann dann als Maß für die Größe der Druckdifferenz genutzt werden. Ein wesentlicher Vorteil von Druckdifferenzaufnehmern gegenüber von Absolutdruckaufnehmern besteht in Ihrer höheren Sensitivität. Ein Druckdifferenzaufnehmer besitzt in diesem Zusammenhang eine viel größere Genauigkeit für die Bestimmung einer Druckdifferenz als zwei Absolutdruckaufnehmer. Zusätzlich führt diese Ausführungsform durch Verzicht auf mehrere Messgeräte innerhalb der Vorrichtung neben einer Kostenersparnis zusätzlich zu einer Platzersparnis. Dies ist vor allen Dingen dann von Vorteil, wenn es um eine kompakte Bauweise geht.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung einen zusätzlichen Absolutdruckaufnehmer auf, der in Fluidverbindung mit der Fluidführung steht und der derart eingerichtet ist, dass er einen Absolutdruck des Fluids in der Fluidführung erfasst.
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Durch den zusätzlichen Absolutdruckaufnehmer können sowohl die erfindungsgemäße Vorrichtung als auch der Prüfling, die mit Druck oder Vakuum beaufschlagt werden, vor einer Beaufschlagung mit zu viel Druck oder Vakuum bewahrt werden, um so ein Bersten des Prüflings oder sogar der Vorrichtung zu vermeiden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung einen Druckregler auf, der in Fluidverbindung mit dem Füllventil und dem Füllanschluss steht und zwischen diesen angeordnet ist.
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Der Druckregler dient im Wesentlichen dazu, das Bersten des Prüflings oder der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu verhindern. Hierzu sind in einer Ausführungsform der Druckregler und der Absolutdruckaufnehmer wirksam verbunden, wobei der Druckregler bei zu großem oder niedrigem Druck eine Anpassung des Druckes vornimmt.
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In einer weiteren Ausführungsform bildet der Block einen Träger für mindestens eins der Elemente einer Gruppe bestehend aus dem Belüftungsventil, dem Kalibrierventil, dem Messventil, dem Belüftungsventil, dem Füllventil, dem Druckregler und dem Druckdifferenzaufnehmer. Darüber hinaus kann der Block z. B. auch einen Prüflingsanschluss, einen Füllanschluss sowie weitere Anschlüsse zum Führen des Fluids aufweisen.
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Vorzugsweise ist die Vorrichtung für Prüfvolumen von 0,5 l oder weniger eingerichtet.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Vorrichtung eine Kombination aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung, so wie sie in Ausführungsformen davon zuvor beschrieben wurde, und einem Prüfling mit einem Prüfvolumen von 0,5 l oder weniger.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen davon sowie der dazugehörigen Figuren deutlich.
- 1 zeigt das schematische Schaltbild einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung mit zwei in thermischem Kontakt stehenden Wandabschnitten.
- 2 zeigt das schematische Schaltbild einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung mit einstückig verbauten Wandabschnitten.
- 3 zeigt eine teilweise transparente Seitenansicht eines Blocks, in dem Abschnitte der Fluidführung und des Referenzvolumens als zylindrische Bohrungen ausgebildet sind.
- 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung mit einer Belüftungsöffnung und einem Belüftungsventil.
- 5 zeigt eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung mit einem Kalibrieranschluss und einem Kalibrierventil.
- 6 zeigt eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung mit einem Absolutdruckaufnehmer.
- 7 zeigt eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung mit einem Druckregler.
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In den Figuren sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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1 zeigt zunächst schematisch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, die im Wesentlichen aus einer Fluidführung 4, einem Füllanschluss 5, einem Füllventil 6, einem Prüflingsanschluss 7, einem Referenzvolumen 8, einem Messventil 9 und einer Messeinrichtung 10 besteht. An dem Prüflingsanschluss 7 ist ein Prüfling 2 mit einem Prüfvolumen 3 angeschlossen. In dieser ersten Ausführungsform stehen anders als im Stand der Technik ein Wandabschnitt 12 des Referenzvolumens 8 und ein Wandabschnitt 13 der Fluidführung 4 in thermischem Kontakt miteinander, sodass eine Wärmeleitung und damit ein Wärmeaustausch zwischen den Wandabschnitten 12, 13 erfolgen kann. In der dargestellten Ausführungsform können die Wandabschnitte 12, 13 mehrstückig ausgestaltet sein. Wichtig in diesem Zusammenhang ist lediglich der thermische Kontakt zwischen den Wandabschnitten 12, 13, um eine Wärmeleitung und so einen effizienten Wärmeaustausch zwischen den Wandabschnitten 12, 13 zu begünstigen.
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Um eine Dichtheitsprüfung mit dieser ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 vorzunehmen, wird zunächst bei geöffnetem Füllventil 6 und Messventil 9 die Fluidführung 4 und das Referenzvolumen 8, das in Fluidverbindung mit der Fluidführung 4 steht, mit einem Gasballast über den Füllanschluss 5 beaufschlagt. Ist die Beaufschlagung erfolgt, wird zunächst das Füllventil 6 geschlossen, damit in dem gesamten Volumen, Referenzvolumen 8 und Fluidführung 4, ein gleicher Druck herrscht. Die Messeinrichtung zeigt zu diesem Zeitpunkt keine Druckdifferenz an. Wird nun das Messventil 9 geschlossen, so wird die Fluidverbindung zwischen Referenzvolumen 8 und Fluidführung 4 unterbrochen und der Druck im Referenzvolumen 8 definiert. Ausgehend von diesem Zeitpunkt machen sich Leckagen im Prüfling 2 mit dem Prüfvolumen 3 bemerkbar, indem es zu einem Druckunterschied zwischen der Fluidführung 4 und dem Referenzvolumen 8 kommt, wobei nun der Druckunterschied von der Messeinrichtung 10 erfasst wird.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Diese unterscheidet sich von der in 1 gezeigten Ausführungsform dadurch, dass die Wandabschnitte 12, 13 einstückig ausgestaltet sind. Dies hat zur Folge, dass die Wandabschnitte 12, 13 immer in thermischem Kontakt zueinander stehen, und die Wandabschnitte 12, 13 aus gleichem Material gefertigt sind.
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In 3 ist ein Block 15 dargestellt, der als Realisierung des Referenzvolumens 8 und eines wesentlichen Teils der Fluidführung 4 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 dient. Der Block 15 besteht hierbei aus Aluminium, in dem zylindrische Bohrungen 16 vorhanden sind, die das Referenzvolumen 8, einen wesentlichen Teil der Fluidführung 4 und weitere Anschlüsse bilden. In dieser Ausführungsform weist der Block 15 nicht nur das Referenzvolumen 8 und einen wesentlichen Teil der Fluidführung 4 auf, sondern dient gleichzeitig als Träger für das Füllventil 6 und das Messventil 9. Es versteht sich, dass in diesem Fall der Block 15 über einen Füllventilanschluss 23, der nach Einsetzen des Füllventils 6, den Füllanschluss 5 mit der Fluidführung 4 verbindet, und einen Messventilanschluss 24 verfügt, der nach Einsetzen des Messventils 9 die Fluidführung 4 mit dem Referenzvolumen 8 verbindet. Darüber hinaus weist der Block 15 in der dargestellten Ausführungsform auch einen Messeinrichtungsanschluss 25 auf, um die Messeinrichtung 10 mit dem Block 15 in Verbindung zu bringen, sowie Eingänge und Ausgänge für die Fluidführung 4 in Form des Füllanschlusses 5 und des Prüflingsanschlusses 7.
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4 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit, gegenüber der in 2 dargestellten Ausführungsform, zusätzlichem Lüftungsanschluss 17 und Lüftungsventil 18. Mithilfe des Lüftungsanschlusses 17 und Lüftungsventils 18 kann nach Beendigung der Dichtheitsprüfung durch Öffnen des Lüftungsventils 18 die Vorrichtung 1 mit dem Prüfling 2 mit Atmosphärendruck beaufschlagt werden, um so den Prüfling einfacher und gefahrenfrei von der Vorrichtung 1 zu trennen.
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In 5 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 dargestellt. Diese unterscheidet sich von der in 4 dargestellten Ausführungsform lediglich durch einen zusätzlichen Kalibrieranschluss 19 und ein zusätzliches Kalibrierventil 20. Hierdurch wird es möglich, ein Kalibrationsgerät an den Kalibrieranschluss 19 anzuschließen und eine Kalibrierung der Vorrichtung 1 vorzunehmen. So wird die Vorrichtung 1 kontrolliert und gegebenenfalls korrigiert.
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In 6 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 dargestellt. Diese unterscheidet sich von 5 lediglich durch einen zusätzlichen Absolutdruckaufnehmer 21. Der Absolutdruckaufnehmer 21 gibt den Absolutdruck innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 an, wodurch ein zu hohes Beaufschlagen des Prüflings 2 und der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit Vakuum oder Druck vermieden werden kann.
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7 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, wobei der Unterschied zu 6 darin besteht, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung zusätzlich einen Druckregler 22 aufweist. Der Druckregler 22 regelt in Zusammenwirken mit dem Absolutdruckaufnehmer den Druck innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung und kann so, ohne das Eingreifen einer Person, ein zu hohes Beaufschlagen des Prüflings und der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit Vakuum oder Druck vermeiden.
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Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarerer Merkmalskombinationen wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.
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Während die Erfindung im Detail in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung dargestellt und beschreiben wurde, erfolgt diese Darstellung und Beschreibung lediglich beispielhaft und ist nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht, so wie er durch die Ansprüche definiert wird. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt.
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Abwandlungen der offenbarten Ausführungsformen sind für den Fachmann aus den Zeichnungen, der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen offensichtlich. In den Ansprüchen schließt das Wort „aufweisen“ nicht andere Elemente oder Schritte aus, und der unbestimmte Artikel „eine“ oder „ein“ schließt eine Mehrzahl nicht aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in unterschiedlichen Ansprüchen beansprucht sind, schließt ihre Kombination nicht aus. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung
- 2
- Prüfling
- 3
- Prüfvolumen
- 4
- Fluidführung
- 5
- Füllanschluss
- 6
- Füllventil
- 7
- Prüflingsanschluss
- 8
- Referenzvolumen
- 9
- Messventil
- 10
- Messeinrichtung
- 12
- Wandabschnitt (des Referenzvolumens)
- 13
- Wandabschnitt (der Fluidführung)
- 14
- Ausnehmung
- 15
- Block
- 16
- zylindrische Bohrung
- 17
- Belüftungsöffnung
- 18
- Lüftungsventil
- 19
- Kalibrieranschluss
- 20
- Kalibrierventil
- 21
- Absolutdruckaufnehmer
- 22
- Druckregler
- 23
- Füllventilanschluss
- 24
- Messventilanschluss
- 25
- Messeinrichtungsanschluss
