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GEBIET DER ERFINDUNG
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Vorliegende Erfindung betrifft eine Mehrwege-Scheibenventilanordnung, die zur Verwendung bei Kühlfluidsteuersystemen in Fahrzeugen geeignet ist, jedoch nicht notwendigerweise ausschließlich. Die Erfindung betrifft ferner ein Mehrwege-Scheibenventilsystem und ein Verfahren für die Montage eines solchen Mehrwege-Scheibenventilsystems.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Will man auf kompakte Weise Mehrwegventile zum selektiven Steuern eines Fluidstroms rund um ein System schaffen, sind die verfügbaren Optionen derzeit begrenzt. Es sind zwar Mehrwegkugelventile erhältlich, doch diese sind sperrig und relativ teuer in der Herstellung, da sie eine hohe Präzision erfordern, um eine fluiddichte Abdichtung zu schaffen.
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Außerdem erfordern solche Kugelventilanordnungen eine Mehrzahl von Aktuatoren, damit jede Ventilkugel individuell gesteuert werden kann. Die Herstellung einer solchen Vorrichtung wird dadurch noch komplexer.
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Ferner müssen bestehende Mehrwegventile als einzelne Einheit hergestellt werden, um für eine geeignete Fluiddichtigkeit zu sorgen. Der Nutzen von Mehrwegventilen wird dadurch eingeschränkt, weil für jede einzelne Anwendung eine individuelle Ventilanordnung geschaffen werden muss.
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Da die Kühlanordnungen speziell im Automobilbereich immer komplizierter werden, vor allem bei Hybridfahrzeugen, die zum Beispiel eine zusätzliche Kühlung für Batterien erfordern, ist der Bedarf an wirtschaftlichen und einfachen Mehrwege-Ventilanordnungen entsprechend groß.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mehrwege-Scheibenventilanordnung zu schaffen, mit welcher die vorgenannten Probleme beseitigt werden können.
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ÜBERSICHT
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Mehrwege-Scheibenventilanordnung angegeben, umfassend: eine erste Einlasskammer mit einer ersten Einlassöffnung; eine zweite Einlasskammer mit einer zweiten Einlassöffnung; einen Mehrwege-Mischkammerkörper mit wenigstens einer ersten Kammeröffnung, die mit der ersten Einlasskammer in Fluidverbindung gesetzt werden kann, und wenigstens einer zweiten Kammeröffnung, die mit der zweiten Einlasskammer in Fluidverbindung gesetzt werden kann, wobei der Mehrwege-Mischkammerkörper eine Mehrzahl von Auslassöffnungen hat; eine erste Scheibenventil-Untereinheit, die zwischen der ersten Einlasskammer und dem Mehrwege-Mischkammerkörper positioniert ist, wobei die erste Scheibenventil-Untereinheit eine erste bewegliche Scheibe umfasst; und eine zweite Scheibenventil-Untereinheit, die zwischen der zweiten Einlasskammer und dem Mehrwege-Mischkammerkörper positioniert ist, wobei die zweite Scheibenventil-Untereinheit eine zweite bewegliche Scheibe umfasst; wobei die erste und die zweite bewegliche Scheibe drehbar sind, um jeweils einen Fluiddurchflussweg von der ersten Einlasskammer zu dem Mehrwege-Mischkammerkörper und einen Fluiddurchflussweg von der zweiten Einlasskammer zu dem Mehrwege-Mischkammerkörper zu ändern.
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Eine Scheibenventilanordnung ist typischerweise weniger teuer und ist beständiger als eine äquivalente Kugelventilanordnung. Jedoch erschwert die Struktur von Scheibenventilen deren Aufstockung für eine Mehrwege-Abzweigung eines Fluids durch ein System hindurch, so dass derzeit nur einstufige Scheibenventile erhältlich sind. Im Zuge der vorliegenden Erfindung hat man festgestellt, dass eine modifizierte zentrale Mischkammerstruktur bei Benutzung von Scheibenventilen einen Mehrwege-Einlass ermöglicht. Die beweglichen Scheiben können verdreht werden, um eine selektive Steuerung des Fluidstroms zu erzielen.
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Optional kann sich eine relative Konfiguration zwischen der ersten beweglichen Scheibe und der oder jeder ersten Kammeröffnung von einer relativen Konfiguration zwischen der zweiten beweglichen Scheibe und der oder jeder Kammeröffnung unterscheiden.
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Vorzugsweise kann die erste Scheibenventil-Untereinheit ein erstes Dichtungselement umfassen, das eine an die oder jede erste Kammeröffnung angepasste Form aufweist, wobei das erste Dichtungselement zwischen der ersten beweglichen Scheibe und dem Mehrwege-Mischkammerkörper positioniert ist.
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Das erste Dichtungselement kann eine erste statische Platte aufweisen, der gegenüber die erste bewegliche Scheibe drehbar ist.
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Die erste statische Platte kann als Scheibe mit wenigstens einer Öffnung ausgebildet sein, die an die oder jede erste Kammeröffnung angepasst ist.
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Die zweite Scheibenventil-Untereinheit kann ein zweites Dichtungselement umfassen, dessen Form an die oder jede zweite Kammeröffnung angepasst ist, wobei das zweite Dichtungselement zwischen der zweiten beweglichen Scheibe und dem Mehrwege-Mischkammerkörper positioniert ist.
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Vorzugsweise kann das zweite Dichtungselement eine zweite statische Platte aufweisen, der gegenüber die zweite bewegliche Scheibe drehbar ist.
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Die zweite statische Platte kann als Scheibe mit wenigstens einer Öffnung ausgebildet sein, die an die oder jede zweite Kammeröffnung angepasst ist.
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Das vorgesehene, an die Kammeröffnungen angepasste Dichtungselement stellt sicher, dass kein Fluid aus der ersten oder zweiten Einlasskammer in die falsche Auslasskammer austritt. Für ein unter Druck stehendes Fluid kann das von wesentlicher Bedeutung sein. Der einfachste Weg für die Konstruktion einer solchen Anordnung wäre, eine statische Scheibe als Teil jeder Scheibenventil-Untereinheit vorzusehen, die das Dichtungselement gegen den Mehrwege-Mischkammerkörper zusammendrücken kann und dabei eine ebene Fläche bereitstellt, der gegenüber die bewegliche Scheibe frei drehbar ist.
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Optional kann zumindest eine von erster und zweiter beweglicher Scheibe von einer Viertelkreisöffnung durchgriffen sein.
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Eine Viertelkreisöffnung bietet die Option einer Vierwege-Durchflusssteuerung durch jedes der Enden des Mehrwege-Mischkammerkörpers. Dadurch lassen sich die komplexen Durchflussweg-Konfigurationen gemäß vorliegender Erfindung erzielen.
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In einer Ausführungsform kann der Mehrwege-Mischkammerkörper zwei Auslassöffnungen aufweisen.
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Eine Anordnung mit zwei Auslassöffnungen ermöglicht die Bildung einer Vierwege-Mischanordnung, welche eine bewährte Anordnung in der Ventilkugel von Kugelventilanordnungen ist.
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In einer alternativen Ausführungsform kann der Mehrwege-Mischkammerkörper drei solche Auslassöffnungen aufweisen.
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Vorzugsweise kann ein erstes Ende des Mehrwege-Mischkammerkörpers drei erste Kammeröffnungen aufweisen, korrespondierend zu den drei Auslassöffnungen, wobei ein zweites Ende des Mehrwege-Mischkammerkörpers zwei zweite Kammeröffnungen aufweisen kann, korrespondierend zu zwei der drei genannten Auslassöffnungen.
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Eine Anordnung mit drei Auslassöffnungen ist ebenfalls eine bewährte Anordnung, die in Kugelventilausbildungen verwendet wird und insbesondere in der Hybridfahrzeugtechnologie, in der ein Kühlfluid für mindestens drei Komponenten des Kühlsystems notwendig ist. Die spezielle Anordnung der Fünfwege-Mischanordnung kann zu divergierenden Strömen und zu gemischten Strömen führen, mit denen sich Verstärkungen der Druckbeaufschlagung erzielen lassen, die für einen erfolgreichen Betrieb des Systems gegebenenfalls notwendig sind.
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Vorzugsweise können die erste Einlasskammer, der Mehrwege-Mischkammerkörper und die zweite Einlasskammer in einer gestapelten Konfiguration vorgesehen sein.
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Eine gestapelte Konfiguration ist in erster Linie zweckmäßig für die Schaffung einer raumsparenden Vorrichtung, die sich ohne Weiteres in bestehende Anwendungen integrieren lässt. Ferner erlaubt sie den sofortigen Austausch der zentralen Mischkammereinheit als Teil eines modularen Systems, wodurch die Herstellungskosten reduziert werden können, da lediglich diese Komponente ausgetauscht werden muss, um eine maßgeschneiderte Fluidstromkonfiguiration bereitzustellen.
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Die Anordnung kann ferner eine Welle umfassen, die sich mit der ersten und der zweiten beweglichen Scheibe im Eingriff befindet, um deren gleichzeitige Drehung zu ermöglichen.
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Die Mehrwege-Scheibenventilanordnung kann vorzugsweise ferner einen Aktuator umfassen, der vorzugsweise über die Welle sowohl mit der ersten als auch der zweiten beweglichen Scheibe antriebsmäßig verbunden ist, wobei der Aktuator ein bürstenloser Gleichstrommotor sein kann.
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Eine gleichzeitige Drehung der beweglichen Scheiben hat den Vorteil, dass die bei entsprechenden Kugelventilanordnungen ansonsten notwendigen unabhängigen Aktuatoren für jede bewegliche Scheibe entfallen. Es kann eine Welle verwendet werden, um die komplexen Durchflussweg-Anordnungen zu schaffen, wobei die Welle durch einen Aktuator angetrieben wird. Dadurch reduzieren sich die Kosten und die Komplexität der Mehrwege-Scheibenventilanordnung.
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Vorzugsweise kann der Mehrwege-Mischkammerkörper eine Wellenaufnahmebohrung für die Aufnahme der sich durch den Mischkammerkörper erstreckenden Welle aufweisen.
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Das Vorsehen einer zentralen Bohrung durch den Mehrwege-Mischkammerkörper verbessert nicht nur die Abstützung der Welle am Ort, sondern ist auch hilfreich bei der vorteilhaften Stapelung der Anordnung.
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Die Anordnung kann ein mehrteiliges Ventilgehäuse umfassen, wobei ein erster Ventilgehäuseteil für die erste Einlasskammer, ein zweiter Ventilgehäuseteil für die zweite Einlasskammer und ein dritter Ventilgehäuseteil für den Mehrwege-Mischkammerkörper vorgesehen ist.
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Die Verwendung eines mehrteiligen Gehäuses verbessert auch die Möglichkeit der Modularisierung der Anordnung, indem sie den wahlweisen Einsatz eines geeigneten Mehrwege-Mischkammerkörpers erlaubt, ohne dass für jedes neue System die Einlasskammern ausgetauscht werden müssen.
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Die erste bewegliche Scheibe und die zweite bewegliche Scheibe können optional jeweils aus einem Keramikmaterial hergestellt sein.
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Der Mehrwege-Mischkammerkörper kann eine Mehrzahl von Kammerkörperbereichen aufweisen, die nicht in Fluidverbindung gesetzt werden können.
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Die Verwendung von Körperbereichen, die nicht in Fluidverbindung gesetzt werden können, verbessert die Beständigkeit der Anordnung gegen Leckagen zwischen den verschiedenen Durchflusswegen, die definiert werden, wenn sich die beweglichen Scheiben drehen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Mehrwege-Scheibenventilsystem bereitgestellt, umfassend: eine erste Einlasskammer mit einer ersten Einlassöffnung; eine zweite Einlasskammer mit einer zweiten Einlassöffnung; eine Mischkammereinheit umfassend: einen Mehrwege-Mischkammerkörper mit wenigstens einer ersten Kammeröffnung, die mit der ersten Einlasskammer in Fluidverbindung gesetzt werden kann, und wenigstens einer zweiten Kammeröffnung, die mit der zweiten Einlasskammer in Fluidverbindung gesetzt werden kann, wobei der Mehrwege-Mischkammerkörper eine Mehrzahl von Auslassöffnungen hat; eine erste Scheibenventil-Untereinheit, die zwischen der ersten Einlasskammer und dem Mehrwege-Mischkammerkörper positioniert ist, wobei die erste Scheibenventil-Untereinheit eine erste bewegliche Scheibe umfasst; eine zweite Scheibenventil-Untereinheit, die zwischen der zweiten Einlasskammer und dem Mehrwege-Mischkammerkörper positioniert ist, wobei die zweite Scheibenventil-Untereinheit eine zweite bewegliche Scheibe umfasst; und eine Antriebsübertragungseinrichtung, die sich mit der ersten und der zweiten beweglichen Scheibe in Eingriff befindet; und einen Aktuator, der antriebsmäßig mit der Antriebsübertragungseinrichtung verbunden ist; wobei die erste und die zweite bewegliche Scheibe jeweils einen Fluiddurchflussweg von der ersten Einlasskammer zum dem Mehrwege-Mischkammerkörper und einen Fluiddurchflussweg von der zweiten Einlasskammer zu dem Mehrwege-Mischkammerkörper ändern.
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Vorzugsweise kann die Mischkammereinheit mit der ersten und der zweiten Einlasskammer derart in Fluidverbindung gesetzt werden, dass sich eine relative Konfiguration zwischen der ersten beweglichen Scheibe und der oder jeder ersten Kammeröffnung von einer relativen Konfiguration zwischen der zweiten beweglichen Scheibe und der oder jeder zweiten Kammeröffnung unterscheidet, wenn die Antriebsübertragungseinrichtung durch den Aktuator angetrieben wird.
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Ein System mit einem einzigen Aktuator, der für den Antrieb beider beweglicher Scheiben geeignet ist und bei welchem eine komplexe Beziehung zwischen den Kammeröffnungen des Mehrwege-Mischkammerkörpers und der ersten und der zweiten beweglichen Scheibe besteht, sorgt für einen kosteneffizienten und dauerhaften Mechanismus, durch welchen sich ein variables Fluidsteuersystem erreichen lässt, das sich insbesondere für die Verwendung in Fahrzeugen eignet, speziell in Elektrofahrzeugen und/oder Hybrid-Elektrofahrzeugen, die eine Kühlung vieler Komponenten erfordern.
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Es kann eine Mehrzahl von verschiedenen dieser Mischkammereinheiten vorgesehen sein, wobei jede Mischkammereinheit selektiv mit der ersten und der zweiten Einlasskammer in Fluidverbindung gesetzt werden kann, um verschiedene Durchflussweg-Konfigurationen zwischen der ersten Einlasskammer und dem Mehrwege-Mischkammerkörper und zwischen der zweiten Einlasskammer und dem Mehrwege-Mischkammerkörper bereitzustellen.
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Ein wählbarer Eingriff eines Normsatzes von Einlasskammern mit einer gewünschten Konfiguration einer Mehrwege-Mischkammer verringert auf vorteilhafte Weise die Kosten für die Herstellung der Scheibenventilanordnung, da ein geringerer Prozentsatz der Komponenten der Anordnung eigens für die Anwendung ausgebildet werden muss.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren für die Montage eines Mehrwege-Scheibenventilsystems vorzugsweise gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung angegeben, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a] das Ineingriffbringen der ersten Einlasskammer an dem ersten Ende des Mehrwege-Mischkammerkörpers der Mischkammereinheit; b] das Ineingriffbringen der zweiten Einlasskammer an dem zweiten Ende des Mehrwege-Mischkammerkörpers der Mischkammereinheit; c] das Verbinden der Welle mit dem Aktuator; und d] das Zusammenhalten des Aktuators, der ersten Einlasskammer, der Mischkammereinheit und der zweiten Einlasskammer über ein Ventilgehäuse.
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Die Montage eines modularen Mehrwege-Scheibenventilsystems, bei welchem die zentrale Einheit mit standardisierten Einlasskammern hergestellt und montiert werden kann, verringert die Komplexität der Herstellung eines individuell angepassten Scheibenventilsystems, insbesondere für ein Fahrzeugkühlsystem.
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Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird eine Mehrwege-Scheibenventilanordnung angegeben, umfassend: eine erste Einlasskammer mit einer ersten Einlassöffnung; eine zweite Einlasskammer mit einer zweiten Einlassöffnung; einen Mehrwege-Mischkammerkörper mit wenigstens einer ersten Kammeröffnung, die mit der ersten Einlasskammer in Fluidverbindung gesetzt werden kann, und wenigstens einer zweiten Kammeröffnung, die mit der zweiten Einlasskammer in Fluidverbindung gesetzt werden kann; wobei der Mehrwege-Mischkammerkörper eine Mehrzahl von Auslassöffnungen hat; eine erste Scheibenventil-Untereinheit, die zwischen der ersten Einlasskammer und dem Mehrwege-Mischkammerkörper positioniert ist, wobei die erste Scheibenventil-Untereinheit ein erste statische Scheibe und eine erste bewegliche Scheibe umfasst, wobei die erste bewegliche Scheibe relativ zu der ersten statischen Scheibe drehbar ist; eine zweite Scheibenventil-Untereinheit, die zwischen der zweiten Einlasskammer und dem Mehrwege-Mischkammerkörper positioniert ist, wobei die zweite Scheibenventil-Untereinheit eine zweite statische Scheibe und eine zweite bewegliche Scheibe umfasst, wobei die zweite bewegliche Scheibe relativ zu der zweiten statischen Scheibe drehbar ist; und eine Welle, die sich mit der ersten und der zweiten beweglichen Scheibe in Eingriff befindet, wobei die Welle antreibbar ist für eine gleichzeitige Drehung der ersten und der zweiten beweglichen Scheibe, um jeweils einen Fluiddurchflussweg von der ersten Einlasskammer zu dem Mehrwege-Mischkammerkörper und einen Fluiddurchflussweg von der zweiten Einlasskammer zum dem Mehrwege-Mischkammerkörper zu ändern.
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Die Anordnung kann ferner einen Aktuator umfassen, der sowohl mit der ersten als auch der zweiten beweglichen Scheibe antriebsmäßig verbunden ist.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Beispiels beschrieben, wobei auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird.
- 1 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer Mehrwege-Scheibenventilanordnung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung;
- 2a zeigt eine Seitenansicht eines Mehrwege-Scheibenventilsystems gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, mit Verwendung der Mehrwege-Scheibenventilanordnung von 1;
- 2b zeigt in einer weiteren schematischen Darstellung das Mehrwege-Scheibenventilsystem von 2a entlang der Linie A-A;
- 3 ist eine schematische Darstellung der Ausrichtung zwischen den ersten und zweiten beweglichen und statischen Scheiben der Mehrwege-Scheibenventilanordnung von 1, wobei in der Bildmitte eine auseinandergezogene Darstellung der Kammern und Kammeröffnungen des Mehrwege-Mischkammerkörpers dargestellt ist, wobei die oberen Kreise in 3 die erste bewegliche Scheibe und statische Scheibe bei Betrachtung von einem ersten Ende des Mehrwege-Mischkammerkörpers zeigen und die unteren Kreise die zweite bewegliche Scheibe und statische Scheibe bei Betrachtung von dem ersten Ende des Mehrwege-Mischkammerkörpers zeigen; und
- 4 ist eine schematische Darstellung eines Durchflusses durch den Mehrwege-Mischkammerkörper basierend auf der in 3 gezeigten Ausrichtung der ersten und der zweiten beweglichen und statischen Scheiben.
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DETAILBESCHREIBUNG
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Es wird auf 1 Bezug genommen. Eine allgemein mit Bezugsziffer 10 gekennzeichnete Mehrwege-Scheibenventilanordnung eignet sich insbesondere für die Durchflussregelung eines Kühlfluides bei Fahrzeugen, speziell bei Hybrid- oder Elektrofahrzeugen, bei denen das Kühlfluid während des Betriebs des Fahrzeugs auf viele verschiedene Systeme verteilt werden muss, zum Beispiel auf die Batterie, auf das elektronische Steuersystem usw.
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Die Mehrwege-Scheibenventilanordnung 10 umfasst eine erste und eine zweite Einlasskammer 12a, 12b mit jeweils einer Einlassöffnung 14a, 14b, über welche ein Fluid jeweils in die erste und in die zweite Einlasskammer 12a, 12b geleitet werden kann. Diese Komponenten können gemeinsame Komponenten jeder Mehrwege-Scheibenventilanordnung 10 sein, die erfindungsgemäß ausgebildet ist.
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Die zentralen Komponenten, die zwischen der ersten und der zweiten Einlasskammer 12a, 12b positioniert sind, können kollektiv als Mischkammereinheit 16 angesehen werden und können abhängig von der Anwendung der Mehrwege-Scheibenventilanordnung 10 individuell gestaltet sein. Aus diesem Grund besteht die Mehrwege-Scheibenventilanordnung 10 aus einer Mehrzahl von Modulen, die austauschbar und/oder selektiv austauschbar sind, wobei sich die Mischkammereinheit 16 für die unterschiedlichen Verwendungen der Mehrwege-Scheibenventilanordnung 10 jeweils unterscheidet.
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Die Mischkammereinheit 16 umfasst einen Mehrwege-Mischkammerkörper 18, der eine Mehrzahl von Auslassöffnungen 20x, 20y, 20z aufweist. Wie in 1 gezeigt ist, sind in der vorliegenden Anordnung drei Ausgangsöffnungen 20x, 20y, 20z vorgesehen, die eine Fünfwege-Mehrscheibenventilanordnung 10 bilden. Selbstverständlich sind alternative Anordnungen möglich. Besonders zweckmäßig ist zum Beispiel eine Vierwege-Mehrscheibenventilanordnung, bei welcher der Mehrwege-Mischkammerkörper nur zwei Auslassöffnungen hat, aber den Bedürfnissen entsprechend aufgerüstet werden kann. Insbesondere lassen sich ohne Weiteres eine Sechswege-Anordnung mit vier Auslassöffnungen und eine Siebenwege-Anordnung mit fünf Auslassöffnungen erzielen, und es sind auch Anordnungen möglich, die sogar noch mehr Auslassöffnungen besitzen. Ferner ließen sich Anordnungen mit mehr als zwei Einlassöffnungen schaffen, wenn das System aufrüstbar sein soll.
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Der Mehrwege-Mischkammerkörper 18 hat ein erstes und ein zweites Ende 22a, 22b, die jeweils der ersten und der zweiten Einlasskammer 12a, 12b zugeordnet sind. Das erste und das zweite Ende 22a, 22b sind jeweils einer Mehrzahl von Kammeröffnungen zugeordnet, die jeweils mit Auslasskammern des Mehrwege-Mischkammerkörpers 18 in Verbindung gesetzt werden können.
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Der Mehrwege-Mischkammerkörper 18 umfasst hier eine Mehrzahl von Kammerkörperbereichen, die nicht in Fluidverbindung gesetzt werden können und die drei Auslasskammern 24x, 24y, 24z der vorliegenden Anordnung umfassen, korrespondierend zu den drei Auslassöffnungen 20x, 20y, 20z. Es ist auch eine Wellenaufnahmebohrung 26 vorgesehen, die sich durch die Mitte des Mehrwege-Mischkammerkörpers 18 erstreckt.
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Die erste Auslasskammer 24x hat hier eine einzige obere Kammeröffnung 28x - am besten in dem Bild von 3 erkennbar - die an dem ersten Ende 22a des Mehrwege-Mischkammerkörpers positioniert ist. Solchermaßen kann das Fluid nur aus der ersten Einlassöffnung 14a durch die erste Auslassöffnung 20X gelenkt werden, vorausgesetzt, der dazwischenliegende Durchflussweg ist unverschlossen. Die Kammeröffnung 28x kann zum Beispiel als Viertelkreis ausgebildet sein.
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Die zweite Auslasskammer 24y hat hier eine obere und eine untere Kammeröffnung 28y, 30y, die jeweils an dem ersten und dem zweiten Ende 22a, 22b des Mehrwege-Mischkammerkörpers positioniert sind. Die obere und die untere Kammeröffnung 28y, 30y haben vorzugsweise verschiedene Abmessungen, wobei die obere Kammeröffnung 28y als Halbkreis und die untere Kammeröffnung 30y als Viertelkreis ausgebildet ist.
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Die dritte Auslasskammer 24z hat ebenfalls eine obere und eine untere Kammeröffnung 28z, 30z, die jeweils an dem ersten und dem zweiten Ende 22a, 22b des Mehrwege-Mischkammerkörpers positioniert sind. Die obere und die untere Kammeröffnung 28z, 30z haben wiederum verschiedene Abmessungen, wobei die obere Kammeröffnung 28z als Viertelkreis und die untere Kammeröffnung 30z als Dreiviertelkreis ausgebildet ist.
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Das wahlweise Öffnen und Schließen der Kammeröffnungen 28x, 28y, 28z, 30y, 30z erlaubt eine Änderung der Durchflusswege des Fluids durch den Mehrwege-Mischkammerkörper 18 von der ersten und der zweiten Einlasskammer 12a, 12b. Dies lässt sich durch die Verwendung von Scheibenventilen erreichen.
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Es ist eine erste Scheibenventil-Untereinheit 32a vorgesehen, die wenigstens eine bewegliche Scheibe 34a umfasst, deren Scheibenkörper 36a von wenigstens einer Öffnung 38a durchgriffen ist. Die erste Scheibenventil-Untereinheit 32a ist zwischen der ersten Einlasskammer 12a und dem ersten Ende 22a des Mehrwege-Mischkammerkörpers 18 positionierbar, so dass der Fluidstrom in die drei oberen Kammeröffnungen 28x, 28y, 28z geändert werden kann.
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Die erste Scheibenventil-Untereinheit 32a umfasst vorzugsweise auch eine statische Platte, der gegenüber sich die erste bewegliche Scheibe 34a drehen kann und die vorzugsweise als erste statische Scheibe 40a mit einer Mehrzahl von Öffnungen 42a ausgebildet ist, die an die Konfiguration der oberen Kammeröffnungen 28x, 28y, 28z angepasst sind. Es wird auch bevorzugt, dass ein erstes Dichtungselement 44a vorgesehen ist, das eine Leckage zwischen der ersten beweglichen Scheibe 34a und dem Mehrwege-Mischkammerkörper 18 verhindert, dessen Öffnungskonfiguration jener der ersten statischen Scheibe 40a entspricht.
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Es ist auch eine zweite Scheibenventil-Untereinheit 32b vorgesehen, die wenigstens eine zweite bewegliche Scheibe 34b mit einem Scheibenkörper 36b aufweist, der von wenigstens einer Öffnung 38b durchgriffen ist. Die zweite bewegliche Scheibe 34b hat bevorzugt eine Form, die mit der Form der ersten beweglichen Scheibe 34a identisch ist. Die zweite Scheibenventil-Untereinheit 32b ist zwischen der zweiten Einlasskammer 12b und dem zweiten Ende 22b des Mehrwege-Mischkammerkörpers 18 positionierbar, um eine Änderung des Fluidstroms in die beiden unteren Kammeröffnungen 30y, 30z zu ermöglichen.
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Die zweite Scheibenventil-Untereinheit 32b umfasst vorzugsweise ebenfalls eine statische Platte, der gegenüber die zweite bewegliche Scheibe 34b drehbar ist, wobei die statische Platte vorzugsweise als zweite statische Scheibe 40b mit einer Mehrzahl von Öffnungen 42b ausgebildet ist, die an die Konfiguration der unteren Kammeröffnungen 30y, 30z angepasst sind. Ebenfalls bevorzugt wird, dass ein zweites Dichtungselement 44b vorgesehen ist, das eine Leckage zwischen der zweiten beweglichen Scheibe 34b und dem Mehrwege-Mischkammerkörper 18 verhindert und das vorzugsweise zwischen der zweiten statischen Scheibe 40b und dem Mehrwege-Mischkammerkörper 18 positioniert ist und eine Öffnungskonfiguration aufweist, die jener der zweiten statischen Scheibe 40b entspricht.
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Die erste und die zweite bewegliche Scheibe 34a, 34b können vorzugsweise jeweils aus einem Keramikmaterial hergestellt sein. Die erste und die zweite statische Scheibe 40a, 40b können ebenfalls aus einem Material hergestellt sein, das ein ähnliches Material oder das gleiche Material wie das Material der ersten und der zweiten beweglichen Scheibe 34a, 34b ist.
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Das erste und das zweite Dichtungselement 44a, 44b können vorzugsweise aus einem flexiblen oder elastischen Dichtungsmaterial wie Gummi oder ein Elastomermaterial bestehen und können ein Positionierelement 46a, 46b aufweisen, welches das Dichtungselement 44a, 44b gegenüber der jeweiligen statischen Scheibe 40a, 40b und/oder gegenüber dem Mehrwege-Mischkammerkörper 18 positionieren kann.
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2a zeigt eine Mehrwege-Scheibenventilanordnung 10 einschließlich des Ventilgehäuses 48, das an einem Ende mit einem Aktuator 50 verbunden ist, vorzugsweise mit einem bürstenlosen Gleichstrommotor, der die Drehung der beweglichen Scheiben 34a, 34b steuern kann. Das Ventilgehäuse 48 ist bevorzugt in drei Teilen ausgebildet: einem ersten Ventilgehäuseteil 52a, der für die erste Einlasskammer 12a vorgesehen ist, einem zweiten Ventilgehäuseteil 52b, der für die zweite Einlasskammer 12b vorgesehen ist, und einem dritten Ventilgehäuseteil 52c, der für den Mehrwege-Mischkammerkörper 18 vorgesehen ist. Dadurch kann die Mehrwege-Scheibenventilanordnung 10 modular montiert werden und erlaubt potenziell eine Wahl des dritten Ventilgehäuseteils 52c entsprechend der gewünschten Funktion der Mehrwege-Scheibenventilanordnung 10.
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Der Querschnitt durch die Mehrwege-Scheibenventilanordnung 10 von 2a entlang Linie A-A ist in 2b zu sehen, in der auch die Antriebsübertragungseinrichtung des Aktuators 50 zu sehen sind. Der Aktuator 50 ist hier mit einer Welle 54 verbunden, die sich durch die erste Einlasskammer 12a, die erste Scheibenventil-Untereinheit 32a, den Mehrwege-Mischkammerkörper 18 und die zweite Scheibenventilanordnung 32b erstreckt. Diese Anordnung zeigt den Vorteil einer gestapelten Baugruppe, in der die erste Einlasskammer 12a, der Mehrwege-Mischkammerkörper 18 und die zweite Einlasskammer 12b linear ausgerichtet sind; die Welle 54 kann sich sowohl mit der ersten als auch mit der zweiten beweglichen Scheibe 34a, 34b in Eingriff befinden, deren Drehbewegung koppeln und die Ausbildung der Anordnung 10 mit nur einem Aktuator 50 ermöglichen. Die Welle 54 wird vorzugsweise durch den Mehrwege-Mischkammerkörper 18 über dessen Wellenaufnahmebohrung 26 gestützt. Vorzugsweise hat eine solche gestapelte oder Anordnung symmetrische Einlassöffnungen 14a, 14b, wobei die dazwischenliegende Mischkammereinheit 16 den Strömungsanforderungen angepasst ist.
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Wie in 2b zu erkennen ist, sind die erste, die zweite und die dritte Mischkammer 24x, 24y, 24z vorgesehen und sind den drei Auslassöffnungen 20x, 20y, 20z zugeordnet; wenn die erste und/oder die zweite Öffnung 38a, 38b der beweglichen Scheiben 34a, 34b auf die entsprechende Kammeröffnung 28x, 28y, 28z, 30y, 30z der Mischkammern 24x, 24y, 24z ausgerichtet wird, lässt sich ein Durchflussweg herstellen, der ein Fluid in der Mehrwege-Scheibenventilanordnung 10 entlang einer gewünschten Richtung lenkt.
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Der Antrieb des Aktuators 50 führt zu einer Drehung der Welle 54 und diese wiederum zu einer gleichzeitigen Drehung der beweglichen Scheiben 34a, 34b. Die Wirkung dieser Drehung ist in 3 und 4 zu sehen.
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In 3 zeigen die oberen und unteren Kreise jeweils die Formen der ersten und der zweiten statischen Scheibe 40a, 40b, wobei der schattierte Viertelkreis jeweils die relative Position der Öffnungen 38a, 38b der ersten und der zweiten beweglichen Scheibe 34a, 34b angibt.
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In einer ersten Drehposition, die in 3 und 4 durch die Abbildung in der Mitte oben dargestellt ist und als Drehphase von 0° betrachtet werden kann, ist die erste Öffnung 38a der ersten beweglichen Scheibe 34a auf die erste obere Kammeröffnung 28y der zweiten Mischkammer 24y ausgerichtet, und die zweite Öffnung 38b der zweiten beweglichen Scheibe 34b ist auf die untere Kammeröffnung 30z der dritten Mischkammer 24z ausgerichtet. Solchermaßen besteht ein Durchflussweg von der ersten Einlassöffnung 14a zu der zweiten Auslassöffnung 20y und ein Durchflussweg von der zweiten Einlassöffnung zu der dritten Auslassöffnung 20z.
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Die Drehung der ersten und der zweiten beweglichen Scheibe 34a, 34b in Uhrzeigerrichtung, d.h. in eine effektive Phase von 90°, ist in 3 und 4 jeweils in der rechten Abbildung gezeigt. Die erste Öffnung 38a ist auf die obere Kammeröffnung 28x der ersten Mischkammer 24x ausgerichtet, wohingegen die Öffnung 38b der zweiten beweglichen Scheibe 34b trotz Drehung derselben auf die untere Kammeröffnung 30z der dritten Mischkammer 24z ausgerichtet bleibt. Solchermaßen besteht ein Durchflussweg von der ersten Einlassöffnung 14a zu der ersten Auslassöffnung 20x und ein Durchflussweg von der zweiten Einlassöffnung 14b zu der dritten Auslassöffnung 20z.
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Bei beiden Konfigurationen ist das Ergebnis eine divergente Fluidströmung durch die Mehrwege-Ventilscheibenanordnung 10.
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Eine Weiterdrehung der ersten und der zweiten beweglichen Scheibe 34a, 34b in Uhrzeigerrichtung, d.h. in eine effektive Phase von 180°, ist in der Abbildung in der Mitte unten in 3 und 4 gezeigt. Die erste Öffnung 38a ist auf die obere Kammeröffnung 28z der dritten Mischkammer 24z ausgerichtet, und die zweite Öffnung 38b bleibt auf die untere Kammeröffnung 30z der dritten Mischkammer 24z ausgerichtet. Solchermaßen besteht ein Durchflussweg von der ersten Einlassöffnung 14a und der zweiten Einlassöffnung 14b zu der dritten Auslassöffnung 20z, wodurch die Fluide, die durch diese Öffnungen befördert werden, vermengt werden.
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Eine Weiterdrehung der ersten und der zweiten beweglichen Scheibe 34a, 34b in Uhrzeigerrichtung, das heißt in eine effektive Phase von 270°, ist in 3 und 4 jeweils in der linken Abbildung gezeigt. Die erste Öffnung 38a ist auf die obere Kammeröffnung 28y der zweiten Mischkammer 24y ausgerichtet, und die zweite Öffnung 38b gelangt in Ausrichtung mit der unteren Kammeröffnung 30y der zweiten Mischkammer 24y. Solchermaßen entsteht ein Fluiddurchlassweg von der ersten Einlassöffnung 14a und der zweiten Einlassöffnung 14b zu der zweiten Auslassöffnung 20y und führt dazu, dass die hindurchgeleiteten Fluide vermengt werden.
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Einer der Vorteile der Mehrwege-Scheibenventilanordnung 10 ist, dass sich ein Mehrwege-Scheibenventilsystem schaffen lässt, bei welchem die erste Einlasskammer 12a und die zweite Einlasskammer 12b standardisiert sind und nur die Mischkammereinheit 16 ausgetauscht wird, um deren Durchflusseigenschaften zu ändern. Die erste und die zweite Scheibenventil-Untereinheit 32a, 32b sind vorzugsweise als Teile der Mischkammereinheit 16 vorgesehen, da die Form der Scheibenventil-Untereinheiten 32a, 32b von den Formen der Mischkammeröffnungen abhängen dürfte.
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Ferner ist es gegebenenfalls möglich, eine Mehrzahl von verschiedenen Mischkammereinheiten vorzusehen, wobei jede der Mischkammereinheiten wahlweise mit der ersten und der zweiten Einlasskammer 12a, 12b in Fluidverbindung gesetzt werden kann, um verschiedene Konfigurationen von Durchflusswegen zwischen der ersten Einlasskammer 12a und dem Mehrwege-Mischkammerkörper 18 und zwischen der zweiten Einlasskammer 12b und dem Mehrwege-Mischkammerkörper 18 zu schaffen. Damit wird effektiv eine modulare Einrichtung bereitgestellt, die es erlaubt, Scheibenventilanordnungen zu schaffen, die individuell für die notwendige Anwendung angepasst sind.
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Das Mehrwege-Scheibenventil lässt sich montieren, indem die erste Einlasskammer 12a an dem ersten Ende 22a des Mehrwege-Mischkammerkörpers 18 der Mischkammereinheit 16 und die zweite Einlasskammer 12b an dem zweiten Ende 22b des Mehrwege-Mischkammerkörpers 18 der Mischkammereinheit 16 in Eingriff gebracht wird. Die Welle 54 kann dann mit dem Aktuator 50 verbunden werden, und der Aktuator 50, die erste Einlasskammer 12a, die Mischkammereinheit 16 und die zweite Einlasskammer 12b können dann über das Ventilgehäuse 48 zusammengehalten werden.
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Bei vorstehend beschriebener Anordnung wird nur ein Aktuator verwendet, der eine lineare Ausgangswelle hat. Es ist jedoch offensichtlich, dass eine alternative Antriebsübertragungseinrichtung zum Betätigen der ersten und der zweiten beweglichen Scheibe vorgesehen sein könnte. Zum Beispiel könnte ein gekoppelter Getriebezug vorgesehen sein, der eine Anordnung der ersten und der zweiten Einlasskammer nebeneinander ermöglicht. Alternativ könnte eine Mehrzahl von Aktuatoren vorgesehen sein, die eine unabhängige Steuerung des Durchflusses durch die Mehrwege-Scheibenventilanordnung ermöglichen.
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Ähnlich könnte es bei manchen Anordnungen zweckmäßig sein, wenn eine Mischkammer nicht mit allen möglichen Drehphasen der beweglichen Scheiben koinzidiert. In einem solchen Sitution könnte die Anordnung eines Sperrelements sinnvoll sein, das ein Einströmen von Fluid in die Mischkammereinheit auch dann verhindert, wenn die Öffnung der beweglichen Scheibe mit der Mischkammereinheit fluchtet.
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Die selektive Richtung des Fluids innerhalb des Systems wird bei vorliegender Erfindung dadurch erreicht, dass die obere und die untere Kammeröffnung zur Abweichung von den Öffnungen der beweglichen Scheiben gebracht werden. Es ist jedoch auch möglich, die beweglichen Scheiben relativ zueinander zur Abweichung zu bringen, um den gleichen Effekt zu erzielen, indem beispielsweise die Drehphasen der Öffnungen zueinander versetzt werden. Tatsächlich kann eine relative Konfiguration zwischen der ersten beweglichen Scheibe und der oder jeder ersten Kammeröffnung und der zweiten beweglichen Scheibe und der oder jeder zweiten Kammeröffnung gleich sein, und der selektive Durchfluss wird beispielsweise durch eine komplexe Innengeometrie der Mischkammer erzielt.
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Solchermaßen ist es möglich, eine Mehrwege-Scheibenventilanordnung zu schaffen, die geeignet ist für die Bereitstellung einer wahlweisen Richtung eines Fluides, zum Beispiel eines Kühlfluides im Automobilbereich, von zwei Einlässen für eine Mehrzahl von verschiedenen Auslässen. Dies wird erreicht, indem verschiedene Einlassprofile von den Einlasskammern in eine Mischkammereinheit gewählt werden und bewegliche Scheiben vorgesehen werden, um für eine wahlweise Steuerung der Fluidverbindung dazwischen zu sorgen. Wenn eine gestapelte Anordnung vorgesehen ist, kann diese Steuerung auch durch die Verwendung nur eines Aktuators und einer Ausgangswellenanordnung erreicht werden, wodurch sowohl die Kosten als auch die Komplexität einer solchen Anordnung verringert werden.
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Die in der vorliegenden Beschreibung verwendeten Begriffe „umfasst/umfassen“ und „aufweisend/enthaltend“ sollen zum Ausdruck bringen, dass genannte Merkmale, Ganzzahlen, Schritte oder Komponenten vorhanden sind, ohne jedoch auszuschließen, dass ein oder mehrere weitere Merkmale, Ganzzahlen, Schritte oder Komponenten oder Gruppen davon vorhanden sein oder hinzugefügt werden können.
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Es versteht sich, dass bestimmte Merkmale der Erfindung, die der Übersichtlichkeit halber in separaten Ausführungsformen beschrieben wurden, auch in einer Ausführungsform kombiniert sein können. Umgekehrt können verschiedene Merkmale der Erfindung, die der Kürze halber in einer Ausführungsform beschrieben wurden, ebenso in separaten Ausführungsformen oder in einer beliebig geeigneten Unterkombination vorgesehen sein.
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Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind lediglich Beispiele. Wie der Fachmann erkennen wird, sind verschiedene Modifikationen möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
