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Querverweis auf verwandte Anmeldung
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 21. November 2018 eingereichten
koreanischen Patentanmeldung Anmelde-Nr. 10-2018-0144414 , deren Offenbarung in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme hierin einbezogen ist.
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Hintergrund der Offenbarung
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Gebiet der Offenbarung
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bzw. Erfindung (kurz: Offenbarung) betreffen eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern einer Motorkühlmitteldurchflussrate mittels eines Thermostats und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern der Motorkühlmitteldurchflussrate, welche einen Thermostat daran hindern können, sich aufgrund eines Differenzdrucks des Kühlmittels im Fall der Verwendung eines Thermostats von einem Einlasssteuerung-Kühlung-Modus zu öffnen.
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Beschreibung der bezogenen Technik
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Thermostate sind in Abhängigkeit von einer Kühlmittelsolltemperatur geöffnet oder geschlossen, wodurch eine innerhalb eines Motors eines Fahrzeugs zirkulierender Bypass-Durchflussrate und eine Durchflussrate in einem Radiator gesteuert werden. Im Fall eines allgemeinen mechanischen Thermostats, wie in
3 gezeigt, bewegt sich ein Ventil
101 in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlmittels nach oben und nach unten, um einen Strömungsweg zu öffnen oder zu schließen, wenn das Wachs innerhalb eines Wachsgehäuses
102 sich verfestigt und zusammenzieht oder schmilzt und sich ausdehnt. Da im Falle solch eines mechanischen Thermostats ein Öffnen und Schließen des Ventils in Reaktion auf die Temperatur des Kühlmittels gesteuert werden, ist eine aktive Steuerung des Öffnens und Schließens des Strömungswegs nicht möglich. Im Falle eines elektronischen Thermostats, wie in
4 gezeigt und im
koreanischen eingetragenen Patent Nr. 10-1338468 offenbart, ist der Thermostat mit einer elektrisch betriebenen Heizeinrichtung
207 darin versehen. Die Heizeinrichtung
207 ist in der Lage, das Wachs zu erwärmen, so dass ein Öffnen und Schließen des Strömungswegs für das Kühlmittel in Reaktion auf die Betriebsbedingungen des Motors und auf Umgebungsfaktoren aktiv gesteuert werden kann.
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Thermostate sind andererseits entsprechend der Installationsposition des Thermostats in einen Thermostat von einem Auslasssteuerung-Modus und einen Thermostat von einem Einlassteuerung-Modus unterteilt. 7A zeigt ein Motorkühlsystem von einem Auslasssteuerung-Modus. Bei dem Auslasssteuerung-Modus strömt durch einen Motor erwärmtes Kühlmittel von einem Zylinderkopf des Motors aus in den Thermostat ein, wobei ein Teil des eingeleiteten Kühlmittels einem Radiator zugeführt wird, wo dieses gekühlt wird, während ein Teil des eingeleiteten Kühlmittels entlang eines Bypass-Strömungswegs zurück zu einer Wasserpumpe geführt wird. 8A zeigt ein Motorkühlsystem von einem Einlasssteuerung-Modus. Bei dem Einlasssteuerung-Modus werden sowohl Kühlmittel aus dem Bypass-Strömungsweg als auch Kühlmittel aus dem Radiator an den Thermostat zugeführt, wobei der Thermostat eine Durchflussrate des an die Wasserpumpe zu liefernden Kühlmittels reguliert.
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Der Einlasssteuerung-Modus, wie im
koreanischen eingetragenen Patent Nr. 10-1338468 beschrieben, ist dahingehend vorteilhaft, dass ein Nachlauf-Phänomen weniger auftritt, da der Thermostat von dem Einlasssteuerung-Modus einer schnellen Veränderung der Temperatur des Kühlmittels dichter folgt, und dass die Temperatur des Kühlmittels auf einfache Weise in Reaktion auf eine Last des Motors gesteuert werden kann. Im Fall des Einlasssteuerung-Modus gibt es jedoch ein Problem dahingehend, dass ein Ventil
101 zwangsweise bzw. durch Erzwingen (kurz: zwangsweise) aufgrund des Drucks des Kühlmittels geöffnet wird, falls der Differenzdruck des Kühlmittels zwischen der Einlass- und der Auslassseite des Thermostats hoch ist.
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Wie in 7B gezeigt, sind im Fall des Auslasssteuerung-Modus eine Richtung, in welcher das Ventil 101 des Thermostats 100 geöffnet wird, und eine Richtung, in welcher das Ventil 101 durch das Kühlmittel, welches durch den Thermostat eingeleitet wird, gedrückt wird, zueinander entgegengesetzt. Sogar falls der Differenzdruck des Kühlmittels hoch ist, wird dadurch das Ventil 101 nicht zwangsweise durch den Druck des Kühlmittels geöffnet. In dem Fall des Einlasssteuerung-Modus, wie in 8B gezeigt, sind jedoch die Richtung, in welcher das Ventil 101 des Thermostats 100 geöffnet wird, und die Richtung, in welcher das Ventil 101 durch das Kühlmittel, welches durch den Thermostat eingeleitet wird, gedrückt wird, zueinander gleich. Falls der Differenzdruck des Kühlmittels hoch ist, wird das Ventil 101 daher wahrscheinlich durch den Druck des Kühlmittels zwangsweise geöffnet.
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Wie in 9 gezeigt, steigt mit steigender Drehzahl (1/min, RPM) des Motors ein Druck P1 des Kühlmittels auf der Einlassseite des Thermostats an, wohingegen ein Druck P2 des Kühlmittels auf der Auslassseite des Thermostats abnimmt, so dass der Differenzdruck P1-P2 des Kühlmittels in dem Thermostat ansteigt. Wenn die Drehzahl des Motors rapide ansteigt und folglich der Differenzdruck P1-P2 des Kühlmittels 1,4 Bar oder höher wird, wird, wie aus 10 ersichtlich ist, als ein Ergebnis das Ventil des Thermostats zwangsweise geöffnet und strömt das Kühlmittel folglich zum Radiator, sogar wenn dem Thermostat ein Steuerungsauftrag nicht erteilt ist (d.h. sogar wenn der Thermostat nicht derart gesteuert wird, dass es geöffnet ist).
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Falls insbesondere der Thermostat durch den Differenzdruck des Kühlmittels in einem Betriebsbereich niedriger Temperatur und hoher Drehzahl geöffnet wird, zirkuliert das Kühlmittel mit niedriger Temperatur im Motor, was Probleme verursacht, wie zum Beispiel eine Verschlechterung einer Aufheizleistung, eine Verzögerung eines Motoraufwärmens und eine Verschlechterung von Motorleistungsfähigkeit. Falls ferner ein Bypass-Strömungsweg, welcher einen relativ großen Durchmesser aufweist, genutzt wird, um solche Probleme zu lösen, wird eine Durchflussrate des innerhalb des Motors zirkulierenden Kühlmittels hoch, sogar wenn das Ventil nicht zwangsweise geöffnet wird, was Probleme verursacht, wie zum Beispiel dass eine Verzögerung eines Motoraufwärmens auftritt und dass eine Durchflussrate des Kühlmittels, welches zu Bauteilen strömt, die Kühlung erfordern, wie zum Beispiel eine Heizeinrichtung, ein Ölkühler und en Abgasrückführung-(AGR-)Kühler, klein wird.
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Erläuterung der Offenbarung
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Die vorliegende Offenbarung wurde dazu getätigt, die mit dem Stand der Technik zusammenhängenden Probleme, wie vorstehend beschrieben, zu lösen. Ein Ziel der vorliegenden Offenbarung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern der Motorkühlmitteldurchflussrate zu schaffen, welche sogar bei einem Thermostat von einem Einlasssteuerung-Modus ein Ventil daran hindern können, zwangsweise durch Differenzdruck des Kühlmittels geöffnet zu werden.
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Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung können durch die nachfolgende Beschreibung verstanden werden und werden durch Bezugnahme auf die beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ersichtlich. Außerdem ist es für diejenigen Fachleute in der Technik, zu der die vorliegende Erfindung gehört, offensichtlich, dass die Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung durch die beanspruchten Mittel und deren Kombinationen umgesetzt werden können.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Vorrichtung zum Steuern der Motorkühlmitteldurchflussrate mittels eines Thermostats bereitgestellt. Die Vorrichtung weist einen Thermostat, welcher in einem Zulauf-Strömungsweg für das Motorkühlmittel angeordnet ist, und eine Durchflussratenreguliereinrichtung, welche in einem Bypass-Strömungsweg für das Motorkühlmittel zwischen einem Zylinderkopf eines (Verbrennungs-)Motors und dem Thermostat angeordnet ist, auf. Die Durchflussratenreguliereinrichtung reguliert die Durchflussrate des Bypass-Strömungswegs so, dass ein Differenzdruck des Kühlmittels zwischen einem vorderen Ende (z.B. stromaufwärtsseitigen Ende) zum Zulassen, dass das Kühlmittel von einem Radiator aus in den Thermostat einströmt, und einem hinteren Ende (z.B. stromabwärtsseitigen Ende) zum Zulassen, dass Kühlmittel aus dem Thermostat ausgelassen wird, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.
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In einem Beispiel kann die Durchflussratenreguliereinrichtung ein Öffnungsgröße-Variierungsmechanismus zum variablen Einstellen einer Querschnittsfläche des Bypass-Strömungswegs sein.
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Der Öffnungsgröße-Variierungsmechanismus kann eine Schieberaussparung (z.B. eine Kolbenaussparung), welche in einer Innenwand des Bypass-Strömungswegs ausgebildet ist, und einen Schieber (z.B. einen Kolben), welcher in der Lage ist, sich linear vorwärts und rückwärts entlang einer Längsrichtung der Schieberaussparung zu bewegen, aufweisen. Die Öffnungsgröße kann durch die lineare Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des Schiebers variiert werden.
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Der Öffnungsgröße-Variierungsmechanismus kann ferner eine Ventilfeder, die innerhalb der Schieberaussparung angebracht ist, um eine Federkraft (z.B. eine gegen das Einführen (z.B. entgegen die Einführrichtung) des Schiebers in die Schieberaussparung gerichtete Federkraft) auf ein in die Schieberaussparung einzubringendes Vorderende des Schiebers aufzubringen, aufweisen.
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Damit der Öffnungsgröße-Variierungsmechanismus so gesteuert wird, dass er automatisch durch Druck des Kühlmittels, welches von dem Radiator her strömt, öffnet und schließt, ist zum Beispiel ein zweiter Bypass-Strömungsweg, welcher sich zwischen einem Strömungsweg für das in den Thermostat einströmende Kühlmittel und dem Bypass-Strömungsweg erstreckt, ausgebildet. Ein distales Ende des Schiebers (z.B. vom Vorderende des Schiebers entferntes Ende) des Öffnungsgröße-Variierungsmechanismus ist zum Beispiel zudem in dem zweiten Bypass-Strömungsweg angebracht, so dass der Schieber durch den Druck des in den zweiten Bypass-Strömungsweg einströmenden Kühlmittels in Richtung zur Schieberaussparung gedrückt wird.
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In einem Beispiel ist ein Anschlag (z.B. ein Stopper) zum Begrenzen des Bereichs, in welchen das distale Ende des Schiebers in das Innere des zweiten Bypass-Strömungswegs eingebracht wird, in dem zweiten Bypass-Strömungsweg bereitgestellt.
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In einem Beispiel kann der Thermostat einen ersten Strömungsweg, welcher mit dem Radiator verbunden ist, einen zweiten Strömungsweg, welcher mit einer Wasserpumpe verbunden ist, und einen dritten Strömungsweg, welcher mit dem Bypass-Strömungsweg verbunden ist, aufweisen.
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In einem Beispiel kann der für zahlreiche Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung anzuwendende Thermostat ein elektronischer Thermostat sein, welcher einen in seinem Inneren ausgebildeten Zusammenflussraum, der mit dem ersten, dem zweiten und dem dritten Strömungsweg zu verbinden ist bzw. verbunden ist, aufweist und einen Ventilkörper, der in dem Zusammenflussraum angebracht ist, aufweist. Ein Antriebsventil, das zum Öffnen und Schließen des Strömungswegs des Kühlmittels angeordnet ist, eine Feder zum elastischen Abstützen eines unteren Endes des Antriebsventils in eine Aufwärtsrichtung und eine elektrisch betriebene Heizeinrichtung zum Aufbringen von Wärme auf Wachs zum Antreiben des Antriebsventils können in dem Inneren des Ventilkörpers vorgesehen sein.
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In einem Beispiel kann der für zahlreiche Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung anzuwendende Thermostat ein mechanischer Thermostat sein, welcher dazu eingerichtet ist, den Strömungsweg des Kühlmittels durch eine Expansionskraft des Wachses, welches sich in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlmittels zusammenzieht oder ausdehnt, zu öffnen und zu schließen.
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In einem Beispiel kann zum Verhindern, dass das Ventil durch Differenzdruck des Kühlmittels zwangsweise geöffnet wird, die Durchflussratenreguliereinrichtung dazu eingerichtet sein, die Bypass-Durchflussrate derart zu regulieren, dass der Differenzdruck des Kühlmittels 1,4 Bar oder weniger beträgt.
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In einem Beispiel kann die Durchflussratenreguliereinrichtung ein Durchflussratensteuerventil zum Steuern einer Durchflussrate des Kühlmittels in dem Bypass-Strömungsweg in Reaktion auf ein Messergebnis eines Kühlmitteldifferenzdrucksensors sein.
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In einem Beispiel kann die Durchflussratenreguliereinrichtung ein integriertes Durchflussratensteuerventil zum integrierten bzw. gemeinsamen bzw. einheitlichen Steuern (kurz: integrierten Steuern) einer Mehrzahl von Kühlmittelströmungswegen sein. Das integrierte Durchflussratensteuerventil kann die Durchflussrate des Kühlmittels in dem Bypass-Strömungsweg als einen aus der Mehrzahl von Kühlmittelströmungswegen in Reaktion auf ein Messergebnis des Kühlmitteldifferenzdrucksensors steuern.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren bereitgestellt zum Steuern der Durchflussrate von Kühlmittel, welches in einen Motor einströmt, mittels eines Thermostats, welches in einem Kühlmittelzulauf-Strömungsweg des Motors angeordnet ist. Das Verfahren weist auf: Regulieren einer Bypass-Durchflussrate des Kühlmittels zwischen einem Zylinderkopf des Motors und dem Thermostat, so dass ein Differenzdruck des Kühlmittels zwischen einem vorderen Ende (z.B. stromaufwärtsseitigen Ende) zum Zulassen, dass das Kühlmittel von einem Radiator aus in den Thermostat einströmt, und einem hinteren Ende (z.B. stromabwärtsseitigen Ende) zum Zulassen, dass Kühlmittel aus dem Thermostat ausgelassen wird, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.
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Die Vorrichtung und das Verfahren zum Steuern der Motorkühlmitteldurchflussrate gemäß der vorliegenden Offenbarung ermöglichen es, das Problem, dass der Thermostat zwangsweise durch Differenzdruck des Kühlmittels geöffnet wird, wenn das Kühlmittel auf einer niedrigen Temperatur ist und der Motor in dem Hohe-Drehzahl-Betriebsbereich ist, zu beheben.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung gibt es keine Notwendigkeit dafür, eine Bypass-Öffnung großen Durchmesser bereitzustellen, um das Problem, welches durch den Differenzdruck des Kühlmittels verursacht wird, zu beheben, so dass diese hinsichtlich Kühleffizienz vorteilhaft ist.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, einen Unterdruck an einem Einlass der Wasserpumpe zu verbessern, indem die Bypass-Durchflussrate eingestellt wird, wodurch das Auftreten von Kavitation in der Wasserpumpe verhindert wird.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, die Bypass-Durchflussrate aktiv in Reaktion auf Betriebsbedingungen des Motors und äußere Umweltbedingungen zu regulieren, so dass diese hinsichtlich der Verteilung der Durchflussrate des Motorkühlmittels effizient ist.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, eine Fluktuation im Zirkulationsdruck des Motorkühlmittels geeignet zu steuern, wodurch eine Haltbarkeit von mit dem Motor zusammenhängenden Bauteilen verbessert wird.
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Ferner kann gemäß der vorliegenden Offenbarung die Bypass-Durchflussrate ungeachtet dessen, ob ein zu verwendender Thermostat ein mechanischer oder ein elektronischer Thermostat ist, geeignet gesteuert werden.
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Es ist zu verstehen, dass sowohl die vorhergehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung der vorliegenden Offenbarung beispielhafter Natur und erläuternd sind und dazu gedacht sind, eine weitergehende Erläuterung der beanspruchten Offenbarung bereitzustellen.
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Figurenliste
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Die obigen und weitere Ziele, Eigenschaften und weitere Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung, genommen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, deutlicher verstanden, wobei:
- 1 ein schematisches Strukturdiagramm einer Vorrichtung zum Steuern einer Motorkühlmitteldurchflussrate gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist,
- 2A und 2B Diagramme zum Erläutern des Betriebs der in 1 gezeigten Vorrichtung zum Steuern einer Motorkühlmitteldurchflussrate sind,
- 3 ein Diagramm ist, welches einen mechanischen Thermostat, welcher auf eine Vorrichtung zum Steuern einer Motorkühlmitteldurchflussrate gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung anwendbar ist, darstellt,
- 4 ein Diagramm ist, welches einen elektronischen Thermostat, welcher auf eine Vorrichtung zum Steuern einer Motorkühlmitteldurchflussrate gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung anwendbar ist, darstellt,
- 5 ein Diagramm ist, welches ein Durchflussratensteuerventil, das auf eine Vorrichtung zum Steuern einer Motorkühlmitteldurchflussrate gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung anwendbar ist, darstellt,
- 6 eine Schnittansicht ist, welche ein integriertes Durchflussratensteuerventil, das auf eine Vorrichtung zum Steuern einer Motorkühlmitteldurchflussrate gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung anwendbar ist, darstellt,
- 7A und 7B jeweilig ein Diagramm zum Erläutern eines Kühlsystems von einem Auslasssteuerung-Modus und ein Diagramm zum Darstellen eines Kühlmittelflusses in einem Thermostat von einem Auslasssteuerung-Modus sind,
- 8A und 8B jeweilig ein Diagramm zum Erläutern eines Kühlsystems von einem Einlasssteuerung-Modus und ein Diagramm zum Darstellen eines Kühlmittelflusses in einem Thermostat von einem Einlasssteuerung-Modus sind,
- 9 ein Graph ist, welcher eine Druckveränderung von Kühlmittel, welches durch einen Thermostat strömt, in Abhängigkeit von der Drehzahl eines Motors graphisch darstellt, und
- 10 ein Graph ist, welcher eine Durchflussratenveränderung von Kühlmittel, welches in einen Radiator einströmt, in Abhängigkeit vom Differenzdruck des Kühlmittels graphisch darstellt.
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Beschreibung von bestimmten Ausführungsformen
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden nachstehend im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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1 ist ein schematisches Strukturdiagramm einer Vorrichtung zum Steuern einer Motorkühlmitteldurchflussrate gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 8A ist ein Diagramm zum Erläutern eines Kühlsystems von einem Einlasssteuerung-Modus, auf welches eine Vorrichtung zum Steuern einer Motorkühlmitteldurchflussrate gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung angewendet wird.
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Wie in den Figuren gezeigt, ist in dem Kühlsystem, auf welches ein Thermostat 100 von einem Einlasssteuerung-Modus angewendet wird, der Thermostat 100 in einem Kühlmittelzulauf-Strömungsweg (z.B. auch Kühlmitteleinström-Strömungsweg genannt), welcher zu einem Motor (insbesondere einem Verbrennungsmotor), der aus einem Zylinderblock und einem Zylinderkopf ausgebildet ist, führt, installiert. Konkreter gesagt, strömt das durch einen Radiator gekühlte Kühlmittel in den Thermostat 100 durch einen ersten Strömungsweg 120 ein und wird das aus dem Thermostat 100 ausströmende Kühlmittel einer Wasserpumpe durch einen zweiten Strömungsweg 110 zugeführt. Das der Wasserpumpe zugeführte Kühlmittel wird dann dem Motor, der aus dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf ausgebildet ist, zugeführt.
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Außerdem ist in der Vorrichtung zum Steuern einer Motorkühlmitteldurchflussrate gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Bypass-Öffnung 130 vorgesehen, welche es dem Kühlmittel erlaubt, durch einen Bypass-Strömungsweg, der derart eingerichtet ist, dass das während des Durchströmens des Motors erwärmte Kühlmittel zurück zur Wasserpumpe geleitet wird, in den Thermostat 100 einzuströmen. Das in den Thermostat 100 durch die Bypass-Öffnung 130 eingeleitete Kühlmittel strömt durch den Thermostat hindurch und strömt dann durch den zweiten Strömungsweg 110 in die Wasserpumpe.
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Wenn in dem wie vorstehend beschrieben ausgestalteten Kühlsystem ein Differenzdruck P1 - P2, welcher eine Differenz zwischen dem Druck P1 des von dem Radiator aus durch den ersten Strömungsweg 120 strömenden Kühlmittels und dem Druck P2 des durch den zweiten Strömungsweg 110 in die Wasserpumpe einströmenden Kühlmittels ist, groß wird, dann wirkt der Differenzdruck des Kühlmittels auf ein Ventil 101, so dass ein Öffnen des Ventils 101 erzwungen wird. Falls ein Bypass-Strömungsweg mit einem großen Durchmesser vorgesehen wird, um solch eine Situation zu verhindern, erhöht sich die Durchflussrate des zum Bypass-Strömungsweg strömenden Kühlmittels, sogar wenn der Differenzdruck des Kühlmittels nicht hoch ist. Als ein Ergebnis wird die Kühleffizienz signifikant verschlechtert.
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In der Vorrichtung zum Steuern einer Motorkühlmitteldurchflussrate gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist daher eine Durchflussratenreguliereinrichtung bzw. Volumenstromregulierungseinrichtung (kurz: Durchflussratenreguliereinrichtung - auch z.B. Strömungsratenreguliereinrichtung) vorgesehen zum Regulieren einer Durchflussrate bzw. eines Volumenstroms (kurz: Durchflussrate - auch z.B. Strömungsrate) des Bypass-Strömungswegs derart, dass der Differenzdruck des Kühlmittels innerhalb eines vorbestimmten Bereichs, in welchem das Ventil nicht zwangsweise bzw. durch Erzwingen (kurz: zwangsweise) geöffnet wird, liegt. Gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird die Durchflussrate, welche durch den Bypass-Strömungsweg strömt, auf solch eine Weise gesteuert, dass die durch den Bypass-Strömungsweg strömende Durchflussrate erhöht wird, um den Differenzdruck, der auf das Ventil 101 des Thermostats 100 wirkt, zu verringern, wenn der Differenzdruck des Kühlmittels hoch ist. Wenn außerdem der Differenzdruck des Kühlmittels nicht hoch ist, wird die Durchflussrate, welche durch den Bypass-Strömungsweg strömt, verringert, um es einer ausreichenden Menge an Kühlmittel zu erlauben, in einen Heizerkern, den Motor und den Radiator einzuströmen.
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In der Vorrichtung zum Steuern einer Motorkühlmitteldurchflussrate gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform ist eine Reguliereinrichtung vorgesehen zum Regulieren der Durchflussrate des Kühlmittels, welches durch den Bypass-Strömungsweg strömt. Beispielsweise kann die Reguliereinrichtung ein Öffnungsgröße-Variierungsmechanismus zum variablen Steuern einer Querschnittsfläche (z.B. Strömungsweg-Querschnittsfläche) der Bypass-Öffnung 130 sein.
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In diesem Fall weist der Öffnungsgröße-Variierungsmechanismus eine (Steuer-)Schieberaussparung (z.B. eine (Steuer-)Kolbenaussparung) 50, welche in einer Innenwand des Bypass-Strömungswegs ausgebildet ist, und einen (Steuer-)Schieber (z.B. einen (Steuer-)Kolben) 10, welcher in der Lage ist, sich linear vorwärts und rückwärts entlang einer Längsrichtung der Schieberaussparung 50 zu bewegen, auf. Ein Teil des Vorderendes des Schiebers 10 ist in die Schieberaussparung 50 eingebracht, während ein Teil davon (des Schiebers) hin zum Bypass-Strömungsweg exponiert ist (z.B. im Strömungsbereich des Bypass-Strömungswegs angeordnet ist und dort von durch den Bypass-Strömungsweg strömenden Kühlmittel umströmt wird). Die Öffnungsgröße des Bypass-Strömungswegs wird daher verringert, wenn der in die Schieberaussparung 50 eingebrachte Teil durch die lineare Rückwärtsbewegung des Schiebers 10 nach außen exponiert wird (z.B. der in die Schieberaussparung eingebrachte Teil aus dieser heraus und in den Bypass-Strömungsweg hineinbewegt wird), wohingegen die Öffnungsgröße vergrößert wird, wenn der nach außen exponierte Teil verkleinert wird, während der Schieber 10 durch die lineare Vorwärtsbewegung des Schiebers in die Schieberaussparung 50 eingebracht wird. In einem Beispiel ist eine Ventilfeder 40 in der Schieberaussparung 50 angeordnet, so dass eine Federkraft (z.B. eine gegen das Einführen (z.B. entgegen die Einführrichtung) des Schiebers in die Schieberaussparung gerichtete Federkraft) auf das Vorderende des Schiebers 10 aufgebracht wird.
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Der Schieber 10 kann die lineare Vorwärts- und Rückwärtsbewegung mittels einer Antriebseinheit, welche den Schieber 10 in Reaktion auf ein Messergebnis eines Kühlmitteldifferenzdrucksensors (nicht gezeigt) antreibt, ausführen. In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist jedoch der Schieber 10 dazu eingerichtet, die lineare Vorwärts- und Rückwärtsbewegung mittels eines Drucks des Kühlmittels ohne irgendein elektrisches Antriebsmittel, wie zum Beispiel einen separaten Messsensor oder einen Elektromotor, auszuführen.
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Hierzu ist ein zweiter Bypass-Strömungsweg (z.B. sekundärer Bypass-Strömungsweg) 60 zwischen dem ersten Strömungsweg 120, durch welchen das von dem Radiator her strömende Kühlmittel in den Thermostat 100 einströmt, und dem Bypass-Strömungsweg 130 ausgebildet, wobei ein distales Ende 20 des Schiebers 10 (z.B. vom Vorderende des Schiebers entferntes Ende) in den zweiten Bypass-Strömungsweg 60 eingebracht ist. In diesem Fall strömt ein Teil des Kühlmittels, welches vom Radiator aus durch den ersten Strömungsweg 120 strömt, in den zweiten Bypass-Strömungsweg 60 ein, und das in den zweiten Bypass-Strömungsweg einströmende Kühlmittel bringt einen Druck auf das distale Ende 20 des Schiebers 10 auf. Der Druck, welcher durch das in den zweiten Bypass-Strömungsweg 60 einströmende Kühlmittel auf das distale Ende 20 des Schiebers 10 aufgebracht wird, ist hier proportional zum Druck P1 des Kühlmittels, welches von dem Radiator zum Thermostat 100 strömt.
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Wie in 2A gezeigt, ist, wenn der Druck des vom Radiator her strömenden Kühlmittels niedrig ist, der Druck, welcher durch das durch den zweiten Bypass-Strömungsweg 60 strömende Kühlmittel auf das distale Ende 20 des Schiebers 10 aufgebracht wird, ebenfalls verringert, so dass die Federkraft der Ventilfeder 40 höher als der auf das distale Ende 20 des Schiebers 10 aufgebrachte Druck wird. Dementsprechend bewegt sich der Schieber 10 mittels der Federkraft der Ventilfeder 40 linear weg von der Schieberaussparung 50 und verkleinert sich als ein Ergebnis die Öffnungsgröße des Bypass-Strömungswegs.
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Wenn außerdem der Druck des vom Radiator her strömenden Kühlmittels hoch wird, dann wird der Druck, welcher durch das durch den zweiten Bypass-Strömungsweg 60 strömende Kühlmittel auf das distale Ende 20 des Schiebers 10 aufgebracht wird, ebenfalls hoch, wie in 2B gezeigt. Wenn der auf das distale Ende 20 des Schiebers 10 aufgebrachte Druck höher als die Federkraft der Ventilfeder 40 wird, dann wird folglich der Schieber 10 dazu gebracht, sich in Richtung zur Schieberaussparung 50 zu bewegen. Als ein Ergebnis vergrößert sich die Öffnungsgröße des Bypass-Strömungswegs.
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In einem Beispiel ist ferner der zweite Bypasskanal 60 mit einer zweiten Ventilfeder 30, welche in der Lage ist, das distale Ende 20 des Schiebers 10 in Richtung zur Schieberaussparung 50 zu drücken, versehen. Der Betrag an linearer Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des Schiebers 10 (z.B. der Schieberbewegungsbereich) kann mittels der Federkraft, welche durch die zweite Ventilfeder 30 auf das distale Ende 20 des Schiebers 10 aufgebracht wird, geeignet begrenzt werden.
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Ferner ist ein Anschlag bzw. Stopper 70 in dem zweiten Bypass-Strömungsweg 60 zum Begrenzen des Bereichs, in welchen das distale Ende 20 des Schiebers 10 in das Innere des zweiten Bypass-Strömungswegs 60 eingebracht wird, vorgesehen. Das Vorsehen des Anschlags 70 ermöglicht es, zu verhindern, dass die Querschnittsfläche des Bypass-Strömungswegs 130 aufgrund der Bewegung des Schiebers 10 über einen geeigneten Bereich hinaus übermäßig verkleinert wird.
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Gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform ist es möglich, die Öffnungsgröße automatisch zu variieren ohne irgendein Messmittel zum Messen des Differenzdrucks des Kühlmittels zwischen der Einlass- und der Auslassseite des Thermostats und ohne irgendeinen elektrischen Antriebsmechanismus zum präzisen Steuern des Öffnungsgröße-Variierungsmechanismus.
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Wenn andererseits, wie oben beschrieben, der Differenzdruck des Kühlmittels z.B. 1,4 Bar oder mehr beträgt, wird das Ventil durch den Differenzdruck des Kühlmittels zwangsweise geöffnet. Es ist daher erforderlich, die Bypass-Durchflussrate auf z.B. weniger als 1,4 Bar einzustellen. Folglich müssen die Gestalt des Schiebers 10, die Querschnittsfläche des zweiten Bypass-Strömungswegs 60 und die Federkräfte der Ventilfedern 40 und 30 festgelegt werden, so dass der Differenzdruck des Kühlmittels innerhalb des Bereichs gehalten wird, wie vorstehend erwähnt.
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Es ist in der Vorrichtung zum Steuern einer Motorkühlmitteldurchflussrate gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung möglich, nicht nur einen mechanischen Thermostat, sondern auch einen elektronischen Thermostat zu nutzen.
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3 stellt ein Beispiel eines mechanischen Thermostats, welcher auf eine Vorrichtung zum Steuern einer Motorkühlmitteldurchflussrate gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung anwendbar ist, dar.
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Der mechanische Thermostat weist ein oberes Rahmenelement 105 und ein unteres Rahmenelement 106 mit einem zwischen diesen angeordneten Ventilsitz 104 auf. Das untere Rahmenelement 106 ist mit einem wärmeempfindlichen Element 102, das einen Ventilkörper 101 an einem Ende aufweist, versehen. Das wärmeempfindliche Element 102 ist aus einem Pellet (z.B. Kugel, Plättchen) oder dergleichen gebildet, welches sich in Abhängigkeit von einer Temperaturveränderung zusammenzieht oder ausdehnt. Außerdem ist eine Ventilfeder 103 zwischen dem Ventilkörper 101 und dem unteren Rahmenelement 106 angeordnet, um den Ventilkörper 101 elastisch in Richtung zum Ventilsitz 104 zu drücken.
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Wenn die Temperatur des in den Thermostat einströmenden Kühlmittels niedrig ist, dann dehnt sich gemäß dem mechanischen Thermostat, wie vorstehend beschrieben, das thermosensitive Element 102 nicht aus, so dass die Ventilfeder 103 den Ventilkörper 101 dazu zwingt, gegen den Ventilsitz 104 gedrückt zu werden/sein, und der in dem Ventilsitz 104 ausgebildete Strömungsweg wird/ist folglich geschlossen. Wenn hingegen die Temperatur des in den Thermostat einströmenden Kühlmittels hoch ist, beginnt das thermosensitive Element 102 damit, sich auszudehnen, so dass der Ventilkörper 101 sich weg von dem Ventilsitz 104 bewegt, und der in dem Ventilsitz 104 ausgebildete Strömungsweg wird folglich geöffnet. Der in 3 gezeigte mechanische Thermostat ist lediglich ein Beispiel und ein beliebiger mechanischer Thermostat, welcher ein konventionelles thermosensitives Element nutzt, ist auf die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung anwendbar.
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Es ist selbstverständlich, dass außer dem mechanischen Thermostat, wie vorstehend erwähnt, auch ein elektronisches Thermostat in der Vorrichtung zum Steuern der Motorkühlmitteldurchflussrate gemäß der vorliegenden Offenbarung genutzt werden kann. 4 stellt ein Beispiel eines elektronischen Thermostats, welcher auf die Vorrichtung zum Steuern einer Motorkühlmitteldurchflussrate gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung anwendbar ist, dar.
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Der Thermostat 200 weist ein Thermostatgehäuse 201 auf. Das Thermostatgehäuse 201 ist mit einem ersten Strömungsweg 120, welcher mit einem Radiator verbunden ist, einem zweiten Strömungsweg 110, welcher mit einer Wasserpumpe verbunden ist, und einem Bypass-Strömungsweg 130 ausgebildet.
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Ein Zusammenflussraum 202, der mit dem ersten Strömungsweg 120 und dem zweiten Strömungsweg 110 sowie dem Bypass-Strömungsweg 130 verbunden ist, ist in dem Thermostatgehäuse 201 ausgebildet, und ein Ventilkörper 203 ist in dem Zusammenflussraum 202 angebracht. Zudem ist ein Antriebsventil (z.B. angetriebenes Ventil) 204 zum selektiven Sperren des ersten Strömungswegs 120 integral an einem oberen Ende des Ventilkörpers 203 ausgebildet. Eine Hauptfeder 209 ist innerhalb des Thermostatgehäuses 201 angeordnet. Ein oberes Ende der Hauptfeder 209 stützt elastisch ein unteres Ende des Antriebsventils 204 in einer Aufwärtsrichtung ab, während ein unteres Ende der Hauptfeder 209 innerhalb des Gehäuses 201 abgestützt ist. In einem Beispiel ist ein zusätzliches Ventil an einem unteren Abschnitt eines Hauptkolbens 207 des Ventilkörpers 203 vorgesehen, um ein Öffnen und Schließen des Bypass-Strömungswegs 130 zu steuern.
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Wachs 206 ist als ein thermosensitives Element in dem Ventilkörper 203 angeordnet oder füllt diesen, und eine elektrisch betriebene Heizeinrichtung 207 ist innerhalb des Wachses angeordnet, um das Wachs 206 unter Verwendung von elektrischen Strom, der durch einen Anschluss 208 zugeführt wird, zu erwärmen.
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Der elektronische Thermostat 200 kann, ähnlich dem mechanischen Thermostat, die Durchflussrate des Kühlmittels, welches durch die jeweiligen Strömungswege strömt, durch Betreiben des Antriebsventils 204 mittels Kontraktion und Expansion des Wachses 206 in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlmittels steuern. Sogar wenn die Temperatur des Kühlmittels eine vorbestimmte Temperatur nicht erreicht, kann ferner in dem elektronischen Thermostat 200 das Antriebsventil 204 schnell angetrieben werden, indem elektrische Leistung an die elektrisch betriebene Heizeinrichtung 207 angelegt wird, um das Wachs 206 zu erwärmen.
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1 und 2 stellen eine Ausführungsform der Vorrichtung zum Steuern einer Motorkühlmitteldurchflussrate dar, welche den Öffnungsgröße-Variierungsmechanismus zum Steuern der Durchflussrate des Bypass-Strömungswegs aufweist. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
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In einem Beispiel ist der Bypass-Strömungsweg 130 mit einem Durchflussratensteuerventil (z.B. Volumenstromregelventil) 300, wie in 5 gezeigt, an Stelle des Öffnungsgröße-Variierungsmechanismus bereitgestellt. Das Durchflussratensteuerventil 300 kann den Hub eines (Plunger-)Kolbens 302 unter Verwendung einer Antriebseinheit 301, wie zum Beispiel eines Elektromotors, steuern, um die Durchflussrate des Kühlmittels, welches in den Thermostat durch den Bypass-Strömungsweg 130 einströmt, einzustellen. In dieser Ausführungsform ist es erforderlich, einen Druckmesssensor in dem ersten Strömungsweg 120 und dem zweiten Strömungsweg 110 bereitzustellen. In diesem Fall kann der Differenzdruck des Kühlmittels in dem Thermostat aus Druckwerten, welche durch den Druckmesssensor gemessen werden, hergeleitet werden. Außerdem wird ein Öffnungsgrad des Durchflussratensteuerventils 300 derart gesteuert, dass der Differenzdruck innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.
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Insbesondere kann ein Durchflussratensteuerventil 400 vom Dreh-Typ (English: „rotary type flow rate control valve“), wie in 6 gezeigt, an Stelle des Öffnungsgröße-Variierungsmechanismus vorgesehen sein. Das Durchflussratensteuerventil 400 bezieht sich auf ein integriertes Durchflussratensteuerventil, bei welchem eine (oder mehrere) Durchflussrate(n) des Kühlmittels, welches zu einer Mehrzahl von Komponenten, wie zum Beispiel einem Heizerkern eines Fahrzeugs, einem Radiator und einem AGR-Kühler, strömt, auf integrierte bzw. gemeinsame bzw. einheitliche Weise (kurz: integrierte Weise) durch nur ein einziges Ventil gesteuert werden kann (können).
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Das integrierte Durchflussratensteuerventil vom Dreh-Typ (English: „rotary type integrated flow rate control valve“) 400, welches in 6 gezeigt ist, weist einen ersten Einlass 401 und einen zweiten Einlass 402, welchen das Kühlmittel zugeführt wird, und einen ersten Auslass 403 und einen zweiten Auslass 405, durch welche das Kühlmittel ausgelassen wird, auf. Das integrierte Durchflussratensteuerventil 400 weist außerdem einen Antriebsmotor 406 auf, wobei der Antriebsmotor 406 ein Rotationsteil 404 des integrierten Durchflussratensteuerventils 400 dreht. Wie sich das Rotationsteil 404 dreht, werden die Querschnittsflächen der Einlässe und Auslässe 401, 402, 403 und 405 verändert, so dass die Durchflussrate(n) des Kühlmittels, welches jeweilig in die und aus den jeweiligen Einlässen und Auslässen strömt, auf integrierte Weise (z.B. gemeinsam bzw. zusammenhängend) gesteuert werden kann. Im Fall, bei welchem solch ein integriertes Durchflussratensteuerventil vom Dreh-Typ 400 genutzt wird, kann irgendeiner der Einlässe 401 und 402 und irgendeiner der Auslässe 403 und 405 jeweilig mit dem Bypass-Strömungsweg verbunden sein, um die Bypass-Durchflussrate, welche in den Thermostat einströmt, zu steuern. Auch in dieser Ausführungsform ist, ähnlich der in 5 gezeigten Ausführungsform, ein Druckmesssensor separat vorgesehen, um den Differenzdruck des Kühlmittels in dem Thermostat aus Druckwerten, welche durch den Druckmesssensor gemessen werden, herzuleiten. Außerdem wird ein Öffnungsgrad des integrierten Durchflussratensteuerventils 400 durch Steuern der Rotation des Antriebsmotors 406 derart gesteuert, dass der hergeleitete Druckunterschied innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.
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Im Fall, bei welchem die Durchflussrate des Bypass-Strömungswegs 130 mittels des integrierten Durchflussratensteuerventils 400 gesteuert wird, ist es möglich die Durchflussrate des Kühlmittels, welches zum Heizerkern, zum Radiator oder zum Ölkühler strömt, auf integrierte Weise zu steuern. Es ist außerdem möglich, auf integrierte Weise die Durchflussrate des Kühlmittels in dem Bypass-Strömungsweg 130 zu steuern, so dass es möglich ist, die Anzahl an Bauteilen, welche erforderlich sind, um die Durchflussrate zu steuern, zu verringern und die Steuerung der Durchflussrate auf einfachere Weise durchzuführen.
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Obwohl Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung vorstehend beschrieben wurden, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf diese beschränkt. Außerdem ist es zu verstehen, dass die Fachleute in der Technik auf einfache Weise zahlreiche Änderungen ausgehend von den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung vornehmen können und folglich die vorliegende Offenbarung all diese Änderungen, welche als äquivalent zur vorliegenden Offenbarung angesehen werden, abdeckt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- KR 1020180144414 [0001]
- KR 101338468 [0003, 0005]
