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Die Erfindung betrifft gemäß einem
ersten Erfindungsgedanken ein Verfahren zur Kühlung eines zumindest eine
axiale Hubbewegung ausführenden,
vorzugsweise gleichzeitig rotierenden Ventils, insbesondere eines
Auslassventils eines Zweitakt-Großdieselmotors, durch das ein
Kühlmittel durchgeleitet
wird.
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Ein weiterer Erfindungsgedanke betrifft
eine Vorrichtung zur Kühlung
eines derartigen Ventils, das mit seinem Schaft in einem zugeordneten
Ventilgehäuse
geführt
und eine einen Vorlaufast und einen Rücklaufast umfassende, mit dem
Kühlmittel
beaufschlagbare, axiale Kühlleitung
enthält,
wobei der Vorlaufast über
einen radialen Einlass und der Rücklaufast über einen
radialen Auslass mit einer zugeordneten, den Ventilschaft umgebenden
Versorgungskammer bzw. Rückführkammer
verbindbar sind.
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Bei den bekannten Anordnungen dieser
Art wird das Ventil ununterbrochen mit Kühlmittel versorgt. Hierzu entsprechen
die axiale Länge
der Versorgungskammer und die axiale Länge der Rückführkammer der Länge des
Hubs des Ventils zuzüglich des
Durchmessers des Einlasses bzw. Auslasses, so dass während des
gesamten Hubs eine Kühlmittelströmung bewerkstelligt
wird. Die große
Länge der Versorgungskammer
und der Rückführkammer
führt zu
einer vergleichsweise großen
Bauhöhe,
was bei Schiffsmotoren zu einer Einbuße an Laderaum führen kann
und daher unerwünscht
ist. Eine Reduzierung der Bauhöhe
würde hier
zwangsläufig
eine Reduzierung der Führungslänge ergeben,
was die Zuverlässigkeit
beeinträchtigen
könnte.
Ein weiterer, ganz besonderer Nachteil ist darin zu sehen, dass
es in Folge der permanenten Beaufschlagung des Ventils mit Kühlmittel
vorkommen kann, dass das Ventil so stark abgekühlt wird, dass an seiner Oberfläche der
Taupunkt unterschritten wird, was zur Entstehung von Säuren führen kann,
die eine Korrosion verursachen können.
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Hiervon ausgehend ist es daher die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren eingangs erwähnter Art
mit einfachen und kostengünstigen Mitteln
so zu verbessern, dass eine übermäßige Kühlung des
Ventils vermieden wird.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung
besteht darin, eine Vorrichtung oben genannter Art zu schaffen,
die nicht nur zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
geeignet ist, sondern auch eine kompakte Bauweise und gleichzeitig
eine hohe Zuverlässigkeit
gewährleistet.
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Die auf das Verfahren sich beziehende
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Durchleitung des Kühlmittels
durch das Ventil bei jeder Hubbewegung des Ventils auf einem Teil
des Hubs unterbrochen wird.
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Die auf die Vorrichtung sich beziehende
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Verbindung des Einlasses mit der Versorgungskammer und/oder
die Verbindung des Auslasses mit der Rückführkammer auf einem Teil des
vom Ventil ausgeführten
axialen Hubs unterbrochen ist.
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Mit diesen Maßnahmen werden die eingangs geschilderten
Nachteile des Standes der Technik auf einfache und kostengünstige Weise
vollständig
vermieden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und
zweckmäßige Fortbildungen
der übergeordneten
Maßnahmen sind
in den Unteransprüchen
angegeben. So kann die axiale Erstreckung der Versorgungskammer und/oder
der Rückführkammer
an den Durchmesser des jeweils zugeordneten Einlasses bzw. Auslasses zumindest
angenähert
sein. Die genannten Maßnahmen
ergeben eine Bauweise nach Art eines Schieberventils. Der Ventilschaft
fungiert hier als axial verschiebbarer Steuerschieber, durch den
der Einlass bzw. Auslass auf – und
abgesteuert werden können. Die
Verwendung des Ventilschafts als Steuerschieber führt in vorteilhafter
Weise zu einer einfachen und kostengünstigen Selbststeuerung. Der
axiale Abstand zwischen Einlass und Auslass und dementsprechend
auch zwischen Versorgungskammer und Rückführkammer kann hier in vorteilhafter
Weise wesentlich kleiner als der Ventilhub sein. Es können daher
eine vergleichsweise große
Führungslänge vorgesehen
und dennoch eine vergleichsweise geringe Bauhöhe erreicht werden.
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Eine weitere vorteilhafte Maßnahme kann darin
bestehen, dass der axiale Abstand zwischen Versorgungskammer und
Rückführkammer
kleiner als der Durchmesser des Einlasses ist. Diese Maßnahme führt in vorteilhafter
Weise zu einem kurzzeitigen Kurzschluss zwischen Versorgungskammer und
Abführkammer
am Ende der Absteuerung und zu Beginn der Aufsteuerung des Einlasses.
Hierdurch werden daher eine schlagartige Beendigung der Strömung bzw.
ein schlagartiger Beginn der Beaufschlagung der Kühlleitung
mit Kühlmittel
vermieden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
und zweckmäßige Fortbildungen
der übergeordneten Maßnahmen
sind in den restlichen Unteransprüchen angegeben und aus der
nachstehenden Beispielsbeschreibung anhand der Zeichnung entnehmbar.
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In der nachstehend beschriebenen
Zeichnung zeigen:
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1 einen
Schnitt durch den oberen Bereich eines Zylinders eines Zweitakt-Großdieselmotors
mit zugeordnetem Auslassventil,
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2 einen
den oberen Bereich des Ventilgehäuses
enthaltenden Ausschnitt aus 1 in
gegenüber
dieser vergrößerter Darstellung,
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3 einen
Schnitt durch den unteren Ventilbereich und
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4 ein
Ausführungsbeispiel
mit eine Kurzschlussströmung
ermöglichendem
Einlass in 2 entsprechender
Darstellung.
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Hauptanwendungsgebiet der Erfindung
sind Auslassventile von Zweitakt-Großdieselmotoren,
wie sie beispielsweise als Schiffsantriebe Verwendung finden. Der
Aufbau und die Wirkungsweise derartiger Motoren sind an sich bekannt
und bedürfen
daher im vorliegenden Zusammenhang keiner näheren Erläuterung mehr.
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Der der 1 zugrundeliegende Zylinder enthält einen
Brennraum 1, dessen obere Begrenzung durch einen auf einer
Zylinderbüchse 2 aufgenommenen
Zylinderdeckel 3 gebildet wird. Dieser enthält einen
zentralen Abgasauslass 4, dem ein mit einem Ventilsitz 5 zusammenwirkendes
Auslassventil 6 zugeordnet ist, das zum Auf- und Absteuern
des Abgasauslasses 4 in axialer Richtung heb- und senkbar
ist. In 1 ist das Auslassventil 6 in
seiner Schließposition
gezeichnet, in welcher sein Ventilteller 7 mit einer Dichtfläche an einer
zugeordneten Dichtfläche
des Ventilsitzes 5 anliegt.
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Das Auslassventil 6 besitzt
einen vom Ventilteller 7 koaxial nach oben abstehenden
Schaft 8, der ein auf den Zylinderdeckel 3 aufgesetztes
Ventilgehäuse 9 durchgreift.
Das Ventilgehäuse 9 enthält einen
an den Abgasauslass 4 anschließenden, vom Ventilschaft 8 durchsetzten Auslasskanal 10.
Oberhalb des Auslasskanals 10 ist der Ventilschaft 9 in axialer
Richtung bewegbar im Ventilgehäuse 9 geführt. Dieses
ist hierzu im Bereich oberhalb des Auslasskanals 10 mit
einer Führungsbüchsenanordnung 11 versehen,
die vom Ventilschaft 8 durchgriffen wird, dessen oberes,
aus dem Ventilgehäuse 9 herausragendes
Ende mit einer auf das Ventilgehäuse 9 aufgesetzten
Betätigungseinrichtung 12 zur
Bewerkstelligung der axialen Hubbewegung des Ventils 6 zusammenwirkt.
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Zur Bewerkstelligung einer Rotatationsbewegung
des Ventils 6 ist diesem eine Rotiereinrichtung zugeordnet.
Im dargestellten Beispiel ist hierzu der den Auslasskanal 10 durchsetzende
Abschnitt des Ventilschafts 8 mit radial abstehenden Propellerflügeln 13 versehen,
die unter Wirkung des vorbeiströmenden
Abgases eine Drehbewegung erzeugen.
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Das Ventil 6 wird mittels
eines Kühlmittels, vorzugsweise
in Form von Kühlwasser,
gekühlt,
das durch das Ventil 6 durchleitbar ist. Hierzu ist der Schaft 8,
wie am besten aus 2 erkennbar
ist, mit einer axialen Kühlbohrung
versehen, die durch eine rohrförmige
Zwischenwand 14 in einen zentralen, zylinderförmigen Bereich
und einen diesen umgebenden, ringkanalförmigen Bereich unterteilt wird.
Im Ventilteller 7 ist eine Strömungsverbindung zwischen dem
unteren Ende des zentralen Bereichs und dem unteren Ende des diesen
umgebenden Bereichs vorgesehen.
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Das untere Ende des die Zwischenwand 14 bildenden
Rohrs ragt, wie 3 zeigt,
in eine durch einen Ring von der Kühlbohrung getrennte, im Bereich
des Ventiltellers 7 vorgesehene Kammer 30 hinein.
Der Ventilteller 7 ist mit einem im Bereich seines Außenumfangs,
also sitznah umlaufenden Kühlkanal 31 versehen,
der einerseits über
eine radiale Stichleitung mit der Kammer 30, die mit dem
Innenraum des die Zwischenwand 14 bildenden Rohrs kommuniziert,
und andererseits über
eine weitere Stichleitung mit dem außerhalb des die Zwischenwand 14 bildenden
Rohrs sich befindenden, ringkanalförmigen Bereich verbunden ist.
Das die Zwischenwand 14 bildende Rohr kann mit Abstand
vom Boden der Kammer 30 enden. Im dargestellten Beispiel
sitzt es auf dem Boden der Kammer 30 auf und ist mit einem
radialen Ausgang 32 versehen.
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Der zentrale Bereich innerhalb der
Zwischenwand 14 fungiert dabei als von oben nach unten
durchströmbarer
Vorlaufast 15, der ringförmige, äußere Bereich als von unten
nach oben durchströmbarer
Rücklaufast 16.
Der Vorlaufast 15 ist im Bereich seines oberen Endes über eine
den Schaft 8 durchgreifende, radiale Einlassbohrung 17 von
der Peripherie des Schafts 8 her zugänglich. Vom Rücklaufast 16 geht
eine den Schaft 8 durchgreifende, radiale Auslassbohrung 18 ab.
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Im dargestellten, besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
sind die Mittel zur Zu- und Ableitung des Kühlmittels zum bzw. vom Ventil 6 in
das Ventilgehäuse 9 bzw.
dessen Führungsbüchsenanordnung 11 integriert,
was eine besonders kompakte Bauweise ergibt. Die Führungsbüchsenanordnung 11 ist
hier mit einer den Ventilschaft 8 ringförmig umfassenden Vorlaufkammer 19 versehen,
die über eine
das Ventilgehäuse 9 durchgreifende
Stichleitung 20 an eine Kühlmittelversorgungseinrtchtung
anschließbar
ist und die so positioniert ist, dass sie in der der Schließstellung
des Ventils 6 zugeordneten Position der Einlassbohrung 17 mit
dieser kommuniziert. Die Auslassbohrung 18 mündet in
eine in der Führungsbüchsenanordnung 11 vorgesehene,
den Ventilschaft 8 ringförmig umfassende Rückführkammer 21,
die über
eine Verbindungsleitung 22 mit einer im Ventilgehäuse 9 vorgesehenen,
den Auslasskanal 10 umgebenden Kühlkammer 23 verbunden
ist, von der eine Entlastungsleitung 24 abgeht. Die Vorlaufkammer 19 und
die Rückführkammer 21 sind
als nach radial innen offene Nuten der Führungsbüchsenanordnung 11 ausgebildet.
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Über
die Stichleitung 20 wird das Kühlmittel, wie durch einen Eingangspfeil
angedeutet ist, zugeführt. Über die
Entlastungsleitung 24 wird das Kühlmittel, wie durch einen Ausgangspfeil
angedeutet ist, abgeführt. Über die
Stichleitung 20 und die Entlastungsleitung 24 ist
die dem Ventil 6 und Ventilgehäuse 9 zugeordnete
Kühleinrichtung
an eine Kühlmittel-Zirkulationseinrichtung
angeschlossen.
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In der den 1 und 2 zugrundeliegenden Position
des Ventils 6 gelangt das Kühlmittel von der Versorgungskammer 19 über die
Einlassbohrung 17 zum Vorlaufast 15. Vom unteren
Ende des Vorlaufasts 15 gelangt das Kühlmittel über das im Ventilteller 7 vorgesehene
Kanalsystem in den Rücklaufast 16, von
dem es über
die Auslassbohrung 18 in die Rückführkammer 21 und von
dieser über
die Verbindungsleitung 22 in die Kühlkammer 23 gelangt,
aus der es über
die Entlastungsleitung 24 abgeführt wird. Die vorstehend umrissene
Kühlmittelzirkulation
durch das Ventil 6 und das Ventilgehäuse 9 ist in 2 durch Strömungspfeile
verdeutlicht.
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Die axiale Erstreckung der den Ventilschaft 8 ringförmig umfassenden
Versorgungskammer 19 ist gegenüber den bekannten Anordnungen
stark reduziert und hier an den Durchmesser der Einlassbohrung 17 angenähert. Bei
der den 1 und 2 zugrundeliegenden Ausführung entspricht
die axiale Erstreckung der Versorgungskammer 19 dem Durchmesser
der Einlassbohrung 17. Hierdurch wird erreicht, dass die
oben erwähnte
Durchströmung
des Ventils 6 mit Kühlmittel
nur solange aufrechterhalten wird, solange die Einlassbohrung 17 ganz
oder teilweise in Deckung mit der zugeordneten Versorgungskammer 19 ist.
Diese ist hier, wie oben schon erwähnt wurde, so positioniert,
dass sie in der den 1 und 2 zugrundeliegenden Schließstellung
des Ventils 6 mit der Einlassbohrung 17 kommuniziert.
Sobald sich das Ventil 6 um den Durchmesser der Einlassbohrung 17 nach
unten bewegt hat, ist die Versorgungskammer 19 von der
Einlassbohrung 17 getrennt, wodurch die Kühlmittel-Zirkulation
durch das Ventil 6 unterbrochen ist.
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Die axiale Erstreckung der Rückführkammer 21 entspricht
im dargestellten Beispiel dem Hub des Ventils 6 zuzüglich des
Durchmessers der Auslassbohrung 18, so dass diese während des
gesamten Hubs des Ventils mit der zugeordneten Rückführkammer 21 kommuniziert.
Dennoch findet aber infolge der Unterbrechung der Verbindung zwischen
Versorgungskammer 19 und Einlassbohrung 17 keine Kühlmittel-Zirkulation durch
das Ventil 6 statt.
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Es wäre auch denkbar, zur Unterbrechung der
genannten Kühlmittel-Zirkulation die Rückführkammer 21 so
anzuordnen und auszubilden, dass sie nur in einem ausgewählten Bereich
der axialen Hubbewegung des Ventils 6 mit der Auslassbohrung 18 kommuniziert.
Denkbar wäre
es auch, beide Kammern, das heißt
die Versorgungskammer 17 und die Rückführkammer 18, so anzuordnen
und auszubilden, dass sie gleichzeitig nur in einem ausgewählten Bereich
der axialen Hubbewegung des Ventils 6 mit der zugeordneten
Einlassbohrung 17 bzw. Auslassbohrung 18 kommunizieren
und ansonsten geschlossen sind.
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Um die Bauhöhe des Ventilgehäuses 9 möglichst
knapp zu halten; sind die Versorgungskammer 19 und die
Rückführkammer 21 soweit
zusammengerückt,
dass ihr axialer Abstand a kleiner als der Hub des Ventils 6 ist.
Bei dem den 1 und 2 zugrundeliegenden Beispiel
entspricht dieser Abstand a dem Durchmesser der Eingangsbohrung 17,
zuzüglich
einer kleinen Dichtbreite. Aufgrund des geringen Abstands zwischen
Versorgungskammer 19 und Rückführkammer 21 sowie
aufgrund der geringen axialen Erstreckung der Versorgungskammer 19 und/oder
der Rückführkammer 21 kann
trotz vergleichsweise geringer Bauhöhe des Ventilgehäuses 9 ein
vergleichsweise langer Führungsbereich 25 der Führungsbüchsenanordnung 11 vorgesehen
sein, wie 2 anschaulich
zeigt. Der Führungsbereich 25 erstreckt
sich hier praktisch nahezu über
die halbe Länge
der Führungsbüchsenanordnung 11,
die oberhalb des Führungsbereichs 25 die
Rückfuhrkammer 21 und darüber die
Versorgungskammer 19 samt der diesen Kammern zugeordneten
Abdichteinrichtungen enthält.
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Die Versorgungskammer 19 und
die Rückführkammer 21 sind
durch am Ventilschaft 8 streifende Dichtringe 26 flankiert,
die eine zuverlässige
Abdichtung der Kammern gegeneinander sowie der Versorgungskammer 19 nach
oben und der Rückführkammer 21 nach
unten gewährleisten.
Aufgrund des geringen axialen Abstands der beiden Kammern genügt im Bereich
zwischen den beiden Kammern ein Dichtring 26, der beiden
Kammern zugeordnet ist. Der untere Dichtring 26 ist, wie 2 weiter zeigt, infolge
der großen
Länge des
Führungsbereichs 25 vergleichsweise
weit vom Auslasskanal 10 entfernt, so dass die Temperaturbeanspruchung
dieses Dichtrings gering ist. Die Verbindungsleitung 22 ist
durch an der äußeren Peripherie
der Führungsbüchsenanordnung 11 umlaufende
Dichtringe 27 nach oben bzw. unten abgedichtet.
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Um ein Eindringen von Verunreinigungen
in das durch die Dichtringe 26 gebildete Abdichtpaket zu
verhindern kann der Spalt zwischen Ventilschaft 8 und Führungsbereich 25 mit Öl beaufschlagt
werden. Auch dieses unterliegt dabei einer geringeren Temperaturbelastung.
Eine derartige Ölbeaufschlagung des
den Ventilschaft 8 umgebenden Spalts kann auch im Bereich
des oberen Endes des Abdichtpakets vorgesehen sein, wie in 2 durch eine nicht bezeichnete
Versorgungsleitung angedeutet ist.
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Die Anordnung gemäß 4 entspricht hinsichtlich ihres grundsätzlichen
Aufbaus der den 1 und 2 zugrundeliegenden Anordnung.
Für gleiche
Teile finden daher gleiche Bezugszeichen Verwendung.
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Im Unterschied zur Anordnung gemäß 1 und 2 ist bei dem der 4 zugrundeliegenden Beispiel der axiale
Abstand a' zwischen
der Versorgungskammer 19 und der Rückführkammer 21 kleiner
als der Durchmesser der Einlassbohrung 17. Hierdurch ergibt
sich, wie in 4 angedeutet
ist, zu Beginn der Abwärtsbewegung
und am Ende der Aufwärtsbewegung
des Ventils 6 eine Situation, in der die Einlassbohrung 17 sowohl
mit der Versorgungskammer 19 als auch mit der Rückführkammer 21 kommuniziert.
Auf diese Weise werden eine schlagartige Auf- bzw. Absteuerung der
Kühlmittel-Zirkulation
durch das Ventil 6 verhindert.
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Bei beiden Ausführungen sind die Versorgungskammer 19 und
die Rückführkammer 21 ringförmig ausgebildet,
so dass die Einlassbohrung 17 bzw. Auslassbohrung 18 unabhängig von
der Drehstellung des Ventils hiermit kommunizieren können. Die
durch eine geeignete Rotiereinrichtung bewerkstelligte Drehbewegung
des Ventils 6 beeinflusst daher die Kühlmittelzirkulation durch das
Ventil 6 nicht.
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Bei den dargestellten Beispielen
sind die Versorgungskammer 19 und die Rückführkammer 21 in die
im Ventilgehäuse 9 aufgenommene
Führungsbuchsenanordnung 11 integriert.
Es wäre
aber auch denkbar, die Versorgungskammer 19 und Rückführkammer 21 oberhalb
des Ventilgehäuses 9 anzuordnen.
Hierzu könnte
etwa ein zwischen dem Ventilgehäuse 9 und
der Ventilbetätigungseinrichtung 12 angeordneter,
die beiden Kammern enthaltender Gehäuseblock vorgesehen sein. Die
axiale Erstreckung der Versorgungskammer und der Rückführkammer könnte dabei
der Erstreckung in den oben beschriebenen Beispielen entsprechen.
Selbstverständlich müssten in
einem derartigen Fall auch der ventilseitige Einlass und Auslass
entsprechend höher
angeordnet sein.
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Die Erfindung ist ersichtlich nicht
auf das dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt.