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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Lüfterabdeckhauben und insbesondere auf Lüfterabdeckhauben, die vielseitig und modular sind.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die Verwendung von Lüftern zum Bewegen von Luft durch Wärmetauscher ist an sich bekannt, vor allem auf den Gebieten der Klimatechnik und der Kraftfahrzeugkühlung. In Kraftfahrzeugen werden die Lüfter in der Nachbarschaft von Kühlern verwendet, um entweder Luft durch den Kühler zu drücken oder Luft durch diesen zu ziehen und Flüssigkeiten, die durch den Motor und/oder andere Zusatzeinrichtungen zirkulieren, zu kühlen. Die Lüfter werden im Allgemeinen durch einen Elektromotor oder bei Kraftfahrzeugen über ein Getriebe von einem damit verbundenen Motor angetrieben. Die Lüfter sind üblicherweise so angeordnet, dass sich die radiale Ebene des Lüfters parallel zu einem Stirnabschnitt oder einer Oberfläche des zugeordneten Wärmetauschers wie etwa eines Kühlers erstreckt.
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Lüfter dieses Typs werden gewöhnlich als ”Axialströmungslüfter” bezeichnet. Um das Herstellen der Luftströmung in einer axialen Richtung zu unterstützen, werden im Allgemeinen Abdeckhauben verwendet. Luftströmungskomponenten in anderen Richtungen verschwenden im Allgemeinen Energie und können auf verschiedene mechanische Strukturen um den Wärmetauscher und/oder Kühler einwirken und das von dem System verursachte Gesamtgeräusch verstärken.
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Wenn die Systeme oder Fahrzeuge in großen Mengen vertrieben werden, sind für jedes der Produkte, Systeme oder Fahrzeuge im Allgemeinen individuelle Abdeckhauben vorgesehen, die für die bestimmte Luftströmung jenes besonderen Systems oder Fahrzeugs speziell entworfen sind. Die Abdeckhauben enthalten im Allgemeinen Schaufeln des einen oder des anderen Typs, die mit einer bestimmten Größe, Form und Winkelstellung versehen sind, um die Luftströmung durch das bestimmte System oder Fahrzeug zu optimieren. Es ist jedoch häufig unwirtschaftlich, gesonderte Abdeckhauben mit Schaufelentwürfen für ein bestimmtes System oder Fahrzeug bereitzustellen, die nicht in großen Mengen hergestellt oder vertrieben werden.
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Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Abdeckhauben- und Schaufelsystem zu schaffen, das kostengünstiger herzustellen ist und Produkten, Systemen oder Fahrzeugen Rechnung trägt, die im Allgemeinen nicht in großen Mengen vertrieben werden. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lüfterabdeckhauben- und Schaufelsystem mit modularen Komponenten, um in einfacher Weise eine Abänderung der Abdeckhaube für verschiedene Fahrzeuge und Produkte zu ermöglichen, zu schaffen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die obigen und weiteren Aufgaben der Erfindung werden durch die vorliegende Erfindung, bei der eine Lüfterabdeckhaube mit modularen Schaufelsätzen geschaffen wird, gelöst.
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Es ist ein Abdeckhaubenringelement vorgesehen, im Allgemeinen mit Montagebügeln bzw. Montageklammern oder Halterungen zum verbinden mit entweder dem Wärmetauscher/Kühler oder dem Motor. Für den Einbau in den Innendurchmesser des Abdeckhaubenrings sind mehrere modulare Schaufelsätze vorgesehen. Jedes der modularen Elemente besitzt eine Reihe von Schaufeln, die dazu verwendet werden, die Luftströmung zwischen dem Lüfter und dem Wärmetauscher/Kühler zu lenken. Es könnte irgendeine Anzahl von modularen Elementen vorgesehen sein, jedoch sind vorzugsweise für jeden Lüfterabdeckhaubenring drei bis acht modulare Elemente vorgesehen.
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Jedes der modularen Elemente besitzt ein gekrümmtes Grundelement, das für einen Sitz im Inneren des Ringelements angepasst ist. Jedes der modularen Elemente besitzt mehrere an ihm angeordnete Schaufelelemente, wobei die Schaufelelemente so entworfen sind, dass sie die Luftströmung für den bestimmten Motor oder das bestimmte Kühlsystem optimieren.
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An der Innenfläche des Abdeckhaubenringelements können mehrere Aussparungen oder Markierungen vorgesehen sein, um die modularen Elemente genau daran anzuordnen. Die modularen Elemente können in irgendeiner herkömmlichen Weise, entweder mit geeigneten Klebstoffen, mechanischen Befestigungen oder dergleichen, am Ringelement befestigt sein.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden deutlich aus der folgenden Beschreibung der Erfindung, wenn diese zusammen mit der begleitenden Zeichnung und den angehängten Ansprüchen durchgesehen wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine perspektivische Ansicht eines Motors mit einem Kühlsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt eine Lüfterabdeckhaube gemäß der vorliegenden Erfindung.
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3 zeigt den Anbau von modularen Schaufelsatzelementen an einen Abdeckhaubenring gemäß der vorliegenden Erfindung.
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4 zeigt eine komplette Lüfterabdeckhaube mit einem vollständigen Satz modularer Schaufelsatzelemente.
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5 ist eine Nahaufnahme der Anordnung eines modularen Schaufelsatzelements an einem Lüfterabdeckhaubenring gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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6 zeigt eine alternative Ausführungsform zum Befestigen modularer Schaufelsätze an einem Abdeckhaubenring.
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7 zeigt ein Element zur Verwendung in einem alternativen Abdeckhaubenring.
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BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Wie oben angegeben worden ist, schafft die vorliegende Erfindung einen einmaligen und erfinderischen Lüfterabdeckhaubenring mit Schaufeln, der in vielfältigen Anwendungen wie etwa der Klimatechnik und der Kraftfahrzeugkühlung verwendet werden kann. Die hier vorgelegte Beschreibung betreffend wird die vorliegende Erfindung lediglich mit Bezug auf eine bevorzugte Verwendung in Kühlsystemen für Kraftfahrzeuge beschrieben. Jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Beschreibung eingeschränkt; der Erfinder beansprucht sämtliche Vorteile und den gesamten Umfang der Erfindung, die die Verwendung der Lüfterabdeckhaube mit modularen Lüftersätzen in einer beliebigen Kühlsystemanwendung betrifft.
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In 1 ist zunächst ein Axialströmungslüfter 10 gezeigt, der an einem gestrichelt gezeigten Motor 15 angebracht ist. Der Lüfter 10 besitzt ein Mittelnabenelement 12, das im Allgemeinen genau am Ende 16 der Motorkurbelwelle am Motor befestigt ist. An der Vorderseite des Motors 15 ist ein Abdeckhaubenelement 20 angeordnet und befestigt, das so angeordnet ist, dass es den Lüfter 10 umgibt. Bei diesem System ist der Lüfter 10 zwischen dem Motor 15 und dem Kühler 30 angeordnet.
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Wie in 1 gezeigt ist, ist das Abdeckhaubenelement 20 durch mehrere Befestigungsbügel oder -klammern 22 an der Vorderseite des Motors 15 befestigt. In einer alternativen Ausführungsform kann das Abdeckhaubenelement 20 am Kühler befestigt sein. Das Statorelement 20 ist vorzugsweise am Motor 15 angebracht, jedoch um den Schaufelspalt zu verkleinern und dadurch den Lüfterwirkungsgrad zu erhöhen.
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Das Mittelnabenelement 12 besitzt mehrere Blattelemente 14, die sich radial nach außen erstrecken, wie es bei Lüftern, die in Kühlsystemen verwendet wird, typisch ist. Der Typ von Lüfter und die Konfiguration und die Anzahl von Blättern sind bezüglich der vorliegenden Erfindung nicht kritisch; es können jeder Typ von Lüfter und jede Form und jede Anzahl von Blattelementen verwendet werden. Die Form der Blattelemente 14 ist derart, dass beim Drehen des Lüfters 10 in Richtung R um eine Mittelachse 25 bewirkt wird, dass sich die Luft axial längs der Richtung der Mittelachse bewegt.
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In der gezeigten Ausführungsform ist auch eine Statoranordnung 35 dargestellt. Die Statoranordnung ist zwischen dem Kühler 30 und dem Abdeckhaubenelement 20 angeordnet und unterstützt das Lenken der Luftströmung axial durch den Kühler, den Lüfter und das Abdeckhaubenelement. Die Kühlerabdeckhaube 35 ist in irgendeiner herkömmlichen Weise wie etwa durch Montagebügel, Schrauben, Bolzen, Klebstoffe oder dergleichen mit dem Kühler gekoppelt.
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Das Statorelement 20 enthält ein äußeres Ringelement 50 und mehrere Statorschaufelelemente 60, die im Innendurchmesser oder in der Innfläche 52 des Ringelements 50 angeordnet sind.
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Um das Aufheben der Drehkomponente der Luftströmungsbewegung durch den Lüfter 10 zu unterstützen, ist jedes der Statorschaufelelemente 60 konkav bezüglich der Mittelachse 25 des Kühlsystems und in der Richtung der Krümmung der Blattelemente 14 leicht gekrümmt. Dadurch kann der größte Teil der Luftbewegung durch das Statorelement 20 in einer axialen Richtung zum Motor 15 gelenkt werden.
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Das Statorringelement 50 ist in 2 näher gezeigt. Die Bügelelemente 22 sind in irgendeiner herkömmlichen Weise wie etwa durch Schrauben, Bolzen oder dergleichen am Ringelement 50 befestigt. Wohlgemerkt kann das Statorelement in irgendeiner herkömmlichen Weise und mit irgendeinem Typ oder System der Verbindung oder Befestigung am Motor oder Kühler befestigt sein. Wie in 2 gezeigt ist, sind vier Bügelelemente 22 vorgesehen, jedoch kann jede Anzahl verwendet werden, die notwendig ist, um in irgendeiner herkömmlicher Weise das Statorelement am Motor zu befestigen.
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Das Statorringelement 50 ist vorzugsweise aus einem leichten, hochfesten Werkstoff wie etwa formgebundenem Kunststoff oder faserverstärktem Kunststoff gefertigt. Es könnte auch aus einem metallischen Werkstoff wie etwa Aluminium gefertigt sein. Ein gewöhnlicher Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass das Ringelement 50 auch aus anderen Werkstoffen gefertigt sein könnte, die leicht sind und eine hohe Festigkeit aufweisen, jedoch leicht zu verarbeiten sind.
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Wie in den 3–5 angegeben ist, sind mehrere modulare Schaufelsatzelemente 55 vorgesehen und am Ringelement 50 angeordnet. Die modularen Schaufelsatzelemente sind an der Innenfläche 52 des Ringelements 50 angeordnet.
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Jedes der modularen Schaufelsatzelemente 55 besitzt ein Grundelement 56 und mehrere Schaufelelemente 60. Die Grundelemente sind gekrümmt, um sich der Krümmung der Innenfläche des Ringelements 50 anzupassen, wobei die Schaufeln, wie oben erwähnt worden ist, eine konkave gekrümmte Struktur besitzen.
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Die Anzahl am Lüfterabdeckhaubenringelement 50 angeordneter modularer Schaufelsatzelemente 55 hängt von mehreren Faktoren ab. Diese Faktoren umfassen die mit dem Abformen der modularen Elemente verbundenen Kosten, die prinzipiell das Abformelement selbst enthalten. Diesbezüglich kann für jedes Ringelement 50 irgendeine Anzahl modularer Schaufelsatzelemente 55 vorgesehen sein, obwohl vorzugsweise drei bis acht modulare Schaufelsatzelemente vorgesehen sind. Diesbezüglich sind in den 3–4 acht modulare Schaufelsatzelemente gezeigt. Die Anzahl vorgesehener Schaufelsatzelemente ist ein Kompromiss zwischen den Kosten des Fertigens der modularen Schaufelsatzelemente und den Montagekosten.
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Vorzugsweise sind die modularen Schaufelsatzelemente aus einem Kunststoff abgeformt, entweder aus einem festen Harzwerkstoff oder einem mit entwickeltem Polymer (engineered Polymer) aufgefüllten Werkstoff, wobei die Füllung aus Glasfaser oder dergleichen besteht.
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Die Anzahl von Schaufelelementen 60, die für jedes der Statorelemente 50 vorgesehen ist, hängt von der Anwendung selbst ab. Die Anzahl vorgesehener Schaufelelemente hängt vom Abdeckhauben- und Kühlsystem sowie von der Anzahl modularer Schaufelsatzelemente, die für die Abdeckhaube verwendet werden sollen, ab. Es wird zurzeit geglaubt, dass 4–8 Schaufelelement an jedem der modularen Schaufelsatzelemente vorgesehen sein könnten, falls 3–8 modulare Schaufelsatzelemente für die Abdeckhaube vorgesehen sind.
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Die Schaufeln verleihen dem Kühlsystem mehr Leistungsvermögen. Die Schaufeln ermöglichen eine stärkere Luftströmung durch das Kühlsystem ohne Erhöhung von Energie oder denselben Luftströmungsbetrag mit weniger Energie. Die Form, die Höhe und die Krümmung der Schaufeln sind im Allgemeinen auf das bestimmte Kühlsystem, in dem sie verwendet werden, abgestimmt.
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Falls eine Lüfterabdeckhaube in großen Mengen für ein Fahrzeugkühlsystem oder ein anderes Kühlsystem bereitgestellt ist, ist die Abdeckhaube mit ihren zugehörigen Schaufeln im Allgemeinen auf jenes bestimmte System abgestimmt, wobei die Abdeckhauben aus einem einzigen einheitlichen Element abgeformt sind. Die vorliegende Erfindung ist jedoch besonders geeignet für Motoren und Produkte, die in kleineren Umfängen hergestellt werden, wo es unwirtschaftlich wäre, für jedes System eine einmalige, in einem Stück abgeformte Lüfterabdeckhaube bereitzustellen. Das modulare System gemäß der vorliegenden Erfindung verschafft Vielseitigkeit und Flexibilität bei der Verwendung einer Lüfterabdeckhaube mit einem bestimmten Kühlsystem. Die Abformkosten sind geringer und erlauben die Vornahme von Änderungen in einer einfachen Weise. Falls beispielsweise der Lüfter selbst ausgewechselt wird, könnten andere Schaufelelemente erforderlich sein. Die Form und die Konfiguration von Schaufelelementen wie etwa die Form, der Winkel und die Krümmung könnten entsprechend dem Lüfter und dem Kühlsystem, in dem der Lüfter und die Abdeckhaube angeordnet sind, wechseln.
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Die modularen Schaufelsatzelemente 55 können in irgendeiner herkömmlichen Weise am Abdeckhaubenelement 20 befestigt sein. Das Befestigungs- oder Verbindungselement kann ein mechanisches wie etwa Nieten, Schrauben oder andere Befestigungsmittel oder ein Klebeelement wie etwa Leim oder ein Hochtemperatur-Klebstoff sein. In der in den 2 bis 5 gezeigten Ausführungsform sind entsprechende Öffnungen 70 und 72 vorgesehen, um das Sichern der modularen Schaufelsatzelemente 55 am Abdeckhaubenring durch Schraubenbefestigungselemente 74 zu ermöglichen.
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Um die Luftströmung durch das Abdeckhaubenelement 20 zu verbessern und Turbulenzen, die durch die Vorderkante der Grundflächen 56 der modularen Schaufelsatzelemente 55 verursacht werden, zu vermeiden, besitzen zu diesem Zweck die Grundelemente 56 im Allgemeinen dünne Vorderkanten 58. Tatsächlich können die Querschnittsformen der Grundflächen 56 keilförmigen Elementen mit einer schmalen Vorderkante und einer weiteren Hinterkante gleichen.
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Es ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung auch möglich, eine Aussparung 80 an der Innenfläche 52 des Ringelements 50 vorzusehen. Die Aussparung kann 360° um den Umfang der Innenfläche des Ringelements 52 vorgesehen sein. Die modularen Schaufelsatzelemente 55 wären dann mit entsprechenden Vorderkantenformen und Krümmungen abgeformt, um in die Aussparungen zu passen und einen sanften Luftströmungsübergang zwischen dem Ringelement und den modularen Schaufelsatzelementen zu schaffen. Wiederum ist dies vorzugsweise in 5 gezeigt.
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Es ist auch einfach möglich, Markierungen oder Anzeigen an der Innenfläche 52 des Ringelements 50 vorzusehen, um das Anordnen und Anbringen der modularen Schaufelsatzelemente 55 an der Oberfläche 52 zu unterstützen.
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Die Schaufelelemente 60 sind symmetrisch und umfänglich um die Drehachse 25 des Lüfters angeordnet. Dies liefert das effizienteste Kühlsystem.
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Wie ein gewöhnlicher Fachmann auf dem Gebiet erkennen kann, besitzt die Ausgangsgeschwindigkeit der Luftströmung vom Lüfter 10, ausgedrückt in Kubikfuß pro Minute, eine Drehkomponente in der Bewegung infolge der Drehung der Lüfterblätter 14 in Richtung R und der durch den Anstellwinkel der Lüfterblätter 14 herbeigeführten linearen Komponente. Ferner beeinflussen die besondere Blattform und die besondere Blattanordnung, die Veränderung und der Anstellwinkel längs der Blattspannweite oder die Sehnenlänge, aufgenommen längs eines radialen Querschnitts, die in unmittelbarer Nähe des Lüfters 10 geschaffene Meldedruckverteilung und daher die Strömung bzw. den Durchfluss von Luft, die durch den Lüfter gegangen ist.
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Außerdem nimmt der statische Druck pro Einheitsluftdurchfluss umso mehr zu, je kleiner der Abstand zwischen den Spitzen der Blätter 14 und der Innenfläche des Abdeckhaubenelements 20 ist, im Vergleich zu Kühlsystemen, die einen größeren Abstand besitzen.
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Eine andere Möglichkeit, modulare Schaufelsätze an einem Abdeckhaubenring zu befestigen, ist in den 6 und 7 gezeigt. In dieser Ausführungsform 100 ist zwischen dem Abdeckhaubenring 104 und den modularen Schaufelsätzen 106 ein Ring- und Dichtungsverbindungselement 102 angeordnet. Das Element 102 sichert die Schaufelsätze am Abdeckhaubenring 104.
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Das Verbindungselement 102 ist vorzugsweise aus einem Metallwerkstoff wie etwa Aluminium gebildet und in der in 7 gezeigten Querschnittsform stranggepresst. Das Verbindungselement 102 besitzt einen ersten langgestreckten Flanschabschnitt 110, der an einer Seite ein Klemmelement 112 aufweist. Das Klemmelement ist aufgenommen, um in die in 6 gezeigte Stellung gedreht oder gezwungen zu werden, in der es fest nach unten auf den Abdeckhaubenring 104 klemmt. Um den Abdeckhaubenring fest zu ergreifen und zu halten, befinden sich am Klemmelement 112 mehrere Zahnelemente 120.
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Das Verbindungselement besitzt außerdem ein zweites langgestrecktes Flanschelement 122 mit einer langgestreckten Nut oder einem langgestreckten Kanal 124 und ein langgestrecktes Rippenelement 126. Der modulare Schaufelsatz 106 besitzt ein Grundelement 108, das einen langgestreckten Kanal oder eine langgestreckte Nut 128 zur Paarung mit dem Rippenelement 126 aufweist. Die Nut oder der Kanal 125 ist so ausgebildet, dass sie bzw. er mit der Vorderkante 130 der modularen Schaufelsätze zusammenpasst.
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Obwohl die Erfindung in Verbindung mit verschiedenen Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist sie nicht auf jene Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr deckt sie alle Alternativen, Modifikationen und Äquivalent ab, die dem Leitgedanken entsprechen und im Umfang der angehängten Ansprüche enthalten sind.
