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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Äquipotential-Fasereinheit für photoelektrische Hochspannungs-Kompositkabel und deren Herstellungsverfahren, insbesondere eine durchbruchshemmende optische Äquipotential-Fasereinheit für photoelektrische Hochspannungs-Kompositkabel, die keine Potentialdifferenz erzeugt, und deren Herstellungsverfahren.
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Technischer Hintergrund
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Mit der schnellen Entwicklung des Stromnetzbaus in China in den letzten Jahren erfahren optische Stromnetz-Faser zur Übertragung und Steuerung von Stromnetzinformation auch eine drastische Entwicklung, wobei u.a. optisches Erdseil (optical ground wire, OPGW) für optische Stromnetz-Fasereinheiten, dielektrische und selbsttragende optische Stromnetz-Kabel (All-dielectric self-supporting, ADSS) und optische Phasenleiter (optical phase conductor, OPPC) bereits breite Anwendung bei Stromübertragungsleitungen über große Entfernungen und städtischen Oberleitungen finden. Elektrische Stromnetzkabel wie z.B. Fluss- und See-überquerende elektrische Komposit-Seekabel für optische Fasereinheiten, photoelektrische Komposit-Seekabel für Stromversorgung von Offshore-Ölplattformen sowie elektrische Stromnetz-Kompositkabel für optische Fasereinheiten zur Verbindung von Windkraftanlagen und Umspannstationen teilen ein gemeinsames Merkmal, dass solche elektrische Stromnetzkabel optische Fasereinheiten umfassen, die zur Netzwerk-Kommunikation und Anlagensteuerung eingesetzt werden und sowohl zur Stromübertragung als auch als Informationsträger dienen können. Insbesondere bei unterseeischen elektrischen Kompositkabeln für optische Fasereinheiten werden durch Kombination von optischen Fasereinheiten und elektrischen Stromnetzkabeln nicht nur Herstellungskosten für Anlagen, sondern auch erhebliche unterseeische Flächenressourcen und Baukosten gespart, was wesentliche gesellschaftliche und wirtschaftliche Vorteile mit sich bringt.
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Darüber hinaus finden photoelektrische Hochspannungs-Kompositkabel und photoelektrische Hochspannungs-Komposit-Seekabel zunehmende Anwendung bei Stromübertragung und Stromnetzbau in China und weltweit in den letzten Jahren. Elektrische Kompositkabel für optische Fasereinheiten umfassen unvermeidlich optische Fasereinheiten, wobei Optikeinheiten, die Metall enthalten, unter Einwirkung eines elektrischen Felds eines elektrischen Kabels Verschleiß unterliegen und Wärme erzeugen können, wodurch die Übertragungsleistung und die Nutzungsdauer elektrischer und optischer Kabel zu gewissem Grad beeinträchtigt werden. Zudem besteht eine Potentialdifferenz zwischen einer allgemeinen nichtmetallischen Optikeinheit und deren peripherem elektrischem Kabel, wobei eine zu hohe Induktionsspannung in einem metallischen Element in Optikeinheiten leicht zum Durchbruch einer Schutzschicht führt, wodurch nicht nur die Nutzungsdauer der Optikeinheiten, sondern auch die Sicherheit für Personen und Anlagen beeinträchtigt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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In Bezug auf die vorstehend erläuterten Bedürfnisse und Nachteile liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Äquipotential-Fasereinheit für photoelektrische Hochspannungs-Kompositkabel und deren Herstellungsverfahren bereitzustellen, welche optische Fasereinheit durchbruchshemmend wirkt und keine Potentialdifferenz erzeugt.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine optische Äquipotential-Fasereinheit für photoelektrische Hochspannungs-Kompositkabel, die sich dadurch auszeichnet, dass die optische Äquipotential-Fasereinheit für photoelektrische Hochspannungs-Kompositkabel von innen nach außen jeweils aus einer optischen Faser, einer speziellen Wassersperr-Ölpaste zum Befüllen einer optischen Fasereinheit, einem metallischen Schutzrohr, einer Verstärkungsschicht aus halbleitendem Kunststoff, einer Metalldraht-Panzerschicht und einer Außenschutzschicht aus halbleitendem Kunststoff besteht, wobei die spezielle Wassersperr-Ölpaste zum Befüllen einer optischen Fasereinheit, das metallische Schutzrohr eines der Materialien Kupferband, 314 rostfreies Band und 316L rostfreies Band ist, die Verstärkungsschicht aus halbleitendem Kunststoff eines der Materialien halbleitendes Polyethylen niedriger Dichte und halbleitendes Polyethylen mittlerer Dichte ist, die Metalldraht-Panzerschicht durch Verdrillen von hochfesten Stahldrähten ausgebildet ist und die Außenschutzschicht aus halbleitendem Kunststoff eines der Materialien halbleitendes Polyethylen niedriger Dichte und halbleitendes Polyethylen mittlerer Dichte ist.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass für die Metalldraht-Panzerschicht hochfeste Stahldrähte mit einem Durchmesser von 1,2 bis 2,0 mm gewählt werden.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe ferner gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer optischen Äquipotential-Fasereinheit für photoelektrische Hochspannungs-Kompositkabel, welches zum Herstellen einer optischen Äquipotential-Fasereinheit für photoelektrische Hochspannungs-Kompositkabel dient und folgende Schritte umfasst:
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Schritt a: Auftragen eines zur Markierung dienenden Farbspektrums auf einer optischen Fasereinheit, Platzieren der mit dem Farbspektrum versehenen optischen Fasereinheit auf einen Abwickler konstanter Spannung und Voreinstellen der Abwickelspannung für die optische Fasereinheit auf 70 bis 90 g,
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Schritt b: Abwickeln der optischen Fasereinheit von dem Abwickler und Einführen in zusammengebundenem Zustand in eine metallische Schutzschicht auf einer Laserschweißmaschine, gleichmäßiges Eingießen einer speziellen Wassersperr-Ölpaste zum Befüllen einer optischen Fasereinheit in ein metallisches Schutzrohr vor dessen Verschweißen,
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Schritt c: Extrudieren einer Verstärkungsschicht aus halbleitendem Kunststoff mittels einer Kunststoffextrusionsmaschine, wobei bei dem Extrusionsvorgang die Betriebstemperatur der Kunststoffextrusionsmaschine zwischen 120°C und 180°C liegt und die Position der Extrusionsform derart eingestellt wird, dass der Mittelpunkt der Form auf der gleichen horizontalen Position wie der Mittelpunkt der Anlage steht und der umlaufende Spalt zwischen dem Formkern und der Formhülse gleich groß ausgebildet ist,
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Schritt d: Umschlingen der Verstärkungsschicht aus halbleitendem Kunststoff von außen mit einer Metalldraht-Panzerschicht, die mittels einer Metallpanzerungsmaschine angefertigt wird, wobei bei dem Panzerungsvorgang die Abwickelspannung der Metallpanzerungsmaschine zwischen 200 und 300 N und die Schlaglänge zwischen 300 und 350 mm liegt,
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Schritt e: Extrudieren einer Außenschutzschicht aus halbleitendem Kunststoff außerhalb der Metalldraht-Panzerschicht, welche Außenschutzschicht aus halbleitendem Kunststoff mittels einer Kunststoffextrusionsmaschine extrudiert wird, wobei bei dem Extrusionsvorgang die Betriebstemperatur der Kunststoffextrusionsmaschine auf 120°C bis 180°C eingestellt und die Position der Extrusionsform derart eingestellt wird, dass der Mittelpunkt der Form auf der gleichen horizontalen Position wie der Mittelpunkt der Anlage steht und der umlaufende Spalt zwischen dem Formkern und der Formhülse gleich groß ausgebildet ist.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in Schritt b das metallische Schutzrohr eine Dicke von 0,2 bis 0,3 mm aufweist und beim Verschweißen des metallischen Schutzrohres Argon als Schutzgas verwendet wird, wobei beim Verschweißen die Schweißleistung 5 bis 10 kW und die Schweißgeschwindigkeit 20 bis 25 m/min beträgt.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in Schritt c ein Kühlungsvorgang bei der Extrusion der Verstärkungsschicht aus halbleitendem Kunststoff vorgesehen ist, bei welchem Kühlungsvorgang nach dem Austreten aus einem Extrusionskopf der Kunststoffextrusionsmaschine eine Abkühlung mittels eines Kühlwassertanks erfolgt, welcher Kühlwassertank in 6 Abschnitte mit jeweils einer Länge von 4,5 m unterteilt ist, wobei die Wassertemperatur in jedem Abschnitt des Wassertanks bei 35°C bis 45°C beibehalten wird, wobei das Aufwickeln mittels einer Aufwickelspannung von 50 bis 100 N erfolgt.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in Schritt d die hochfesten Stahldrähte der Metalldraht-Panzerschicht vor der Verdrillung vorverformt werden, wobei die Vorverformungshöhe 80% bis 90% des Verdrillungsdurchmessers und die Vorverformungslänge 85% bis 95% der Schlaglänge beträgt, wobei das Aufwickeln mittels einer Aufwickelspannung von 500 bis 600 N erfolgt und der Durchmesser der Aufwickelrolle nicht kleiner als 300 mm beträgt.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in Schritt e ein Kühlungsvorgang bei der Extrusion der Außenschutzschicht aus halbleitendem Kunststoff vorgesehen ist, bei welchem Kühlungsvorgang nach dem Austreten aus einem Extrusionskopf der Kunststoffextrusionsmaschine eine Abkühlung mittels eines Kühlwassertanks erfolgt, welcher Kühlwassertank in 6 Abschnitte mit jeweils einer Länge von 4,5 m unterteilt ist, wobei die Wassertemperatur in jedem Abschnitt des Wassertanks bei 35°C bis 45°C beibehalten wird, wobei das Aufwickeln mittels einer Aufwickelspannung von 500 bis 600 N erfolgt.
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Die vorliegende Erfindung zeichnet sich durch die Vorteile aus, dass bei der erfindungsgemäßen optischen Äquipotential-Fasereinheit für photoelektrische Hochspannungs-Kompositkabel und deren Herstellungsverfahren eine Schutzschicht zum verstärkten Schutz der optischen Fasereinheit vor Beschädigung durch äußere Kraft außerhalb der optischen Fasereinheit während des Herstellungsvorgangs der optischen Fasereinheit zusätzlich vorgesehen ist, wobei die einzelnen Schutzschichten elektrische Verbindungen mittels metallischer und nichtmetallischer Werkstoffe schützen und das gleiche Potential aufweisen. Unter Einwirkung eines elektrischen Felds eines elektrischen Kabels entsteht zwischen den metallischen und nichtmetallischen Schutzschichten keine Potentialdifferenz und somit bilden die ganze Optikeinheit und andere Strukturen des photoelektrischen Kompositkabels ebenfalls einen Äquipotentialkörper, so dass weitere Strukturen, die die Optikeinheit und das elektrische Kabel verwenden, keine Potentialdifferenz aufweisen, wodurch nicht nur ein Durchbruch der Optikeinheit infolge einer zu hohen Induktionsspannung als auch ein Durchbruch zwischen der Optikeinheit und der Hochspannungs-Kabelader ausgeschlossen werden, was zum Gewährleisten der Sicherheit der Optikeinheit und des Kabels und auch zum Verlängern der Nutzungsdauer des Kabels beiträgt.
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Die vorliegende Erfindung findet Anwendung bei der Produktion und Herstellung der optischen Fasereinheiten von verschiedenen photoelektrischen Hochspannungs-Kompositkabeln, elektrischen Kompositkabeln für optische Fasereinheiten, photoelektrischen Komposit-Seekabeln und anderen elektrischen Stromnetzkabeln, die optische Fasereinheiten umfassen. Dabei dienen die metallischen und nichtmetallischen Teile in einer optischen Fasereinheit zum Beibehalten ihrer Äquipotential gegenüber anderen Strukturen und die Kraftaufnahmeteile zum Schutz der optischen Fasereinheit vor Beschädigung durch Zugkraft, Druckkraft und andere äußere Kraft und somit zum Aufrechterhalten störungsfreien Betriebs der optischen Fasereinheit. Die optische Fasereinheit in der optischen Fasereinheit kann verschiedene Informationsübertragung- und automatische Steuerungsfunktionen ermöglichen. Im Zuge der Herstellung einer optischen Fasereinheit wird eine Äquipotential-Schutzschichtstruktur außerhalb der optischen Fasereinheit verwendet, um die Äquipotential der Schutzschicht der ganzen optischen Fasereinheit nicht nur gegenüber sich selbst, sondern auch gegenüber anderen damit in Berührung stehenden Elementen des elektrischen Kabels in der Nähe zu verwirklichen, so dass die optische Fasereinheit und alle elektrischen Elemente in der Nähe das gleiche Potential aufweisen, was zum Schutz der Vollständigkeit der optischen Fasereinheitsstruktur und anderer Struktur des photoelektrischen Kompositkabels beiträgt und gute Kommunikationsfunktion aufrechterhält.
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Darstellung der Abbildungen
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Nachfolgend wird anhand konkreter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf beiliegende Zeichnungen auf die vorliegende Erfindung näher eingegangen. Es zeigt
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1 den Aufbau einer optischen Äquipotential-Fasereinheit für photoelektrische Hochspannungs-Kompositkabel in einer schematischen Darstellung.
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Dabei stehen 1 für optische Fasereinheit, 2 für spezielle Wassersperr-Ölpaste zum Befüllen einer optischen Fasereinheit, 3 für metallisches Schutzrohr, 4 für Verstärkungsschicht aus halbleitendem Kunststoff, 5 für Metalldraht-Panzerschicht und 6 für Außenschutzschicht aus halbleitendem Kunststoff.
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Konkrete Ausführungsformen
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Die optische Äquipotential-Fasereinheit 1 für photoelektrische Hochspannungs-Kompositkabel gemäß der vorliegenden Erfindung besteht von innen nach außen jeweils aus einer optischen Faser 1, einer speziellen Wassersperr-Ölpaste zum Befüllen einer optischen Fasereinheit 2, einem metallischen Schutzrohr 3, einer Verstärkungsschicht aus halbleitendem Kunststoff 4, einer Metalldraht-Panzerschicht 5 und einer Außenschutzschicht aus halbleitendem Kunststoff 6, wobei die spezielle Wassersperr-Ölpaste zum Befüllen einer optischen Fasereinheit 2, das metallische Schutzrohr 3 eines der Materialien Kupferband, 314 rostfreies Band und 316L rostfreies Band ist, die Verstärkungsschicht aus halbleitendem Kunststoff 4 eines der Materialien halbleitendes Polyethylen niedriger Dichte und halbleitendes Polyethylen mittlerer Dichte ist, die Metalldraht-Panzerschicht 5 durch Verdrillen von hochfesten Stahldrähten ausgebildet ist und die Außenschutzschicht aus halbleitendem Kunststoff 6 eines der Materialien halbleitendes Polyethylen niedriger Dichte und halbleitendes Polyethylen mittlerer Dichte ist.
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Wenn für das metallische Schutzrohr 3 ein Kupferband gewählt wird, soll das Reinheitsgrad des Kupferbands nicht geringer als 99.9% betragen, wobei für die Metalldraht-Panzerschicht 5 hochfeste Stahldrähte mit einem Durchmesser von 1,2 bis 2,0 mm gewählt wird und die Metalldraht-Panzerschicht 5 vor allem zum Erhöhen der Druckfestigkeit und Zugfestigkeit der optischen Fasereinheit 1 dient, welche optische Fasereinheit 1 aus 2 bis 96 Fasereinheiten 1 besteht, wobei außerhalb des metallischen Schutzrohres 3 eine Verstärkungsschicht aus halbleitendem Kunststoff 4 extrudiert wird, um die Festigkeit des metallischen Schutzrohres 3 gegen Seitendruck zu verstärken.
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Das Herstellungsverfahren der optischen Äquipotential-Fasereinheit 1 für photoelektrische Hochspannungs-Kompositkabel umfasst folgende Schritte:
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Schritt a: Auftragen eines zur Markierung dienenden Farbspektrums auf einer optischen Fasereinheit 1, Platzieren der mit dem Farbspektrum versehenen optischen Fasereinheit 1 auf einen Abwickler konstanter Spannung und Voreinstellen der Abwickelspannung für die optische Fasereinheit 1 auf 70 bis 90 g,
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Schritt b: Abwickeln der optischen Fasereinheit 1 von dem Abwickler und Einführen in zusammengebundenem Zustand in eine metallische Schutzschicht auf einer Laserschweißmaschine, gleichmäßiges Eingießen einer speziellen Wassersperr-Ölpaste zum Befüllen einer optischen Fasereinheit 2 in ein metallisches Schutzrohr 3 vor dessen Verschweißen,
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Schritt c: Extrudieren einer Verstärkungsschicht aus halbleitendem Kunststoff 4 mittels einer Kunststoffextrusionsmaschine, wobei bei dem Extrusionsvorgang die Betriebstemperatur der Kunststoffextrusionsmaschine zwischen 120°C und 180°C liegt und die Position der Extrusionsform derart eingestellt wird, dass der Mittelpunkt der Form auf der gleichen horizontalen Position wie der Mittelpunkt der Anlage steht und der umlaufende Spalt zwischen dem Formkern und der Formhülse gleich groß ausgebildet ist,
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Schritt d: Umschlingen der Verstärkungsschicht aus halbleitendem Kunststoff 4 von außen mit einer Metalldraht-Panzerschicht 5, die mittels einer Metallpanzerungsmaschine angefertigt wird, wobei bei dem Panzerungsvorgang die Abwickelspannung der Metallpanzerungsmaschine zwischen 200 und 300 N und die Schlaglänge zwischen 300 und 350 mm liegt,
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Schritt e: Extrudieren einer Außenschutzschicht aus halbleitendem Kunststoff 6 außerhalb der Metalldraht-Panzerschicht 5, welche Außenschutzschicht aus halbleitendem Kunststoff 6 mittels einer Kunststoffextrusionsmaschine extrudiert wird, wobei bei dem Extrusionsvorgang die Betriebstemperatur der Kunststoffextrusionsmaschine auf 120°C bis 180°C eingestellt und die Position der Extrusionsform derart eingestellt wird, dass der Mittelpunkt der Form auf der gleichen horizontalen Position wie der Mittelpunkt der Anlage steht und der umlaufende Spalt zwischen dem Formkern und der Formhülse gleich groß ausgebildet ist.
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Dabei weist in Schritt b das metallische Schutzrohr 3 eine Dicke von 0,2 bis 0,3 mm auf und beim Verschweißen des metallischen Schutzrohres 3 wird Argon als Schutzgas verwendet, wobei beim Verschweißen die Schweißleistung 5 bis 10 kW und die Schweißgeschwindigkeit 20 bis 25 m/min beträgt. In Schritt c ist ein Kühlungsvorgang bei der Extrusion der Verstärkungsschicht aus halbleitendem Kunststoff 4 vorgesehen, bei welchem Kühlungsvorgang nach dem Austreten aus einem Extrusionskopf der Kunststoffextrusionsmaschine eine Abkühlung mittels eines Kühlwassertanks erfolgt, welcher Kühlwassertank in 6 Abschnitte mit jeweils einer Länge von 4,5 m unterteilt ist, wobei die Wassertemperatur in jedem Abschnitt des Wassertanks bei 35°C bis 45°C beibehalten wird, wobei das Aufwickeln mittels einer Aufwickelspannung von 50 bis 100 N erfolgt. In Schritt d werden die hochfesten Stahldrähte der Metalldraht-Panzerschicht vor der Verdrillung vorverformt, wobei die Vorverformungshöhe 80% bis 90% des Verdrillungsdurchmessers und die Vorverformungslänge 85% bis 95% der Schlaglänge beträgt, wobei das Aufwickeln mittels einer Aufwickelspannung von 500 bis 600 N erfolgt und der Durchmesser der Aufwickelrolle nicht kleiner als 300 mm beträgt. In Schritt e ist ein Kühlungsvorgang bei der Extrusion der Außenschutzschicht aus halbleitendem Kunststoff 6 vorgesehen ist, bei welchem Kühlungsvorgang nach dem Austreten aus einem Extrusionskopf der Kunststoffextrusionsmaschine eine Abkühlung mittels eines Kühlwassertanks erfolgt, welcher Kühlwassertank in 6 Abschnitte mit jeweils einer Länge von 4,5 m unterteilt ist, wobei die Wassertemperatur in jedem Abschnitt des Wassertanks bei 35°C bis 45°C beibehalten wird, wobei das Aufwickeln mittels einer Aufwickelspannung von 500 bis 600 N erfolgt.
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Zudem kann die optische Fasereinheit 1 gemäß der vorliegenden Erfindung bei elektrischen Stromnetzkabeln mit einer Spannung von 35kV bis 500kV eingesetzt werden, wobei als Kabelader 1 bis 3 optische Fasereinheiten 1 gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
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Bisher wurde ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Ausführungsbeispiel ausführliche erläutert, welches lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt und nicht als Beschränkung des Ausführungsumfangs der Erfindung anzusehen ist. Jegliche gleichwertige Abänderungen und Verbesserungen im Rahmen des beanspruchten Umfangs der Erfindung sind von dem Umfang der vorliegenden Erfindung umfasst.
