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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Betriebszustandes einer Zündvorrichtung einer Verbrennungskraftmaschine. Ferner betrifft die Erfindung eine Detektionseinrichtung sowie ein Motorarbeitsgerät.
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Stand der Technik
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Eine Zündvorrichtung einer Verbrennungskraftmaschine dient dazu, einen Verbrennungsvorgang der Verbrennungskraftmaschine zu starten. Die Zündvorrichtung weist üblicherweise eine Zündspule, einen mechanischen oder elektronischen Zündunterbrecher, ein oder mehrere Zündkerzenkabel und ein oder mehrere Zündkerzen auf. Von der Zündspule und dem Zündunterbrecher kann eine Zündspannung erzeugt werden, welche über die Zündkerzenkabel an die Zündkerzen übertragen wird. An den Zündkerzen springt der durch die Zündspannung erzeugte Zündfunke zwischen einer keramisch isolierten Mittelelektrode und einer an einem Befestigungsgewinde fixierten Masseelektrode über und startet damit den Verbrennungsvorgang der Verbrennungskraftmaschine. Bei bestimmten Randbedingungen kann es jedoch bei dem Startvorgang zu Problemen kommen, wodurch der Startvorgang abgebrochen wird.
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Ist die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise in einem Motorarbeitsgerät angeordnet, welche eine manuell betätigbare Chokeklappe aufweist, kann es zu einem Motorstopp wegen Überfettung in der Startphase kommen, wenn die Chokeklappe nicht ordnungsgemäß bedient wird. Bei einem fehlerhaften Bedienen der Chokeklappe kann es beispielsweise dazu kommen, dass die Zündkerzen mit Kraftstoff benetzt werden, wodurch ein Auslösen eines Zündfunkens verhindert wird. Tritt dieser Zustand ein, erhält der Anwender jedoch keine Rückmeldung darüber, was der Grund dafür ist, dass sich die Verbrennungskraftmaschine nicht starten lässt. Will der Anwender den Grund finden, so kann er diesen nur mittels einer visuellen Prüfung der Zündkerzen ermitteln, wozu die Zündkerzen aus der Zündvorrichtung durch Herausschrauben entfernt werden müssen, was umständlich und zeitaufwändig ist.
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Darstellung der Erfindung: Aufgabe, Lösung, Vorteile
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Betriebszustandes einer Verbrennungskraftmaschine, eine Detektionseinrichtung sowie ein Motorarbeitsgerät zur Verfügung zu stellen, mittels welchen die Bestimmung des Betriebszustandes der Zündvorrichtung einer Verbrennungskraftmaschine für einen Anwender vereinfacht werden kann.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Bei einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Betriebszustandes einer Zündvorrichtung einer Verbrennungskraftmaschine erfolgt die Lösung der Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass mittels einer Messeinrichtung eine von der Zündvorrichtung erzeugte Zündspannung gemessen wird, mittels einer Auswerteeinheit ein Verlauf der gemessenen Zündspannung erzeugt und ausgewertet wird, und mittels des ausgewerteten Verlaufs der gemessenen Zündspannung der Betriebszustand der Zündvorrichtung, insbesondere ob die Zündvorrichtung in Betrieb ist, bestimmt wird.
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Die Vorrichtung zeichnet sich somit dadurch aus, dass der Betriebszustand der Zündvorrichtung und damit auch der Zustand einer oder mehrerer Zündkerzen einer Zündvorrichtung nunmehr anhand der Zündspannung ermittelt werden kann. Dafür wird die Zündspannung während eines Startvorgangs der Verbrennungskraftmaschine in einer Messeinrichtung gemessen. Die gemessene Zündspannung kann dann in einem Diagramm über die Zeit aufgezeichnet werden, wodurch ein Verlauf der gemessenen Zündspannung erzeugt werden kann. Das Erzeugen dieses Verlaufs kann in einer Auswerteeinheit erfolgen. Dieser Verlauf der gemessenen Zündspannung über die Zeit, d. h. die Dauer des Startvorgangs, kann anschließend in der Auswerteeinheit ausgewertet werden, wobei dies derart erfolgt, dass über den Verlauf der gemessenen Zündspannung Rückschlüsse auf den Betriebszustand der Zündvorrichtung und den Zustand der Zündkerze erfolgen können. Dadurch, dass nunmehr über den Verlauf der gemessenen Zündspannung Rückschlüsse auf den Betriebszustand der Zündvorrichtung und den Zustand der Zündkerze möglich sind, ist keine direkte, visuelle Prüfung der Zündkerze mehr notwendig, um den Zustand der Zündkerze zu ermitteln. Der Anwender kann nunmehr schnell und ohne großen Aufwand über die gemessene Zündspannung beispielsweise Informationen darüber bekommen, ob ein Startvorgang einer Verbrennungskraftmaschine nicht erfolgen konnte, da kein Zündfunke, beispielsweise aufgrund der Benetzung der Zündkerze mit Kraftstoff, ausgelöst werden konnte. Diese nunmehr erlangten Informationen können beispielsweise auch für das Schalten von Aktuatoren oder Zuständen genutzt werden.
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Ob ein Zündfunke ausgelöst wurde, d. h. ob ein Funkenüberschlag während des Startvorgangs erfolgt ist, kann beispielsweise durch Ermitteln eines Maximumwertes Umax im Verlauf der gemessenen Zündspannung festgestellt werden. In Abhängigkeit der Höhe des Maximumwertes Umax der Zündspannung, insbesondere der positiven Zündspannung, kann bestimmt werden, ob ein Zündfunke ausgelöst werden konnte oder nicht. Wurde kein Zündfunke ausgelöst, kann darauf geschlossen werden, dass der Motor der Verbrennungskraftmaschine aufgrund Überfettung in der Startphase gestoppt wurde, da die Zündkerze beispielsweise aufgrund einer fehlerhaften Betätigung einer Chokeklappe zuvor mit Kraftstoff benetzt wurde. In aufwändigen Messungen wurde herausgefunden, dass ein Funkenüberschlag stattfindet, wenn die positive Zündspannung einen Wert von Umax = 2,5 kV nicht überschreitet. Ist der Maximumwert Umax der positiven Zündspannung somit ≤ 2,5 kV, vorzugsweise in einem Bereich von 1 kV ≤ Umax ≤ 2,5 kV, findet ein Funkenüberschlag statt und die Verbrennungsmaschine kann gestartet werden. Ist der Maximumwert Umax der positiven Zündspannung hingegen > 2,5 kV, findet kein Funkenüberschlag statt, so dass die Verbrennungsmaschine nicht gestartet werden kann bzw. der Startvorgang abgebrochen wird.
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Zusätzlich oder alternativ zu der Ermittlung eines Maximumwertes Umax im Verlauf der gemessenen Zündspannung kann eine Steigung im Verlauf der gemessenen Zündspannung ermittelt werden, anhand welcher ebenfalls festgestellt werden kann, ob ein Funkenüberschlag beim Startvorgang erfolgt ist. Die Steigung wird vorzugsweise im Verlauf der negativen Zündspannung ermittelt und zur Auswertung herangezogen.
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Die Auswertung der Steigung im Verlauf der negativen Zündspannung kann beispielsweise derart erfolgen, dass aus dem Verlauf der gemessenen Zündspannung eine Steigung eines Zündspannungsabfalls ΔUSpannungsabfall und eine Steigung eines Zündspannungsanstiegs ΔUSpannungsanstieg ermittelt wird, wobei die ermittelte Steigung des Zündspannungsabfalls ΔUSpannungsabfall mit der ermittelten Steigung des Zündspannungsanstiegs ΔUSpannungsanstieg verglichen werden kann. Ist die Steigung des Zündspannungsabfalls ΔUSpannungsabfall der negativen Zündspannung größer als die Steigung des Zündspannungsanstiegs ΔUSpannungsanstieg der negativen Zündspannung, kann daraus geschlossen werden, dass ein Funkenüberschlag beim Startvorgang erfolgt ist. Ist die Steigung des Zündspannungsabfalls ΔUSpannungsabfall der negativen Zündspannung in etwa gleich groß oder sogar kleiner als die Steigung des Zündspannungsanstiegs ΔUSpannungsanstieg der negativen Zündspannung, kann daraus geschlossen werden, dass kein Funkenüberschlag ausgelöst wurde und der Motor der Verbrennungskraftmaschine daher beim Startvorgang gestoppt wurde. Ist somit im Verlauf der negativen Zündspannung das Verhältnis ΔUSpannungsabfall/ΔUSpannungsanstieg > 1 findet ein Funkenüberschlag statt und der Startvorgang der Verbrennungskraftmaschine kann ausgeführt werden. Ist hingegen im Verlauf der negativen Zündspannung das Verhältnis ΔUSpannungsabfall/ΔUSpannungsanstieg ≤ 1 findet kein Funkenüberschlag statt und der Startvorgang der Verbrennungskraftmaschine wird abgebrochen.
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Der ermittelte Betriebszustand der Zündvorrichtung kann einem Anwender mittels einer Anzeigeeinheit angezeigt werden. Über die Anzeigeeinheit kann ein Anwender mitgeteilt bekommen, ob der Motor der Verbrennungskraftmaschine aufgrund Überfettung in der Startphase gestoppt wurde, da kein Funkenüberschlag beim Startvorgang ausgelöst werden konnte, beispielsweise da die Zündkerze mit Kraftstoff benetzt wurde. Einem Anwender kann der Zustand der Zündkerze damit, ohne dass er die Zündkerze in aufwändiger und zeitintensiver Arbeit ausbauen muss, schnell und eindeutig angezeigt werden. Das Anzeigen des Betriebszustandes der Zündvorrichtung und damit auch direkt oder indirekt des Zustandes der Zündkerze an der Anzeigeeinheit kann beispielsweise visuell und/oder akustisch erfolgen. Für die visuelle Anzeige kann die Anzeigeeinheit einen Bildschirm aufweisen, an welchem dem Anwender der Betriebszustand der Zündvorrichtung und/oder der Zustand der Zündkerze bildlich oder textlich angezeigt werden kann. Eine akustische Anzeige kann beispielsweise über die Ausgabe eines Warntons oder eines Signaltons erfolgen. Zusätzlich zu dem ermittelten Betriebszustand kann die Anzeigeeinheit einem Anwender vorzugsweise auch Informationen zu der weiteren Vorgehensweise bzw. Handhabung anzeigen, um den Motor wieder starten zu können.
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Bei einer Detektionseinrichtung zum Bestimmen eines Betriebszustandes einer Zündvorrichtung einer Verbrennungskraftmaschine erfolgt die Lösung der Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass diese eine Messeinrichtung zum Messen einer von der Zündvorrichtung erzeugten Zündspannung und eine Auswerteeinheit zum Erzeugen und Auswerten eines Verlaufs der gemessenen Zündspannung aufweist. Die Detektionseinrichtung ermöglicht somit eine Zündspannung während eines Startvorgangs einer Verbrennungskraftmaschine zu messen und anhand eines mittels der gemessenen Messwerte ermittelten Verlaufs der Zündspannung über die Zeit eine Information darüber zu geben, ob ein Funkenüberschlag beim Startvorgang der Verbrennungskraftmaschine erfolgt ist, wobei anhand der Bestimmung, ob ein Funkenüberschlag stattgefunden hat, die Detektionseinrichtung ermitteln kann, ob die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise aufgrund einer Benetzung einer Zündkerze mit Kraftstoff der Motor der Verbrennungskraftmaschine während des Startvorgangs gestoppt wurde. Dadurch, dass nunmehr mittels der Detektionseinrichtung über den Verlauf der gemessenen Zündspannung unmittelbar Rückschlüsse auf den Betriebszustand der Zündvorrichtung und damit auch den Zustand der Zündkerze möglich sind, ist keine direkte, visuelle Prüfung der Zündkerze mehr notwendig, um den Zustand der Zündkerze und damit den Grund, warum der Startvorgang nicht erfolgreich war, zu ermitteln. Der Anwender kann nunmehr mittels der Detektionseinrichtung schnell und ohne großen Aufwand über die gemessene Zündspannung Informationen beispielsweise darüber bekommen, ob ein Startvorgang einer Verbrennungskraftmaschine nicht erfolgen konnte, da kein Zündfunke, beispielsweise aufgrund der Benetzung der Zündkerze mit Kraftstoff, ausgelöst werden konnte.
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Eine derartige, wie vorstehend aus- und weitergebildete Detektionseinrichtung kann beispielsweise in einem Motorarbeitsgerät, insbesondere einem handgehaltenen Motoarbeitsgerät, wie einem Trennschleifer oder einer Kettensäge, angeordnet sein. Das Motorarbeitsgerät kann eine manuell betätigbare Chokeklappe aufweisen. Mittels der in dem Motorarbeitsgerät integrierten Detektionseinrichtung kann ein Anwender eine Rückmeldung über den Betriebszustand der Zündvorrichtung erhalten, wobei der Anwender durch die Rückmeldung mitgeteilt bekommen kann, wenn er die Chokeklappe beim Kaltstart des Motorarbeitsgerätes nicht ordnungsgemäß bedient, da hierdurch die Gefahr bestehen kann, dass die Zündkerze mit Kraftstoff benetzt wird und damit kein Startvorgang mehr möglich ist. Dadurch kann die Handhabung des Motoarbeitsgerätes beim Startvorgang vereinfacht werden, wobei insbesondere ein zu häufiges Starten des Motorarbeitsgerätes mit geschlossener Chokeklappe vermieden werden kann. Das Motoarbeitsgerät kann ferner einen Controller aufweisen, der in einer elektrischen Kontrolleinheit (ECU) oder in der Zündvorrichtung angeordnet sein kann, wobei mittels des Controllers die Zündspannung überwacht werden kann. Die Information, ob die Verbrennungskraftmaschine betriebsbereit ist, d. h. der Startvorgang ausgeführt wurde, oder ob der Motor der Verbrennungskraftmaschine gestoppt wurde, die der Anwender durch die Detektionseinrichtung erhalten kann, kann von dem Anwender für das Schalten eines Zustandes, wie beispielsweise einem Ausschalten der Chokestellung, oder lediglich als Hinweis genutzt werden.
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Das Motorarbeitsgerät kann eine Anzeigeeinheit aufweisen, welche mit der Detektionseinrichtung verbunden ist. Über die Anzeigeeinheit kann einem Anwender die sich aus dem Betriebszustand der Zündvorrichtung ergebende Information mitgeteilt werden, dass der Startvorgang der Verbrennungskraftmaschine abgebrochen wurde, da kein Funkenüberschlag beim Startvorgang ausgelöst werden konnte, beispielsweise da die Zündkerze mit Kraftstoff benetzt wurde, oder die Information, dass der Startvorgang erfolgreich gewesen ist und die Verbrennungskraftmaschine betriebsbereit ist. Einem Anwender kann der Betriebszustand der Zündvorrichtung und damit der Zustand der Zündkerze mit der Anzeigeeinheit, ohne dass er die Zündkerze in aufwändiger und zeitintensiver Arbeit ausbauen muss, schnell und eindeutig angezeigt werden. Die Anzeigeeinheit kann beispielsweise in ein Gehäuse des Motorarbeitsgerätes integriert sein.
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Zur Übermittlung des Betriebszustandes der Zündvorrichtung an einen Anwender kann die Anzeigeeinheit eine visuelle Anzeige und/oder eine akustische Anzeige aufweisen. Für die visuelle Anzeige kann die Anzeigeeinheit einen Bildschirm aufweisen, an welchem dem Anwender der Betriebszustand der Zündvorrichtung und/oder der Zustand der Zündkerze bildlich oder textlich angezeigt werden kann. Der Bildschirm kann beispielsweise in eine Außenfläche des Gehäuses des Motorarbeitsgerätes integriert sein, so dass ein Anwender den Bildschirm schnell im Blick hat und damit schnell die Information über den Zustand der Zündvorrichtung bzw. den Zündkerzen der Zündvorrichtung erhalten und einsehen kann. Eine akustische Anzeige kann beispielsweise über einen Warnton oder einen Signalton erfolgen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
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1a eine Darstellung eines Verlaufs einer gemessenen Zündspannung bei einem ausgelösten Zündfunken an der Zündkerze beim Startvorgang,
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1b eine Darstellung eines Verlaufs einer gemessenen Zündspannung bei einem nicht ausgelösten Zündfunken an der Zündkerze beim Startvorgang,
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2a eine schematische Darstellung eines Verlaufs einer gemessenen Zündspannung bei einem ausgelösten Zündfunken an der Zündkerze beim Startvorgang, und
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2b eine schematische Darstellung eines Verlaufs einer gemessenen Zündspannung bei einem nicht ausgelösten Zündfunken an der Zündkerze beim Startvorgang.
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Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
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In 1a, 1b, 2a und 2b ist jeweils ein Verlauf einer Zündspannung während eines Startvorgangs einer Verbrennungskraftmaschine gezeigt, wobei die Zündspannung einer Zündvorrichtung von einer Messeinrichtung einer Detektionseinrichtung gemessen wurde und die gemessene Zündspannung in einer Auswerteeinheit der Detektionseinrichtung über die Zeit, d. h. die Dauer des Startvorgangs, zur Bereitstellung eines Verlaufs der gemessenen Zündspannung entsprechend den in den 1a, 1b, 2a und 2b gezeigten Diagrammen aufgezeichnet wurde. Anhand der derart dargestellten Verläufe der gemessenen Zündspannung kann nun in der Auswerteeinheit ermittelt werden, ob die Zündfunkenauslösung erfolgreich gewesen ist, indem ein Funkenüberschlag in der Zündvorrichtung erfolgt ist, oder ob der Zündfunke nicht ausgelöst wurde, da kein Funkenüberschlag in der Zündvorrichtung erfolgt ist und damit der Motor der Verbrennungskraftmaschine aufgrund Überfettung in der Startphase gestoppt wurde.
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Bei dem in 1a gezeigten Verlauf einer gemessenen Zündspannung ist die Zündfunkenauslösung erfolgreich gewesen, da ein Funkenüberschlag erfolgt ist. Dies kann anhand des gezeigten Verlaufs durch Bestimmen des Maximumwertes Umax des positiven Zündspannungsverlaufs ermittelt werden. Der Maximumwert Umax der positiven Zündspannung liegt hier unterhalb einer Zündspannung von 2,5 kV, so dass hier beim Startvorgang ein Funkenüberschlag erfolgt ist.
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Bei dem in 1b gezeigten Verlauf einer gemessenen Zündspannung liegt der Maximumwert Umax der positiven Zündspannung oberhalb einer Spannung von 2,5 kV, hier sogar oberhalb einer Zündspannung von 5 kV. Beim Auswerten dieses Maxiumwertes Umax der Zündspannung erkennt die Auswerteeinheit, dass beim Startvorgang kein Funkenüberschlag erfolgt ist. Dieses Ergebnis kann die Auswerteeinheit an eine Anzeigeeinheit übertragen, welche dem Anwender dann Anzeigen kann, dass aufgrund eines fehlenden Funkenüberschlags kein Startvorgang erfolgen konnte, wobei mit einer hohen Wahrscheinlichkeit der Grund hierfür bei der Benetzung einer Zündkerze der Zündvorrichtung mit Kraftstoff liegt.
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In 2a ist ein Verlauf einer gemessenen Zündspannung schematisch gezeigt, wobei der Verlauf dem in 1a gezeigten Verlauf einer gemessenen Zündspannung im Wesentlichen entspricht. Die Ermittlung, ob ein Funkenüberschlag stattgefunden hat, erfolgt hier über die Ermittlung einer Steigung in dem Verlauf der Zündspannung. Dabei wird die negative Zündspannung betrachtet, d. h. der Verlauf der Zündspannung, bei welchem die Zündspannung < 0 kV beträgt. Im Verlauf der negativen Zündspannung werden eine Steigung des Zündspannungsabfalls ΔUSpannungsabfall und eine Steigung eines Zündspannungsanstiegs ΔUSpannungsanstieg ermittelt. Diese beiden ermittelten Steigungen werden anschließend miteinander in der Auswerteeinheit verglichen, d. h. in Relation zueinander gesetzt. Bei dem in 2a gezeigten Verlauf einer gemessenen Zündspannung ist im Bereich der negativen Zündspannung die Steigung des Zündspannungsabfalls ΔUSpannungsabfall großer als die Steigung des Zündspannungsanstiegs ΔUSpannungsanstieg. Dies bedeutet, dass ein Funkenüberschlag beim Startvorgang der Verbrennungskraftmaschine erfolgt ist und damit eine Zündung der Zündkerze erfolgreich gewesen ist.
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2b zeigt ebenfalls schematisch einen Verlauf einer gemessenen Zündspannung, wobei der Verlauf dem in 1a gezeigten Verlauf einer gemessenen Zündspannung im Wesentlichen entspricht. Wird hier die Steigung des Zündspannungsabfalls ΔUSpannungsabfall mit der Steigung des Zündspannungsanstiegs ΔUSpannungsanstieg in der Auswerteeinheit verglichen, ergibt sich, dass die Steigung des Zündspannungsabfalls ΔUSpannungsabfall im Wesentlichen gleich groß mit der Steigung des Zündspannungsanstiegs ΔUSpannungsanstieg ist. Anhand dieser miteinander verglichen Werte kann die Auswerteeinheit erkennen, dass beim Startvorgang kein Funkenüberschlag stattgefunden hat.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiven Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
