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Gebiet der Erfindung
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Diese Offenbarung betrifft allgemein Vorrichtungen zur Pulsations- und Schwingungskontrolle für Verdichter in HLKK-Systemen. Genauer betrifft diese Offenbarung Vorrichtungen, die zwischen einem Verdichter und einer Ableitung installiert werden können.
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Allgemeiner Stand der Technik
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Der leise Betrieb von Verdichtern gewinnt zunehmend an Bedeutung, da im Markt und in Produktspezifikationen immer leisere Verdichter gefordert werden. Durch Verdichter erzeugte Geräusche können aus mehreren Oberwellen resultieren und von unterschiedlichen Quellen innerhalb des Verdichters verursacht werden. Aktuelle HLKK-Verdichtersysteme können eine Schalldämpferanordnung verwenden, um Schwingungen zu reduzieren, und/oder einen Faltenbalg, um Teile des Kühlsystems voneinander zu isolieren und einige Schwingungen zu dämpfen.
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Verdichter, wie Schraubenverdichter, können Schwingungen sowohl in der Struktur des Verdichters und seiner befestigten Komponenten, als auch in dem aus dem Verdichter ausströmenden Fluid aufweisen. Struktur- und Fluidschwingungen können jeweils separat gedämpft werden durch unterschiedliche Vorrichtungen, wie Schalldämpfer zur Reduzierung von Fluidschwingungen, oder Faltenbälge zum mechanischen Isolieren von Strukturschwingungen.
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In vielen bestehenden HLKK-Verdichtersystemen, die noch eine erhebliche Restlebensdauer haben, und in HLKK-Verdichtersystemen, die für den Einbau in engen Räumen ausgelegt sind, ist möglicherweise zwischen dem Verdichter und der Ableitung nicht genügend Platz vorhanden, um sowohl einen Faltenbalg als auch einen Schalldämpfer zu installieren. Diese Platzbeschränkungen können den Umfang der Geräuschreduzierung begrenzen, die in einem HLKK-Verdichtersystem erreicht werden kann, in dem nur ein Schalldämpfer oder nur ein Balgsystem installiert werden kann.
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Kurzdarstellung
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Eine Vorrichtung zur Pulsations- und Schwingungskontrolle, umfassend eine Schalldämpfereinheit mit einem Flansch an einem Verdichterende, einen Schalldämpferkörper, eine oder mehrere Schwingungsdämpfungsstrukturen, wie etwa Umlenkungen im Inneren des Schalldämpferkörpers und einem dem Verdichterende gegenüberliegenden freien Ende des Schalldämpfers, eine Faltenbalganordnung, die an dem Flansch befestigt ist und sich über die Länge des Schalldämpferkörpers zu einer Ableitung erstreckt, und wobei das freie Ende des Schalldämpfers und die Ableitung einander nicht berühren.
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In einer Ausführungsform kann die Schwingungsdämpfungsstruktur im Inneren des Schalldämpferkörpers aus Umlenkungen bestehen, die einen Flansch und eine Platte umfassen. In einer Ausführungsform wird die Größe des Flansches und der Platte, sowie der Winkel unter dem sie befestigt sind anhand der Frequenzen der zu dämpfenden Schwingungen bestimmt.
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In einer Ausführungsform umfasst die Schwingungsdämpfungsstruktur eine Vielzahl von verengten Abschnitten eines Weges durch den Schalldämpferkörper. Die verengten Abschnitte können sich aneinander reihen und/oder parallel zueinander verlaufen.
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In einer Ausführungsform können der Schalldämpfer, die Faltenbalganordnung und die Ableitung durch Bolzen oder Schweißnähte miteinander verbunden sein. In einer Ausführungsform kann die Ableitung einen Ableitungsflansch aufweisen, der mit der Faltenbalganordnung in Verbindung steht.
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In einer Ausführungsform umfasst die Faltenbalganordnung eine erste und eine zweite Faltung, die durch einen Verbindungsabschnitt verbunden sind, und sowohl auf der Verdichterseite der Faltenbalganordnung als auch auf der Ableitungsseite der Faltenbalganordnung einen Befestigungsabschnitt.
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In einer Ausführungsform umfasst ein System zur Pulsations- und Schwingungskontrolle eine Schalldämpfereinheit, wobei der Schalldämpfer einen Schalldämpferflansch aufweist und einen Schalldämpferkörper, der eine Außenfläche aufweist und mindestens eine Schwingungsdämpfungsstruktur enthält, und eine Faltenbalganordnung, die einen Raum mit einem Volumen aufweist, das größer ist als das durch die Außenfläche des Schalldämpferkörpers definierte Volumen.
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In einer Ausführungsform kann das System zur Pulsations- und Schwingungskontrolle eine Ableitung umfassen, und zwischen einem Ende des Schalldämpferkörpers und der Ableitung ist ein Spalt vorhanden, wobei der Spalt beispielsweise ein Viertel Zoll groß ist.
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In einer Ausführungsform kann die Schwingungsdämpfungsstruktur aus Umlenkungen bestehen. In einer Ausführungsform können die Umlenkungen einen Flansch und eine Platte umfassen. In einer Ausführungsform wird die Größe des Flansches und der Platte, sowie der bestimmte Winkel, unter dem sie befestigt sind, anhand der Frequenzen der zu dämpfenden Schwingungen bestimmt.
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In einer Ausführungsform umfasst die Schwingungsdämpfungsstruktur eine Vielzahl von verengten Abschnitten eines Weges durch den Schalldämpferkörper. Die verengten Abschnitte können sich aneinander reihen und/oder parallel zueinander verlaufen.
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In einer Ausführungsform kann die Faltenbalganordnung eine erste und eine zweite Faltung, die durch einen Verbindungsabschnitt verbunden sind, umfassen, und sowohl auf der Verdichterseite der Faltenbalganordnung als auch auf der Ableitungsseite der Faltenbalganordnung einen Befestigungsabschnitt.
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Figurenliste
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- Die 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kältemittelkreislaufs.
- Die 2 zeigt eine Seitenansicht einer in einem Verdichtersystem installierten Ausführungsform.
- Die 3A bis 3E zeigen aufgeschnittene schematische Seitenansichten von Schallwegen, die in Ausführungsformen eines Schalldämpfers eingesetzt werden können.
- Die 4 zeigt eine graphische Darstellung einer Konfiguration von Verdichter, Schalldämpfer und Faltenbalg nach dem Stand der Technik.
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Ausführliche Beschreibung
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Eine Konstruktion, die Schalldämpfer und Faltenbalg integriert, verbessert die Geräuschreduzierung innerhalb eines HLKK-Verdichtersystems wie etwa eines Kälteerzeugers und erreicht ein hohes Maß an Schall- und Schwingungsreduzierung. Die integrierte Konstruktion umfasst eine Schalldämpfereinheit mit einem Flansch an einem Verdichterende, einen Schalldämpferkörper, der eine oder mehrere Schwingungsdämpfungsstrukturen enthält, und ein dem Verdichterende gegenüberliegendes freies Ende des Schalldämpferkörpers, eine Faltenbalganordnung, die an dem Flansch der Schalldämpfereinheit befestigt wird und sich über die Länge des Schalldämpferkörpers zu einer Ableitung erstreckt, und das freie Ende des Schalldämpfers und die Ableitung weisen zwischen sich einen Spalt auf und berühren einander nicht. Die integrierte Schalldämpfer- und Faltenbalganordnung kann in die Konstruktionen bestehender HLKK-Systeme integriert werden, beispielsweise durch Nachrüsten des HLKK-Systems, indem etwa entweder ein Faltenbalg oder ein Schalldämpfer durch die integrierte Schalldämpfer- und Faltenbalganordnung ersetzt wird. Die integrierte Schalldämpfer- und Faltenbalganordnung kann auch - beispielsweise bei der Montage - in neue HLKK-Systeme integriert werden.
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Die 1 ist ein schematisches Diagramm eines Kältemittelkreislaufs gemäß einer Ausführungsform. Der Kältemittelkreislauf umfasst allgemein einen Verdichter 2, einen Kondensator 4, eine Expansionseinrichtung 6 und einen Verdampfer 8. Der Verdichter 2 kann ein Verdrängerverdichter sein, z.B. ein Scrollverdichter, ein Schraubenverdichter oder ein Drehschieberverdichter. Der Kältemittelkreislauf ist beispielhaft und kann so abgewandelt werden, dass er zusätzliche Komponenten umfasst. Beispielsweise kann der Kältemittelkreislauf in einer Ausführungsform weitere Komponenten, wie beispielsweise einen Economiser-Wärmetauscher, eine oder mehrere Durchfluss-Steuereinrichtungen, einen Auffangbehälter, einen Trockner, einen Saugflüssigkeits-Wärmetauscher, oder dergleichen umfassen, ohne auf diese beschränkt zu sein.
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Der Kältemittelkreislauf ist generell in einer Vielzahl von Systemen einsetzbar, die verwendet werden, um eine Umgebungsbedingung (z.B. die Temperatur, die Feuchtigkeit, die Luftqualität oder dergleichen) in einem Raum (allgemein als ein klimatisierter Raum bezeichnet) zu kontrollieren. Beispiele solcher Systeme umfassen HLKK-Systeme, Transportkühlsysteme oder dergleichen, sind aber nicht auf diese beschränkt.
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Der Verdichter 2, der Kondensator 4, die Expansionseinrichtung 6 und der Verdampfer 8 sind fluidisch verbunden. Der Kältemittelkreislauf kann nach allgemein bekannten Prinzipien arbeiten. Der Kältemittelkreislauf kann dazu eingerichtet sein, ein flüssiges Prozessfluid (z. B. ein Wärmeübertragungsfluid oder -medium wie beispielsweise Wasser, Glykol oder dergleichen, jedoch nicht auf diese beschränkt) zu erwärmen oder zu kühlen, in welchem Fall der Kältemittelkreislauf allgemein repräsentativ für ein Flüssigkeitskühlsystem sein kann. Der Kältemittelkreislauf kann alternativ dazu eingerichtet sein, ein gasförmiges Prozessfluid (z.B. ein Wärmeübertragungsmedium oder -fluid wie etwa Luft oder dergleichen, jedoch nicht darauf beschränk)) zu erwärmen oder zu kühlen, in welchem Fall der Kältemittelkreislauf allgemein repräsentativ für eine Klimaanlage oder eine Wärmepumpe sein kann.
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Im Betrieb verdichtet der Verdichter 2 ein Arbeitsfluid (z.B. ein Wärmeübertragungsfluid wie etwa ein Kältemittel oder dergleichen) von einem Gas unter relativ niedrigerem Druck zu einem Gas unter relativ höherem Druck. Das Gas unter relativ höherem Druck, das auch eine relativ höhere Temperatur aufweist, wird aus dem Verdichter 2 abgeführt und durchströmt den Kondensator 4. Das Arbeitsfluid durchströmt den Kondensator 4 und weist Wärme an das Prozessfluid (z.B. Luft oder dergleichen) ab, wodurch das Arbeitsfluid gekühlt wird. Das abgekühlte Arbeitsfluid, das nun in flüssiger Form vorliegt, strömt zu der Expansionseinrichtung 6. In einer Ausführungsform, bei welcher der Kondensator 4 einen Unterkühlerabschnitt enthält, kann das flüssige Arbeitsfluid durch den Unterkühlerabschnitt strömen, bevor es zu der Expansionseinrichtung 6 strömt. In dem Unterkühlerabschnitt kann die Arbeitsflüssigkeit weiter unterkühlt werden. Die Expansionseinrichtung 6 reduziert den Druck des Arbeitsfluids. Dadurch wird ein Teil des Arbeitsfluids in eine Gasform überführt. Das Arbeitsfluid, das nun in einer gemischten flüssigen und gasförmigen Form vorliegt, strömt zu dem Verdampfer 8. Das Arbeitsfluid strömt durch den Verdampfer 8 und nimmt Wärme aus einem Prozessfluid (z.B. Wasser, Glykol, Luft oder dergleichen) auf, welches das Arbeitsfluid erwärmt und in eine Gasform umwandelt. Das gasförmige Arbeitsfluid strömt dann zu dem Verdichter 2 zurück. Das oben beschriebene Verfahren setzt sich fort, während der Kältemittelkreislauf beispielsweise in einem Kühlmodus (z.B. während der Verdichter 2 aktiviert ist) arbeitet.
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Der Verdichter 2 erzeugt während des Betriebs Schwingungen, die sowohl Schwingungen des Verdichters selbst, die durch mechanische Verbindungen auf andere Teile des Systems übertragen werden können, als auch Schwingungen in dem verdichteten Arbeitsfluid, das aus dem Auslass des Verdichters 2 austritt, umfassen können. Entlang des Kältemittelkreislaufs können eine oder mehrere Vorrichtungen zur Schwingungskontrolle angeordnet sein, um eine oder beide dieser Schwingungsquellen zu kontrollieren. In einer Ausführungsform kann die Vorrichtung zur Schwingungskontrolle zwischen dem Verdichter 2 und dem Kondensator 4 angeordnet sein.
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Die 2 ist eine aufgeschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform. Ein Schalldämpferabschnitt umfasst einen Schalldämpferflansch 10 und einen Schalldämpferkörper 12. Der Schalldämpferkörper 12 enthält eine oder mehrere Schwingungsdämpfungsstrukturen. Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform handelt es sich bei den Schwingungsdämpfungsstrukturen um Umlenkungen, die jeweils eine Prallplatte 14 und ein Rohr 16 umfassen. Die Prallplatte 14 kann in einem Abschnitt der Seite, auf der sie mit dem Schalldämpferkörper 12 verbunden ist, eine Aussparung 38 aufweisen. Der Schalldämpferkörper 12 erstreckt sich bis zu einem freien Ende 18 des Schalldämpfers. Eine Faltenbalganordnung 40 umfasst einen verdichterseitigen Befestigungsabschnitt 20, einen ableitungsseitigen Befestigungsabschnitt 22, eine erste Faltung 24, eine zweite Faltung 26, einen Mittelabschnitt 28 und eine oder mehrere Strukturstützen 30. Die Ableitung 32 kann einen Ableitungsflansch 34 umfassen, und zwischen der Ableitung und dem freien Ende des Schalldämpferkörpers 12 ist ein Spalt 36 vorhanden.
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Der Schalldämpferflansch 10 erstreckt sich von dem Schalldämpferkörper 12 an einem ersten Ende des Schalldämpferkörpers 12, das sich nahe dem Verdichter befindet oder mit diesem verbunden ist. Der Schalldämpferflansch 10 kann sich an einem Ende des Schalldämpferkörpers 12 befinden, das sich in Bezug auf die Richtung der Fluidströmung durch den Schalldämpfer an einem dem Verdichter am nächsten liegenden ersten Ende befindet. Der Schalldämpferflansch 10 kann sich radial von der Außenfläche dieses Endes des Schalldämpferkörpers 12 erstrecken. In einer Ausführungsform können mehrere Schalldämpferflansche 10 vorhanden sein, zwischen denen Zwischenräume angeordnet sind, und die sich jeweils radial von der Außenfläche des Endes des Schalldämpferkörpers 12 erstrecken. Die Faltenbalganordnung 40 kann beispielsweise durch Schrauben oder Schweißen an dem Schalldämpferflansch oder den Schalldämpferflanschen 10 befestigt sein. In einer Ausführungsform können in dem Schalldämpferflansch 10 Durchgangsbohrungen für Schraubenbolzen vorhanden sein.
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Der Schalldämpferkörper
12 erstreckt sich von dem Schalldämpferflansch
10 zu der Ableitung
32 hin. Der Schalldämpferkörper
12 enthält eine oder mehrere Schwingungsdämpfungsstrukturen. Beispiele für Schwingungsdämpfungsstrukturen finden sich in Martinus,
US-Patent Nr. 9,423,149 , das hierin durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen ist. Bei der in
2 dargestellten Ausführungsform können die Schwingungsdämpfungsstrukturen eine oder mehrere Umlenkungen sein, der bzw. die jeweils eine Prallplatte
16 und ein Rohr
14 umfassen kann bzw. können. Die Prallplatte 14 erstreckt sich von einer Innenfläche des Schalldämpferkörpers
12 zur Mitte des Schalldämpferkörpers
12. Die Prallplatte
14 ist mit dem Rohr
16 verbunden. In einer Ausführungsform kann der Schalldämpferkörper
12 eine zylindrische Außenfläche aufweisen. In einer Ausführungsform kann der Schalldämpferkörper
12 von mindestens einem Teil der Faltenbalganordnung
40 umgeben sein. Beispielsweise kann der Schalldämpferkörper von den Faltungen
24 und
26 und dem Mittelabschnitt
28 der Faltenbalganordnung 40 umgeben sein. Die Faltenbalganordnung
40 kann den Schalldämpferkörper 12 so umgeben, dass kein Teil der Faltenbalganordnung
40 direkt mit der Außenfläche des Schalldämpferkörpers
12 in Berührung kommt.
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In einer Ausführungsform können die Schwingungsdämpfungsstrukturen beispielsweise einen Schallweg mit einem oder mehreren verengten Abschnitten, absorbierende Materialien innerhalb eines Schallweges oder eine Lochplatte in dem Schallweg mit einem oder mehreren die Platte durchsetzenden Löchern, oder Kombinationen aus diesen Merkmalen umfassen. Beispiele für Schallwege durch den Schalldämpferkörper 12, die als Schwingungsdämpfungsstrukturen zum Einsatz kommen können, sind in den 2A bis 2E dargestellt.
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In HLKK-Systemen eingesetzte Verdichter, wie z.B. Schraubenverdichter, können Schwingungen über einen Bereich von Frequenzen erzeugen. Wellendämpfungsmerkmale können auf bestimmte Frequenzen gerichtet sein, wie z.B. 200 Hz oder 400 Hz bei Verdichtern mit fester Drehzahl. Verdichter mit variabler Drehzahl können größere Schwingungsfrequenzbereiche, beispielsweise im Bereich von 200 Hz bis 16.000 Hz, aufweisen. In einer Ausführungsform können bestimmte Frequenzen innerhalb des Frequenzbereichs des Verdichters zur Dämpfung ausgewählt werden. Die Auswahl der Frequenzen kann sich z.B. nach dem typischen Betriebsprofil des Verdichters und der Frequenz oder dem Frequenzbereich der Schwingungen richten, die während des Normalbetriebs am häufigsten auftreten. In einer Ausführungsform können die Frequenzen anhand der Schwingungsamplitude bei dieser Frequenz oder diesem Frequenzbereich ausgewählt werden. In einer Ausführungsform können die Frequenzen auf der Grundlage der menschlichen Wahrnehmung des Tons ausgewählt werden, der durch Schwingungen bei dieser Frequenz oder diesem Frequenzbereich erzeugt wird.
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Der Schalldämpferkörper 12 endet am freien Ende 18 des Schalldämpfers. Das freie Ende 18 des Schalldämpfers kann sich auf der Seite des Schalldämpferkörpers befinden, auf der sich die Ableitung 32 befindet. Das freie Ende 18 des Schalldämpfers weist eine Öffnung auf, die sich in der Nähe der Ableitung 32 befindet. Das freie Ende 18 des Schalldämpfers und die Ableitung 32 sind durch einen Spalt 36 getrennt. Der Spalt 36 kann zwischen etwa einem Viertel Zoll und etwa einem Zoll groß sein. Die Öffnung am freien Ende 18 ermöglicht, dass Fluid aus dem Schalldämpferkörper 12 in die Ableitung 32 gelangt. Der Spalt 36 isoliert die Ableitung 32 von Schwingungen des Schalldämpferkörpers 12. Der Spalt 36 kann nach der Größe der Schwingungen des freien Endes 18 in Bezug auf die Ableitung 32 bemessen werden, um eine Schwingungsisolation am freien Ende zu gewährleisten, und gleichzeitig die Menge an Fluid, das durch den Spalt 36 entweichen kann, zu begrenzen.
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Umlenkungen sind ein Beispiel für eine Schwingungsdämpfungsstruktur, die sich im Inneren des Schalldämpferkörpers 12 befinden kann. In der in 2 gezeigten Ausführung umfasst jede der Umlenkungen eine Prallplatte 14 und ein Rohr 16.
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Die Prallplatten 14 erstrecken sich von einer Innenfläche des Schalldämpferkörpers 12 zur Mitte des Schalldämpferkörpers 12 hin. Die Prallplatten 14 können dort enden, wo sie auf die Rohre 16 stoßen. Die Flansche können beispielsweise durch Schweißen am Schalldämpferkörper 12 befestigt sein. Die Seite der Prallplatte 14, die den Schalldämpferkörper berührt, kann eine Aussparung 38 aufweisen. Die Form und die Größe der Aussparung können sich nach den Frequenzen der Schwingungen richten, die durch den Einsatz des Schalldämpfers gedämpft werden sollen. Die Länge der Prallplatte und damit der Abstand zwischen der Innenwand des Schalldämpferkörpers 12 und dem Rohr 16 kann auf der Grundlage der Frequenzen der zu dämpfenden Schwingungen oder des Frequenzbereichs der zu dämpfenden Schwingungen bestimmt werden.
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Die Rohre 16 sind mit den Prallplatten 14 verbunden. Die Verbindung kann beispielsweise eine Schweißnaht sein. In einer Ausführungsform können das Rohr 16 und die Prallplatte 14 stattdessen einstückig ausgebildet sein. Jedes Rohr 16 bildet mit der Prallplatte 14, mit der es verbunden ist, einen Winkel, wie etwa einen rechten Winkel. In einer Ausführungsform kann der Winkel zwischen der Prallplatte 14 und dem Rohr 16 auf der Grundlage der Frequenz oder des Frequenzbereichs der durch die Schwingungsdämpfungsstrukturen in dem Schalldämpferkörper 12 zu dämpfenden Schwingungen gewählt werden. Die Länge des Rohres 16 vor und nach der Prallplatte 14 in Bezug auf eine Strömungsrichtung durch den Schalldämpferkörper 12 kann anhand der Frequenz oder des Frequenzbereichs der Schwingungen bestimmt werden, die durch die Schwingungsdämpfungsstrukturen in dem Schalldämpferkörper 12 gedämpft werden sollen. In einer Ausführungsform können die Winkel zwischen der Prallplatte 14 und dem Rohr 16 und die Längen der Abschnitte des Rohres 16 vor und nach der Prallplatte 14 in Bezug auf einen Fluidstrom durch den Schalldämpferkörper 12 zwischen verschiedenen Umlenkungen im Inneren des Schalldämpferkörpers 12 variieren.
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Die Faltenbalganordnung 40 ist ein Schwingungsdämpfungssystem, das in einer Ausführungsform einen verdichterseitigen Befestigungsabschnitt 20, einen ableitungsseitigen Befestigungsabschnitt 22, eine erste Faltung 24, einen Mittelabschnitt 28, eine zweite Faltung 26, und einen oder mehrere den Faltenbalg umgebende Strukturstützen 30 aufweist.
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Der verdichterseitige Befestigungsabschnitt 20 ist ein Abschnitt der Faltenbalganordnung 40, wobei die Faltenbalganordnung 40 mit dem Schalldämpferflansch 10 verbunden sein kann. In einer Ausführungsform kann der verdichterseitige Befestigungsabschnitt 20 eine ebene Fläche zur Anlage an dem Schalldämpferflansch 10 aufweisen. Der verdichterseitige Befestigungsabschnitt 20 kann in einer Ausführungsform einen Raum enthalten, in dem der Befestigungsabschnitt 20 mit dem Schalldämpferflansch 10 verschweißt werden kann. In einer Ausführungsform kann der verdichterseitige Befestigungsabschnitt 20 Bohrungen aufweisen, durch die er mit dem Schalldämpferflansch 10 verschraubt ist. Der ableitungsseitige Befestigungsabschnitt 22 befindet sich auf der dem verdichterseitigen Befestigungsabschnitt 20 gegenüberliegenden Seite der Faltenbalganordnung 40. In einer Ausführungsform kann der ableitungsseitige Befestigungsabschnitt 22 eine an dem Ableitungsflansch 34 anliegende Fläche aufweisen. Der ableitungsseitige Befestigungsabschnitt kann an einem Abschnitt der Ableitung 32, z.B. an einem Ableitungsflansch 34, durch Schweißen, Schraubenbolzen oder andere Verfahren zum mechanischen Verbinden des ableitungsseitigen Befestigungsabschnitts 22 mit dem Ableitungsflansch 34 befestigt sein.
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Die Faltenbalganordnung
40 umfasst eine Schwingungsisolationsleitung, die eine erste Faltung
24, einen Mittelabschnitt
28, und eine zweite Faltung
26 umfassen kann. Die Faltungen
24 und
26 ermöglichen eine größere Ausdehnung entlang einer Mittelachse der Faltenbalganordnung
40. Die Faltungen
24 und
26 ermöglichen auch eine seitliche Bewegung entlang der Mittelachse der Faltenbalganordnung
40. Die Faltungen 24 und 26 bilden flexible Abschnitte der Schwingungsisolationsleitung. Die Flexibilität der Faltungen
24 und
26 kann Schwingungsenergie speichern und ableiten. Beispiele für Schwingungsisolationsleitungen, die in einer Ausführungsform der Faltenbalganordnung 40 eingesetzt werden können, finden sich in Mehta,
US-Patentanmeldung Nr. 2015/0192310 , die durch diese Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin einbezogen ist.
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Der Mittelabschnitt 28 der Schwingungsisolationsleitung kann ein Segment zwischen der ersten Faltung 24 und der zweiten Faltung 26 sein. Der Mittelabschnitt 28 kann ringförmig sein und einen Durchmesser aufweisen, der größer als der Durchmesser des Schalldämpferkörpers 12 ist, so dass, wenn die Faltenbalganordnung 40 mit dem Schalldämpferflansch 10 verbunden ist, der Mittelabschnitt 28 einen Abschnitt des Schalldämpferkörpers 12 umgibt.
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Die erste Faltung 24, die zweite Faltung 26 und der Mittelabschnitt 28 können so bemessen sein, dass der Schalldämpferkörper 12 in diese Abschnitte der Faltenbalganordnung 40 passt. In einer Ausführungsform kann die Faltenbalganordnung 40 ohne Kontakt zwischen der Faltenbalganordnung 40 und dem Schalldämpferkörper 12 über die Außenseite des Schalldämpferkörpers 12 geschoben werden. Durch das Anordnen der Faltenbalganordnung 40 über dem Schalldämpferkörper 12 kann der Platzbedarf der Schalldämpfer- und Faltenbalganordnung 40 reduziert werden. In einer Ausführungsform kann die Faltenbalganordnung 40 bei der Montage eines HLKK-Systems an einem Standort über dem Schalldämpferkörper 12 angeordnet werden, z.B. bei der Montage eines Systems auf einem Dach eines Geschäftsgebäudes. Der Mittelabschnitt 28 kann starr sein und kann beispielsweise ein Stahlrohr sein. Die Faltungen 24 und 26 können beispielsweise flexible Materialien sein, wie etwa mehrere Schichten aus Metall, wie etwa Kupfer und/oder Stahl.
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Die Strukturstützen 30 können sich über die Faltenbalganordnung 40 erstrecken, z.B. zwischen einer Endkappe auf der Verdichterseite und einer Endkappe auf der Ableitungsseite der Faltenbalganordnung 40. In einer Ausführungsform können die Endkappen 42 der Faltenbalganordnung 40 mit den Strukturstützen 30 verschraubt sein. Die Strukturstützen 30 halten eine Länge der Faltenbalganordnung 40 aufrecht. Die Strukturstützen 30 können eine Länge der Faltenbalganordnung 40 aufrechterhalten und die allgemeine Form der Faltungen 24 und 26 aufrechterhalten. In einer Ausführungsform können sich die Strukturstützen 30 vom verdichterseitigen Befestigungsabschnitt 20 bis zum ableitungsseitigen Befestigungsabschnitt 22 erstrecken. Die Strukturstützen 30 können starre Strukturen, wie etwa Stahlzuganker sein. Die Faltenbalganordnung 40 kann die Schwingungsisolationselemente 44 zwischen den Strukturstützen 30 und den übrigen Abschnitten der Faltenbalganordnung 40 umfassen, um die Übertragung von Schwingungsenergie auf und durch die Strukturstützen 30 zu reduzieren. Die Schwingungsisolationselemente 44 können aus elastischen Materialien wie Gummi oder Neopren hergestellt sein.
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Die Ableitung 32 ist eine Leitung, über die aus dem Schalldämpfer austretendes Fluid einer weiteren Vorrichtung, beispielsweise einem Wärmetauscher, zugeführt werden kann, wenn das Fluid den Verdichter verlässt. Die Ableitung hat einen Einlass, der durch einen Spalt 36 vom freien Ende 18 des Schalldämpferkörpers 12 getrennt ist. Der Spalt 36 ist so bemessen, dass er den Fluidverlust bei der Übertragung des Fluids aus dem Inneren des Schalldämpferkörpers 12 zu der Ableitung 32 verringert, während der Schalldämpferkörper 12 zugleich von der Ableitung 32 isoliert wird, um die Übertragung von Schwingungen zu verhindern. Die Größe des Spalts 36 kann in einem Bereich von etwa einem Viertel Zoll bis etwa einem Zoll liegen.
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Die Ableitung 32 kann einen oder mehrere Ableitungsflansche 34 aufweisen, die einen Bereich zur Befestigung der Faltenbalganordnung 40 bereitstellen, mit dem ein oder mehrere ableitungsseitige Befestigungsabschnitte 22 verbunden werden können. Der Befestigungsabschnitt 22 kann beispielsweise durch Schweißnähte oder Schraubenbolzen mit dem Ableitungsflansch 34 verbunden sein. Von der Ableitung 32 aus können sich ein oder mehrere Ableitungsflansche 34 erstrecken. Wenn ein Ableitungsflansch vorhanden ist, kann dieser kreisförmig sein und sich vom Einlass der Ableitung 32 radial nach außen erstrecken. In einer Ausführungsform mit mehr als einem Ableitungsflansch 34 erstrecken sich die Ableitungsflansche 34 radial von der Ableitung 32 mit Zwischenräumen zwischen den mehreren Flanschen. In einer Ausführungsform kann der Ableitungsflansch 34 Bohrungen zum Anbringen von Schraubenbolzen zur Verbindung des ableitungsseitigen Befestigungsabschnitts 22 der Faltenbalganordnung 40 mit dem Ableitungsflansch 34, oder Bereiche, in denen der Ableitungsflansch 34 mit dem ableitungsseitigen Befestigungsabschnitt 22 der Faltenbalganordnung 40 verschweißt werden kann, umfassen.
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Die 3A bis 3E zeigen Beispiele für Schwingungsdämpfungsstrukturen, die in Ausführungsformen im Inneren des Schalldämpferkörpers enthalten sein können. Die 3A bis 3E zeigen schematische Darstellungen des Schallweges, den ein Fluid nach seinem Eintritt aus einem Verdichter in den Schalldämpferkörper durchläuft. Die in den 3A bis 3E dargestellten Schallwege können anstelle von oder zusätzlich zu den in 2 dargestellten Prallplatten 14 und Rohren 16 als Schwingungsdämpfungsstruktur im Inneren des Schalldämpferkörpers 12 eingesetzt werden. Die Schallwege in den Figuren 3A bis 3 E können miteinander oder mit den in der 2 gezeigten Prallplatten 14 und Rohren 16 kombiniert werden. Weitere Schwingungsreduktionsverfahren, wie beispielsweise das Anordnen von schallabsorbierendem Material entlang der Innenwand des Schalldämpferkörpers, können ebenfalls in den Schalldämpferkörper integriert werden.
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Die 3A zeigt eine Ausführungsform eines Schallweges, bei der mehrere verengte Abschnitte 52 und 54 des Schallweges parallel verlaufen. Die verengten Abschnitte 52 und 54 können jeweils voneinander unterschiedliche Größen oder Abmessungen, wie Durchmesser oder Querschnittsflächen, aufweisen. Der Schallweg kann in einer Ausführungsform auf einer Seite der verengten Abschnitte 52 und 54 erweitert sein, wie beispielsweise in dieser Figur gezeigt, in der das zweite Ende 56 des Schallweges im Vergleich zum ersten Ende 50 des Schallweges erweitert ist. Die erweiterten Abschnitte 50 und 56 des Schallweges, die verengten Abschnitte 52 und 54 des Schallweges und die unterschiedlichen Größe von 50, 52, 54 und 56 können alle dazu dienen, die Phase der Schallwellen zu verschieben und die Gesamtamplitude der akustischen Schwingungen auf ihrem Weg durch den Schallweg zu reduzieren.
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Die 3B zeigt eine Ausführungsform, in der mehrere verengte Abschnitte 62 und 66 aneinandergereiht sind. Die verengten Abschnitte können einen erweiterten Teil 64 dazwischen aufweisen. Der erweiterte Abschnitt 64 kann eine größere Größe (z.B. Querschnittsfläche) aufweisen als das erste Ende 60 oder das zweite Ende 68 des Schallweges. Die Erweiterungen und Verengungen dieses Weges durch den Schalldämpferkörper 12 können die Phase der Schallwellen in dem Schallweg verschieben und so die Gesamtamplitude der akustischen Schwingungen reduzieren.
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Die 3C zeigt eine Ausführungsform, in der ein Material, das Schallwellen absorbiert, entlang des Schallweges angeordnet ist. Das Material kann beispielsweise ein Ring 70 aus Material innerhalb des Schallweges sein. Das Material des Rings 70 kann einen Teil der Schwingungen aufnehmen, und/oder eine Verschiebung der Phase von Schallwellen bewirken, wodurch die Gesamtamplitude der akustischen Schwingungen reduziert wird.
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Die 3D zeigt eine Ausführungsform, in der sich in dem Schallweg eine Lochplatte 80 befindet. Die Platte 80 hat eine Mehrzahl von Öffnungen 82. Die Phasen der Schallwellen können beim Durchlaufen der Platte und der Öffnungen verschoben werden, wodurch die Amplitude der Schwingungen verringert wird.
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Die 3E zeigt einen Schallweg mit einer oder mehreren Umlenkungen 90, 92 und 94. Das eine oder die mehreren Umlenkungen 90, 92 und 94 können beispielsweise Blöcke oder unvollständige Ringe innerhalb des Schallwegs sein. Die eine oder mehreren Umlenkungen 90, 92 und 94 kann bzw. können die Schallwellen lenken oder ihre Phase verändern, wodurch die Gesamtamplitude der Schwingungen verringert wird.
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Die 4 ist ein Beispiel einer Konfiguration eines Schalldämpfers und eines Faltenbalgs für einen Verdichter nach dem Stand der Technik. Der Verdichter 100 ist mit einem Schalldämpfer 102 verbunden, und der Schalldämpfer ist in Reihe mit dem Faltenbalg 104 angeordnet. Diese Anordnung erfordert sowohl für den Schalldämpfer 102 als auch für den Faltenbalg 104 Platz zwischen dem Verdichter 100 und dem Ziel der Ableitung, wodurch die Größe der aktuellen Konstruktionen, die den Schalldämpfer 102 und den Faltenbalg 104 separat umfassen, erhöht wird. Der Platzbedarf für den Schalldämpfer 102 und den Faltenbalg 104, die in Reihe angeordnet sind, kann für den Einbau in bereits vorhandene Verdichtersysteme zu groß sein, und kann verhindern, dass diese Konstruktionen von der Reduzierung von Schwingungen durch die Kombination von beiden Maßnahmen profitieren.
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Aspekte:
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Es ist anzuerkennen, dass jeder der Aspekte 1 bis 13 mit jedem der Aspekte 14 bis 20 kombiniert werden kann.
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Aspekt 1. Eine Vorrichtung zur Pulsations- und Schwingungskontrolle, umfassend:
- eine Schalldämpfereinheit, umfassend:
- einen Flansch an einem Verdichterende;
- einen Schalldämpferkörper, der mindestens eine Schwingungsdämpfungsstruktur enthält; und
- ein dem Verdichterende gegenüberliegendes freies Ende; und
- eine den Schalldämpferkörper umgebende Balganordnung, wobei die Balganordnung an dem Flansch befestigt ist und sich von dem Flansch zu einer Ableitung erstreckt; und
- wobei das freie Ende des Schalldämpfers und die Ableitung einander nicht berühren.
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Aspekt 2. Die Vorrichtung zur Pulsations- und Schwingungskontrolle nach Aspekt 1, wobei ein Spalt zwischen dem freien Ende des Schalldämpfers und der Ableitung zwischen etwa einem Zoll und etwa einem Viertel Zoll groß ist.
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Aspekt 3. Die Vorrichtung zur Pulsations- und Schwingungskontrolle nach Aspekt 1 oder 2, wobei ein Spalt zwischen dem freien Ende des Schalldämpfers und der Ableitung etwa ein Viertel Zoll groß ist.
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Aspekt 4. Die Vorrichtung zur Pulsations- und Schwingungskontrolle nach einem der Aspekte 1 bis 3, wobei die mindestens eine Schwingungsdämpfungsstruktur mehrere innerhalb des Schalldämpferkörpers angeordnete Umlenkungen umfasst.
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Aspekt 5. Die Vorrichtung zur Pulsations- und Schwingungskontrolle nach Aspekt 4, wobei jede der mehreren Umlenkungen eine Prallplatte und ein Rohr umfasst.
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Aspekt 6. Die Vorrichtung zur Pulsations- und Schwingungskontrolle nach Aspekt 5, wobei bei jeder Umlenkung die Prallplatte und das Rohr in einem Winkel von etwa 90 Grad miteinander verbunden sind.
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Aspekt 7. Die Vorrichtung zur Pulsations- und Schwingungskontrolle nach einem der Aspekte 5 bis 6, wobei eine Höhe der Prallplatte und eine Länge des Rohres auf der Grundlage einer Zielfrequenz einer zu dämpfenden Schwingung ausgewählt werden.
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Aspekt 8. Die Vorrichtung zur Pulsations- und Schwingungskontrolle nach einem der Aspekte 5 bis 7, wobei die Prallplatte auf einer Seite der Prallplatte, die mit dem Körper des Schalldämpfers verbunden ist, eine Aussparung aufweist.
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Aspekt 9. Die Vorrichtung zur Pulsations- und Schwingungskontrolle nach einem der Aspekte 1 bis 8, wobei die mindestens eine Schwingungsdämpfungsstruktur eine Vielzahl von verengten Abschnitten eines Weges durch den Schalldämpferkörper umfasst.
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Aspekt 10. Die Vorrichtung zur Pulsations- und Schwingungskontrolle nach Aspekt 9, wobei die verengten Abschnitte eines Weges durch den Schalldämpferkörper parallel zueinander verlaufen.
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Aspekt 11. Die Vorrichtung zur Pulsations- und Schwingungskontrolle nach einem der Aspekte 9 bis 10, wobei die verengten Abschnitte eines Weges durch den Schalldämpferkörper sich aneinander reihen.
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Aspekt 12. Die Vorrichtung zur Pulsations- und Schwingungskontrolle nach einem der Aspekte 1 bis 10, wobei die Faltenbalganordnung ferner Folgendes umfasst:
- eine erste Faltung;
- eine zweite Faltung;
- einen Mittelabschnitt, der mit der ersten Faltung und der zweiten Faltung verbunden ist;
- eine verdichterseitige Halterung, die mit dem Flansch der Schalldämpfereinheit verbunden ist; und
- eine ableitungsseitige Halterung, die mit der Ableitung verbunden ist.
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Aspekt 13. Die Vorrichtung zur Pulsations- und Schwingungskontrolle nach Aspekt 12, wobei die Faltenbalganordnung ferner einen oder mehrere Strukturstützen umfasst, die sich von der kompressorseitigen Halterung zur ableitungsseitigen Halterung erstrecken.
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Aspekt 14. Ein System zur Pulsations- und Schwingungskontrolle, Folgendes umfassend:
- eine Schalldämpfereinheit, umfassend einen Schalldämpferflansch an einem ersten Ende, einen Schalldämpferkörper, der mindestens eine Schwingungsdämpfungsstruktur enthält und eine Außenfläche aufweist, und ein zweites Ende, wobei der Schalldämpferkörper an dem zweiten Ende eine Öffnung aufweist; und
- eine Faltenbalganordnung, die eine Faltung und einen Innenraum umfasst, und wobei die Faltenbalganordnung eine Länge aufweist, die gleich oder größer als die Außenfläche des Schalldämpferkörpers ist, und wobei der Innenraum ein Volumen aufweist, das größer als ein durch die Außenfläche des Schalldämpferkörpers definiertes Volumen ist.
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Aspekt 15. Ein System zur Pulsations- und Schwingungskontrolle nach Aspekt 14, ferner eine Ableitung umfassend, wobei sich die Faltenbalganordnung an dem zweiten Ende über den Schalldämpferkörper hinaus erstreckt, und ein Spalt zwischen dem zweiten Ende des Schalldämpfers und der Ableitung zwischen etwa einem Zoll und etwa einem Viertel Zoll groß ist.
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Aspekt 16. Das System zur Pulsations- und Schwingungskontrolle nach Aspekt 15, wobei der Spalt zwischen dem freien Ende des Schalldämpfers und der Ableitung etwa ein Viertel Zoll groß ist.
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Aspekt 17. Das System zur Pulsations- und Schwingungskontrolle nach einem der Aspekte 14 bis 16, wobei die mindestens eine Schwingungsdämpfungsstruktur mehrere Umlenkungen umfasst.
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Aspekt 18. Das System zur Pulsations- und Schwingungskontrolle nach Aspekt 17, wobei jede der mehreren Umlenkungen eine Prallplatte und ein Rohr umfasst.
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Aspekt 19. Das System zur Pulsations- und Schwingungskontrolle nach einem der Aspekte 14 bis 18,
wobei die mindestens eine Schwingungsdämpfungsstruktur eine Vielzahl von verengten Abschnitten eines Weges durch den Schalldämpferkörper umfasst.
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Aspekt 20. Das System zur Pulsations- und Schwingungskontrolle nach einem der Aspekte 14 bis 19, wobei die Faltenbalganordnung ferner Folgendes umfasst:
- eine zweite Faltung;
- einen Mittelabschnitt, der mit der ersten Faltung und der zweiten Faltung verbunden ist;
- eine verdichterseitige Halterung; und
- eine ableitungsseitige Halterung.
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Die in dieser Anmeldung offenbarten Beispiele sind in jeder Hinsicht als veranschaulichend und nicht als einschränkend zu betrachten. Der Schutzumfang der Erfindung ist nicht durch die vorstehende Beschreibung, sondern durch die beigefügten Ansprüche angegeben; und alle Änderungen, die in den Sinngehalt und den Äquivalenzbereich der Ansprüche fallen, sollen darin enthalten sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 9423149 [0023]
- US 2015/0192310 [0032]
