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TECHNISCHES
GEBIET
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Diese
Erfindung bezieht sich allgemein auf Gebläse- oder Gebläseverkleidungen
für Fahrzeugmotoren
und auf Kühlvorrichtungen
für Fahrzeugkomponenten
unter der Motorhaube.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Fahrzeuge
mit flüssigkeitsgekühlten Motoren tragen
den Motorkühlungs-Wärmeaustauscher (Kühler) an
der Vorderseite des Motorraums direkt hinter der Stoßstange
und dem Ziergitter, um so aus dem Luft-Staudruck-Effekt bei höheren Fahrgeschwindigkeiten
einen Vorteil zu ziehen. Bei niedrigeren Fahrgeschwindigkeiten zwingt
ein axial wirkendes Motorkühlgebläse Luft
durch den Kühler.
In der technischen Praxis ist das Gebläse im Allgemeinen an einer
Stützverkleidung
angebracht, die sowohl das Gebläse
physisch an dem Fahrzeug hält
als auch das Gebläse
umgibt, um die Luft einzuschließen
und wirksam durch den Kühler
leiten. Während
Kühler
im Allgemeinen ebene und rechtwinklige Strukturen sind, sind die
Gebläse
ausnahmslos kreisförmig.
Die Ineffizienz, die sich aus dieser unvermeidlichen Kühler-Gebläse-Formfehlanpassung
ergibt, wird durch die luftkanalisierende Wirkung der Verkleidung
verringert und kann durch Verwendung von zwei nebeneinander liegenden
Gebläsen
weiter verringert werden. Die durch den Kühler gesaugte Luft wird weit über Umgebungstemperatur, üblicherweise
bis auf 44°C
(80 Grad F) über
Umgebungstemperatur, erwärmt.
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Fahrzeuge,
die außerdem
ein klimatechnisches System enthalten, tragen vor dem Kühler im Allgemeinen
einen Kondensator. Da Kondensatoren bei wesentlich niedrigeren Temperaturen
arbeiten als der Kühler,
wäre es
nicht praktisch, diese hinter dem Kühler anzubringen. Daher strömt Luft,
die durch den Kühler
gezwungen wird, zuerst durch den Kondensator, wobei ihre Temperatur
weit geringer, etwa in der Größenordnung
von 6°C
(10 Grad F) über
Umgebungstemperatur, angehoben wird.
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Die
Anordnung von Gebläse
und Gebläseverkleidung
geschieht in der heutigen technischen Praxis ausnahmslos hinter
dem Kühler,
damit sowohl durch den Kondensator als auch den Kühler Luft
gesaugt wird. Die Gebläse-
und Gebläseverkleidungsmaterialien
müssen
selbstverständlich
so beschaffen sein, dass sie den höheren Kühlerlufttemperaturen auf der
Auslassseite widerstehen. Ein offensichtlich kühlerer Ort wäre an der
Einlassseite sowohl vor dem Kondensator als auch vor dem Kühler, jedoch
scheidet dieser Ort wegen der Anfälligkeit für Beschädigung und im Fall von durch
den Motor über
Riemen angetriebenen Gebläsen
wegen der Unzugänglichkeit
des Riemens stets aus. Es ist auch vorgeschlagen worden, das Motorkühlgebläse an dem
einen verbleibenden Ort, nämlich
der Zwischenstelle zwischen dem Kondensator und dem Kühler, die
mit dem Erscheinen in jüngster
Zeit von elektrisch angetriebenen Gebläsen möglich geworden ist, anzuordnen.
Dieser Ort für
das Gebläse
galt allgemein nur als Platz sparende Maßnahme, ohne den kühleren Zustand
der an der Gebläse-Zwischenstelle
vorgefundenen Luft oder den Nutzen daraus speziell zu erkennen.
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Als
Beispiel einer Gebläse-Zwischenstelle offenbart
USPN 4,510,991 alle Merkmale aus dem Oberbegriff von Anspruch 1,
insbesondere ein an der Antriebswelle eines Motors angebrachte Gebläse, das
an dem Kondensator oder durch den Kondensator führend angebracht ist und auf
diese Weise das Gebläse
seinerseits zwischen den Kondensator und den Kühler gesetzt ist. Es sind verschiedene
neue Entwürfe
von kreisförmigen
Kondensatoren, die auf die Form des Gebläses besser abgestimmt sind,
offenbart worden, jedoch wird nicht speziell erkannt, dass der Ort
des Gebläses
hinsichtlich kühlerer
Luft vorteilhaft ist. Das jüngere
USPN 5,771,961 schlägt ähnliche
Entwürfe
vor, die ebenfalls die Antriebsmotoren an der Kondensatorstirnfläche befestigen
und eventuell sogar das Gebläse
selbst in einem sehr großen
und schlecht definierten Durchgangsloch in dem Kondensator anordnen.
Dieses Vorhaben würde so
viel Kondensatorvolumen und Kondensatorfläche wegnehmen, dass es im Wesentlichen
unrealisierbar wird. Die Offenbarung spricht außerdem von der Beseitigung
der Gebläseverkleidung,
obwohl Lufteinschlussringe, die das Gebläse umgeben, offenbart sind,
die für
ein korrektes Leiten und Lenken von Gebläseluft notwendig wären. In
der Praxis würde
kein Vorschlag, der einen völligen
Neuentwurf des Standardkondensators erforderte, eine bedeutende
technische Verwendung finden.
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Ein
jüngster
Trend beim Entwurf eines neuen Fahrzeugs ist die Erkenntnis, dass
viele Komponenten, die in den zunehmend belegten und kleinen Motorräumen angeordnet
sind, eine Zwangskühlung
benötigen
oder wenigstens einen Nutzen daraus ziehen könnten. Beispiele umfassen Batterien,
Drehstromlichtmaschinen und verschiedene Wärme erzeugende elektrische
Komponenten. Zwei jüngere
gemeinsam übertragene
US-Patente schlagen Fremdluft-Kühlsysteme
für Komponenten
unter der Motorhaube vor. USPN 5,671,802 offenbart ein Schlauch- und
Kastensystem, das eine Wärme
erzeugende Komponente beherbergt und Staudruck-Luft von der Vorderseite
des Fahrzeugs durch den Kasten leitet. Dieses nutzt die Umgebungslufttemperatur
zur Kühlung,
jedoch kann natürlich
keine Fremd-Kühlluft
geliefert werden, wenn das Fahrzeug steht. USPN 5,775,450 schafft
im Wesentlichen das Gegenteil hinsichtlich Vorteil und Nachteile.
Ein Luftstutzen hinter dem Gebläse
(wobei sich das Gebläse
hinter dem Kühler
befindet) leitet einen Teil der Fremdluft des Gebläses zur
Drehstromlichtmaschine um und über diese
hinweg und kühlt
diese stets dann, wenn das Gebläse
läuft,
jedoch unter Verwendung von Luft, die durch den Kühler weit über Umgebungstemperatur erwärmt worden
ist. Es gibt Komponenten, für
die jedes System völlig
zufrieden stellend arbeitet, d. h. solche, die keinen ununterbrochenen
Luftstrom benötigen
oder die auch bei wärmerer
Luft einen Nutzen aus der Kühlung
ziehen können.
Jedoch gibt es Komponenten unter der Motorhaube, die eventuell auch
von einer ununterbrochenen Zufuhr von Fremd-Kühlluft, vor allem dann, wenn
die Luft kühler als
die Luft ist, die bereits durch den Kühler geströmt ist, profitieren würden.
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Zusammenfassend
werden sämtliche
Raumersparnisvorteile, die der Gebläse-Zwischenstelle zueigen sind,
bewahrt, ohne den grundlegenden Wärmeaustauscherentwurf zu verändern, wobei
bei minimaler zusätzlichen
Struktur und minimalen zusätzlichen
Kosten eine verbesserte Fremdkühlung
von Komponenten erreicht wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Ein
kombiniertes Fahrzeuggebläseverkleidungs-
und Fahrzeugkomponentenkühlungsmodul
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung ist durch die in Anspruch 1 spezifizierten
Merkmale gekennzeichnet.
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Die
Erfindung bietet den Raumersparnisvorteil, der der Gebläse- oder
Gebläse-Zwischenstelle zueigen
ist, jedoch ohne Verändern
des grundlegenden Kondensatorentwurfs, und führt außerdem zu einer verbesserten
Kühlung
von Komponenten unter der Motorhaube. In der offenbarten bevorzugten
Ausführungsform
besitzen der Kondensator und der Kühler die herkömmliche
Größe und eine
ebene Form, wobei sie beide in einer beabstandeten und vorzugsweise
parallelen Konfiguration an der Vorderseite des Motorraums des Fahrzeugs
angebracht sind. Zwischen den zwei Wärmeaustauschern ist ein kreisförmiges,
axial wirkendes Motorkühlgebläse an einer Verkleidung
angebracht, die das Gebläse
sowohl physisch an dem Fahrzeug hält als auch wenigstens einen
Teil des Gebläseflügelumfangs
umgibt, um so Luft, nachdem sie durch den Kondensator gezogen worden
ist, einzuschließen
und wirksam durch den Kühler
zu leiten. Als Folge wird an der Auslassseite des Gebläses eine
Luftzone geschaffen, in der der Druck höher als der Umgebungsdruck
ist. In der bevorzugten Ausführungsform
dient die Gebläseverkleidung
auch dazu, die durch den Kondensator gezogene Luft einzuschließen und
zu leiten, wodurch an der Einlassseite eine weitere Luftzone geschaffen wird,
in der der Druck niedriger als der Umgebungsdruck ist. In beiden
Druckzonen ist die Luft nur durch den Kondensator und nicht durch
den Kühler
erwärmt worden.
Die Qualität
der kühleren
Luft ermöglicht praktisch
das Herstellen der Verkleidung aus weniger wärmebeständigen, jedoch schmiedbareren
Materialien wie etwa geblasenen Kunststoffen, falls dies erwünscht ist.
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Das
Fahrzeug enthält
außerdem
wenigstens eine Komponente wie etwa eine Batterie oder dergleichen,
die aus einem erzwungenen Kühlluftstrom einen
Nutzen ziehen würde.
Ein Kühlluftkanal öffnet sich
zur rückwärtigen Luftzone
mit einem höheren Druck,
um so einen Anteil der Luft mit einem höheren Druck einzufangen und
sie aus dieser Zone heraus auf die Komponente zu richten, um sie
wirksam und kontinuierlich mit Fremdluft mit einer relativ niedrigen Temperatur
zu kühlen.
Der Kanal kann ohne weiteres in der offenbarten Gebläseverkleidungsausführungsform
aufgenommen sein, da er zweckmäßigerweise aus
einfacher in Form hergestellter Materialien gefertigt sein kann.
Außerdem
kann, falls dies gewünscht wird,
ein Rückluftkanal
von der gekühlten
Komponente zurück zur
Luftzone mit einem niedrigeren Druck geleitet und eine vollständige Fremd-Kühlluftschleife
geschaffen werden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1 ist
eine perspektivische Ansicht eines typischen Frontendes eines Fahrzeugs
und eines typischen Motorraums;
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2 ist
eine perspektivische Ansicht einer typischen Frontendenstruktur
einer Fahrzeugkarosserie;
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3 ist
eine Perspektive des zusammengesetzten Moduls der Erfindung, von
der Kondensatorseite her betrachtet;
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4 ist
wie 2 eine perspektivische Ansicht, jedoch von der
Kühlerseite
her betrachtet;
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5 ist
eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht von 3;
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6 ist
eine perspektivische Ansicht der Verkleidung allein;
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7 ist
eine schematische, perspektivische Ansicht der auseinander gezogenen
Baugruppe, die die Zonen mit niedrigem und hohem Druck angibt.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Wie
zunächst
in den 1 und 2 gezeigt ist, enthält das Frontende
eines herkömmlichen Fahrzeugs,
das allgemein bei 10 angegeben ist, einen abgedeckten Motorraum 12,
der sich hinter einer Ziergitteröffnung 14, durch
die Umgebungsluft in die durch die Pfeile angegebene Richtung strömt, befindet.
Die Ziergitteröffnung 14 ist
durch eine starre, im Allgemeinen rechtwinklige Frontendenstruktur
verstärkt,
die eine obere Schiene 16, eine untere Schiene 18 und
seitliche Verbindungsschienen 20 umfassen. Diese schaffen
das grundlegende strukturelle Fundament für das physische Anbringen der
weiteren sich am Frontende befindlichen Strukturen. Im Motorraum 12 oder
irgendwo in relativer Nähe
des Frontendes des Fahrzeugs befindet sich eine Komponente, die
bei 22 angedeutet ist und dazu gedacht ist, irgendeine
Komponente, sei es nun eine Batterie, ein Generator, eine Wärme erzeugende
elektrische Komponente oder dergleichen, anzugeben, die einer wirksamen
Kühlung
bedarf oder wenigstens einen Nutzen davon haben könnte.
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Als
Nächstes
ist in den 3 und 4 allgemein
bei 24 eine bevorzugte Ausführungsform eines gemäß der Erfindung
hergestellten Moduls angegeben. Ein Standardkühler 26 und ein Standardkondensator 28 sind
beide im Grund ebene und rechtwinklige Strukturen ohne spezielles
Merkmal. Wie in einem typischen Fahrzeug sind sie an dem Frontende
des Fahrzeugs genau hinter der Ziergitteröffnung 14 angebracht,
wobei der Kondensator vorne liegt. Dies setzt jeden zur maximalen
Kühlung
der umgebenden Staudruck-Luft aus. Der Kühler 26 und der Kondensator 28 sind
vorzugsweise parallel zueinander angebracht, obwohl eine genaue
Parallelität
nicht notwendig ist, und um einen typischen Abstand von etwa hundert
Millimetern voneinander beabstandet. Im Allgemeinen ist alles wie
etwa die Größe, der
Ort und die relative Anordnung der zwei Wärmeaustauscher herkömmlich,
was zu dem technischen Potential der Erfindung wesentlich beiträgt.
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Wie
als Nächstes
in den 2 und 6 gezeigt ist, ist das grundlegende
Bauteil des Moduls 24 eine Verkleidung, die allgemein bei 30 angegeben ist. Die
Verkleidung 30 besitzt vorzugsweise einen rechtwinkligen
Umriss und ist steif genug, um an und zwischen den Schienen 16, 18 und 20 befestigt
zu werden und dadurch als sicheres Fundament für weitere Komponenten einschließlich des
Kühlers 26 und
des Kondensators 28 zu dienen. Als solches könnte die Verkleidung 30 durch
verschiedene Mittel und aus verschiedenen Materialien hergestellt
sein. Lediglich als Beispiel könnte
es formgepresster Kunststoff, geblasener Kunststoff, verarbeitetes
oder gestanztes Metall oder sogar eine Metall-Kunststoff-Hybridstruktur
sein. Obwohl das Material und der Prozess variiert werden können, ermöglicht der
grundlegende Ort der Verkleidung 30 auf der Einlassseite
des Kühlers 28 die
Verwendung eines solchen Materials, das weniger wärmefest
ist und außerdem
das Anbringen an ihm von anderen wärmeempfindlichen Komponenten in
derselben allgemeinen Anordnung. Wie offenbart ist, ist die Verkleidung 30 im
Grunde ein doppelwandiger, hohler Rahmen mit wenigstens einem und
vorzugsweise einem Paar nebeneinander liegender reifenähnlicher
Gebläseringe 32.
Jeder Ring 32 trägt
in der Mitte eine zentrale Naben- und Statorbaugruppe 34.
Die Naben- und Statorbaugruppen 34 sind ausreichend starr,
um Gebläse
und Motoren, die weiter unten näher
beschrieben werden, zu tragen, blockieren jedoch durch ihre speichenartige
Konfiguration den hindurchgehenden Luftstrom nicht. Wenigstens ein
Rohr 36 an der Kühlerseite
der Verkleidung 30 führt
durch einen Gebläsering 32.
Wie offenbart ist, kann ein weiteres Rohr 38 durch einen
Gebläsering 32 an
der Kondensatorseite der Verkleidung 30 führen. Diese
dienen zu einem Zweck, der weiter unten beschrieben wird. Unter
Annahme einer doppelwandigen Konstruktion sei angemerkt, dass eine
große Menge
an leerem, offenem Volumen, das die Gebläseringe 32 umgibt,
vorhanden ist.
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In 5 ist
als Nächstes
die Beziehung der Verkleidung 30 zu den anderen daran angebrachten Komponenten
gezeigt. Wie bereits angemerkt worden ist, können der Kondensator 28 und
der Kühler 26 auf
entgegengesetzten Seiten der Verkleidung 30 angebracht
sein, wobei sie dies in der offenbarten Ausführungsform auch sind. In den
restlichen Volumen, die die Gebläseringe 32 umgeben,
können
hohle, formangepasste Fluidbehälter 40 angebracht sein,
die irgendein Fluid wie etwa den Kühlerkühlmittelüberlauf, ein Scheibenwascherfluid,
ein Reserve-Leistungslenkungsfluid usw. enthalten. Dies nutzt den
Raum, der andernfalls verschwendet würde, ohne nachteilige Auswirkung
auf den Luftstrom und mit minimaler Auswirkung auf das Fluid unter
der Voraussetzung eines relativ kühlen Orts. In den Naben- und
Statorbaugruppen 34 sind zentral elektrische Flachform-Gebläseantriebsmotoren 42 befestigt,
wobei an jedem von diesen herkömmliche
axiale Luftgebläse 44 befestigt
sind. Wie angemerkt worden ist, können alle diese Komponenten
an der Verkleidung 30 befestigt sein, um so das Gesamtmodul 24 zu schaffen,
das seinerseits zwischen den Schienen 16, 18 und 20 befestigt
ist, wenn auch die Behälter 40 optional
wären.
Außerdem
ist es möglich,
eine wärmeempfindliche
Komponente irgendeiner Art, die bei 46 angegeben ist, an
einem Ort, an dem sie der Luft, die in dem unmittelbar anschließenden Gebläsering 32 unter Überdruck
gesetzt worden ist, wie weiter unten beschrieben wird, ausgesetzt
ist, anzubringen. Wie die Behälter 40 wäre die Komponente 46 eine
optionale, jedoch eventuell vorteilhafte Erweiterung für die Basisverkleidung 30.
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Als
Nächstes
ist in 7 die grundlegende Funktionsweise des Moduls 24 schematisch
gezeigt. Die allgemeinen Orte des Kondensators 28 und des Kühlers 26 sind
durch gestrichelte Ebenen angegeben. Der Ort der Verkleidung 30 ist
durch eine gestrichelte Mittelebene C gezeigt, die von den Gebläseringen 32 in
einlassseitige und auslassseitige Hälften aufgeteilt würde. Dies
erfolgt, um unterschiedliche Druckzonen abzugrenzen. Wenn sich die
Gebläse 44 drehen,
wird Luft von außen
durch die Ziergitter öffnung 14 und
zuerst durch den Kondensator 28 gesaugt, wo sie auf nur
etwa 10 Grad F über
Umgebungstemperatur erwärmt
wird. Die eingesaugte Luft wird durch die Gebläseringe 32 axial geleitet
und geführt.
Innerhalb eines durch die Innenfläche des Kondensators 28 und
die imaginäre
Ebene C axial und innerhalb der Gebläseringe 32 radial
begrenzten Volumens wäre
der Luftdruck wegen der ziehenden Wirkung der Gebläse 44 niedriger
als in der Umgebung. Diese Einlass- oder Frontzone ist bei F angegeben. Innerhalb
eines durch die Innenfläche
des Kühlers 26 und
die Ebene C axial und außerdem
durch die Gebläseringe 32 radial
begrenzten Volumens wäre
der Luftdruck wegen der schiebenden Wirkung der Gebläse 44 höher als
in der Umgebung. Diese Auslass- oder Heckzone ist bei R angegeben.
Das Rohr 36 führt
durch einen Gebläsering 32 hindurch
in die Heckzone R mit einem höheren
Druck, während
das Rohr 38 in die Frontzone F mündet. Das Rohr 36 würde ein
Entweichen oder einen Auslass eines Teils der unter Überdruck
gesetzten Luft aus der Zone R, deren Strom durch den Pfeil nach
außen
angegeben ist, bewirken. Die aus dem Auslassrohr 36 strömende Luft,
könnte
durch einen Schlauch oder eine Leitung zur Komponente 22 oder
zu einem Kasten, der die Komponente 32 enthält, geleitet
werden, um diese wirksam zu kühlen.
Die Kühlluft
könnte
an jenem Punkt einfach in die Umgebung ausgestoßen werden oder stattdessen
in einer Schleife zurück
zum Einlassrohr 38 und in die Zone F mit niedrigerem Druck geleitet
werden. Auf jedem Weg wäre
die unter Überdruck
gesetzte Luft, die nur durch den Kondensator 28 und noch
nicht durch den Kühler 26 erwärmt worden
ist, bei minimalen zusätzlichen
Kosten und minimalem zusätzlichem
belegtem Raum für
eine wirksame Komponentenkühlung
bereitgestellt.
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Es
könnten
Abänderungen
der offenbarten Ausführungsform
vorgenommen werden. Am einfachsten und grundsätzlich könnte eine Komponente, die einer
Kühlung
bedarf, wie etwa ein Leistungstransistor oder derglei chen an oder
in der Nähe
der Gebläseverkleidung 30 angebracht
werden, wobei eine Öffnung
direkt durch den (die) Gebläsering(e) 32 zu einer
der Druckzonen R oder F (oder zu beiden) führen würde. Luft würde dann direkt durch die Komponente
gezogen oder geschoben oder in einer vollständigen Schleife gezwungen werden.
Desgleichen wäre
es möglich,
auch bei entfernt angebrachten Komponenten mittels Schläuchen oder
durch Kanalbildung zum Leiten der Luft lokale Umgebungsluft einfach
durch oder um die Komponente 22 zu saugen, indem der Schlauch
oder der Kanal von ihr nur in die Frontzone F mit niedrigem Druck
geleitet wird. Dies würde
funktionieren, wenn der Druck niedrig genug ist, um eine ausreichende
Ansaugung zu erzeugen. Daher ist selbstverständlich nicht beabsichtigt, die
Erfindung genau auf die offenbarte Ausführungsform zu begrenzen.