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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Toiletten und, genauer
ausgedrückt,
Vakuumtoilettensysteme, eine modulare Vakuumtoilette gemäß der Präambel von
Anspruch 1 und ein Verfahren zum Warten einer Vakuumtoilette.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Vakuumtoilettensysteme
sind im technischen Gebiet zum Gebrauch sowohl in Fahrzeugen als
auch ortsfesten Anwendungen allgemein bekannt. Ein Vakuumtoilettensystem
weist typischerweise eine Schüssel
zum Aufnehmen von Abfall mit einem Auslass auf, der an eine Vakuumablaufleitung angeschlossen
ist. Ein Ablassventil ist zwischen dem Schüsselauslass und der Vakuumablaufleitung
angeordnet, um selektiv Flüssigkeitskommunikation
zwischen diesen herzustellen. Die Vakuumablaufleitung ist an einen
Sammeltank angeschlossen, der durch eine Vakuumquelle wie zum Beispiel
ein Vakuumgebläse
unter Teilvakuumdruck gesetzt wird. Wenn das Ablassventil geöffnet wird,
wird Material in der Schüssel
infolge des Druckunterschieds zwischen dem Innenraum der Schüssel und
dem Innenraum der Ablaufleitung zum Abwasserrohr befördert. Konventionelle
Vakuumtoilettensysteme enthalten ferner eine Quelle von Spülflüssigkeit
und ein Spülflüssigkeitsventil
zum Steuern der Einbringung von Spülflüssigkeit in die Schüssel. Eine solche
Vakuumtoilette ist in den Dokumenten US-A-5956780 und US-A-5621924 beschrieben.
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Die
Komponenten einer konventionellen Vakuumtoilette werden typischerweise
getrennt bereitgestellt und sind äußerst schwierig zusammenzubauen.
Das Ablassventil wird typischerweise in einer ersten Position angebracht,
während
das Spülventil
in einer zweiten, getrennten Position angebracht wird. Eine Spülungssteuereinheit
(FCU) ist entfernt von beiden Ventilen angebracht und liefert Steuersignale zu
den Betätigungsgliedern
des Ablass- und Spülventils.
Dementsprechend werden verschiedene Einbauträger, Rohrleitungen und Kabel
zum Verbinden der verschiedenen Komponenten miteinander benötigt, wodurch
die Montage übermäßig kompliziert
und zeitaufwendig gestaltet wird.
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Außerdem gestalten
getrennte Komponenten, die in konventionellen Vakuumtoiletten verwendet
werden, Reparatur und Wartung übermäßig zeitaufwendig
und arbeitsintensiv. Wartungsbelange sind besonders wichtig in Flugzeuganwendungen, bei
denen eine Anzahl von Untersystemen an Board installiert ist. Gemäß allgemeiner
Praxis in der Fluglinienindustrie, schließt jedes Untersystem eine oder mehrere
Komponenten ein, die im Fall von Versagen ausgewechselt werden müssen, wobei
solche Ersatzteile gewöhnlich
als leitungsaustauschbare Einheiten (LRUs) bezeichnet werden. Momentan
wird die gesamte Vakuumtoilette als die LRU für das Vakuumtoilettensystem
definiert. Infolgedessen muss eine Fluglinie eine oder mehrere Ersatztoiletten
im Fall eines Toilettenausfalls lagern, so dass die Ersatztoilette
gegen die fehlerhafte Toilette ausgetauscht werden kann. Ein "Prüfstandversuch" wird dann an der
fehlerhaften Toilette ausgeführt
zum Bestimmen, welche Komponenten in der Toilette versagt haben.
Die fehlerhaften Komponenten werden dann repariert oder ausgewechselt
(was bedeutende Demontage und Neumontage der Toilette beinhalten kann),
so dass die Toilette in einem anderen Flugzeug wieder verwendet
werden kann.
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Jeder
der während
einer Toilettenreparatur ausgeführten
Schritte ist übermäßig schwierig
und zeitaufwendig. Das Entfernen der gesamten Toilettenbaugruppe
aus einem Flugzeug erfordert Demontage von mindestens vier selbstverriegelnden
Einbaubefestigungsrichtungen, einer elektrischen Verbindung, eines
Erdungsbands, eines Trinkwasserleitungsanschlusses, und einer Abfallablassrohrverbindung.
Jede Verbindung kann schwer zugänglich
sind, und kann ein bestimmtes Werkzeug zum Lockern und Lösen erfordern.
Die gleichen Verbindungen müssen
dann wieder für
die Ersatztoilette angeschlossen werden.
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Selbst
wenn es möglich
wäre, eine
einzelne Toilettenkomponente zu entfernen und auszuwechseln, wäre es übermäßig schwierig
und zeitaufwendig, dies zu tun. Entfernung einer Komponenten würde Lösung mehrerer
Kabel und Rohre erfordern, und die Komponenten befinden sich oft
in Bereichen, die schwer zugänglich
sind. Außerdem
wäre es
schwierig, zu diagnostizieren, ob eine Komponente oder mehrere Komponenten
versagt haben. Es gibt eine Vielzahl von Kombinationen gleichzeitiger
Komponentenausfälle,
was zu Fehlern bei der Fehlersuche und den Austausch oder die Reparatur
nicht fehlerhafter Komponenten führen
kann.
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Angesichts
des Vorhergehenden, ist es offensichtlich, dass der Austausch und
die Reparatur konventioneller Toiletten übermäßig zeitaufwendig ist und die
Notwendigkeit für
eine Fluglinie schafft, einen großen Lagerbestand von Ersatztoiletten
im Fall eines Ausrüstungsversagens
zu unterhalten.
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Andere
Reparaturen, die keine wesentlichen Ausmaße von Fehlersuche zum Identifizieren
versagender Komponenten erfordern, benötigen dennoch umfassendere
Demontage und Neumontage. Die Toilettenschüssel, zum Beispiel, ist typischerweise
aus Edelstahl überzogen
mit einer Antihaftbeschichtung ausgebildet, die Versagen unterliegt.
In konventionellen Toiletten ist die Schüssel eine strukturelle, lasttragende
Komponente, die an einem Grundträger
befestigt ist. In einigen Toiletten ist der Grundträger permanent
an der Schüssel
befestigt, und deshalb muss die gesamte Toilette entfernt werden,
um die Beschichtung zu ersetzen. Bei anderen Toiletten ist die Schüssel von
dem Grundträger
entfernbar, aus welchem Grunde Befestigungseinrichtungen entfernt werden
müssen
und die Schüssel
von den Spülflüssigkeits-
und Ablassleitungen getrennt werden muss. Außerdem müssen der Spülring oder die Spüldüse, die
zum Richten von Spülflüssigkeit
in die Schüssel verwendet
werden, entfernt werden. Wenn ferner die Antihaftbeschichtung versagt,
muss die Schüssel von
allen der anderen Toilettenkomponenten für einen Neubeschichtungsprozess
entfernt werden, dessen Schritte bei hohen Temperaturen zum Entfernern der
alten Beschichtung und Auftragen einer neuen Beschichtung auf die
Toilettenschüsseloberfläche ausgeführt werden.
Dementsprechend ist die Auswechselung einer konventionellen Schüssel übermäßig kompliziert
und zeitaufwendig.
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Aus
dem Vorhergehenden wird erkannt werden, dass eine Anzahl von Toiletten
zur Auswechselung im Fall des Versagens einer fehlerhaften Toilette auf
Lager gehalten werden müssen.
Die Anzahl von Toiletten im Lagerbestand wird weiter aufgrund der linksgängigen und
rechtgängigen
Konfigurationen konventioneller Vakuumtoiletten erhöht werden.
Typischerweise muss die Komponentenkonfiguration einer konventionellen
Vakuumtoilette in Übereinstimmung
mit dem Typ der gewünschten
Ablasskonfiguration modifiziert werden. Darüber hinaus können unterschiedliche
Komponenten erforderlich sein, wie zum Beispiel eine Toilettenschüssel mit
einem linksgängigen
oder rechtsgängigen
Ablass. Infolgedessen muss eine Fluglinie Ersatztoiletten sowohl
mit links- als auch rechtsgängigem
Ablass verfügbar
haben, wodurch die Anzahl benötigter
Teile im Lagerbestand erhöht
wird.
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Aus
dem Obigen wird erkannt werden, dass ein Bedarf an einer Vakuumtoilette
besteht, die einfacher zu unterhalten ist und die Anzahl benötigter Teile im
Lagerbestand senkt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Bestimmten
Aspekte der vorliegenden Erfindung zufolge, wird eine modulare Vakuumtoilette zum
Gebrauch in einem Vakuumtoilettensystem mit einer Ablaufleitung,
die unter Teilvakuumdruck gesetzt werden kann, und einer Quelle
von Spülflüssigkeit
gemäß Anspruch
1 geschaffen. Die modulare Vakuumtoilette umfasst eine Haltestruktur
und eine entfernbare Schüssel,
die eine erste leitungsaustauschbare Einheit definiert und durch
die Haltestruktur gehalten wird, wobei die Schüssel einen Auslass begrenzt
und einen damit verknüpften
Spülflüssigkeitsspender
umfasst. Ein Ventilsatzmodul ist vorgesehen, das ein Ablassventil
mit einem Einlass in Flüssigkeitskommunikation
mit dem Schüsselauslass,
einem Auslass in Flüssigkeitskommunikation
mit der Ablaufleitung, und einem beweglichem Ablassventilelement,
das zwischen dem Ablassventileinlass und -Auslass angeordnet ist;
ein Spülflüssigkeitsventil
mit einem Einlass in Flüssigkeitskommunikation
mit der Quelle von Spülflüssigkeit,
einem Auslass in Flüssigkeitskommunikation
mit dem Spülflüssigkeitsspender,
und einem beweglichen Spülflüssigkeits-Ventilelement,
das zwischen dem Spülflüssigkeits-Ventileinlass
und -Auslass angeordnet ist; und eine Spülungssteuereinheit mit einer
Leiterplatte umfasst, die betrieblich an das Ablassventil und Spülflüssigkeitsventil
zum Steuern der Betätigung
des Ablassventilelements und des Spülflüssigkeits-Ventilelements angeschlossen ist. Die
erste und zweite Einheit sind unabhängig voneinander und von der
Haltestruktur entfernbar.
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Weiteren
Aspekten der vorliegenden Erfindung zufolge, wird ein Verfahren
zum Warten einer Vakuumtoilette geschaffen, bei dem die Toilette
einen Behälter
umfasst, der eine erste leitungsaustauschbare Einheit zum Aufnehmen
von Abfall definiert und einen Auslass begrenzt, und einen damit
verknüpften Spülflüssigkeitsspender
gemäß Anspruch
15 einschließt.
Ein Ablassventil weist einen Einlass in Flüssigkeitskommunikation mit
dem Behälterauslass,
einen Auslass in Flüssigkeitskommunikation
mit einer Ablaufleitung, die unter einen Teilvakuumdruck gesetzt
werden kann, und ein bewegliches Ablassventilelement auf, das zwischen
dem Ablassventileinlass und dem Ablassventilauslass angeordnet ist.
Ein Spülflüssigkeitsventil
umfasst einen Einlass in Flüssigkeitskommunikation
mit einer Quelle von Spülflüssigkeit,
einen Auslass in Flüssigkeitskommunikation mit
dem Spülflüssigkeitsspender,
und ein bewegliches Spülflüssigkeits-Ventilelement,
das zwischen dem Spülflüssigkeits-Ventileinlass
und Spülflüssigkeits-Ventilauslass angeordnet
ist. Eine Spülungssteuereinheit
ist zum Steuern der Betätigung
des Ablassventilelements und des Spülflüssigkeits-Ventilelements ausgelegt,
wobei das Ablassventil, Spülflüssigkeitsventil
und die Spülungssteuereinheit
als ein Ventilsatz vorgesehen sind, der eine zweite leitungsaustauschbare
Einheit definiert. Das Verfahren umfasst Entfernen der fehlerhaften
leitungsaustauschbaren Einheit von der Toilette, und Installieren
einer neuen leitungsaustauschbaren Einheit in der Toilette. Die
erste und zweite Einheit sind unabhängig von der Toilette entfernbar.
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Andere
Merkmale und Vorteile sind in der beanspruchten und offenbarten
Vorrichtung inhärent oder
werden den Fachleuten in diesem Gebiet aus der folgenden detaillierten
Beschreibung, die nur als Beispiel aufgeführt ist, und ihren zugehörigen schematischen
Zeichnungen deutlich werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1A und 1B sind
eine Front- bzw. Rückansicht
einer modularen Vakuumtoilette gemäß der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
ein schematisches Diagramm der Vakuumtoilette von 1.
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3 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Vorsprungs, der zum Befestigen einer Schüssel an dem Rahmen verwendet
wird.
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4 ist
eine vergrößerte perspektivische Ansicht
des Ventilsatzes, der in die Vakuumtoilette von 1 eingebaut
ist.
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5A und 5B sind
perspektivische Ansichten eines Ablassventils und einer Betätigungseinrichtung,
die in den Ventilsatz eingebaut sind.
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6 ist
ein Seitenaufriss im Querschnitt einer Spülventilbaugruppe, die in den
Ventilsatz eingebaut ist.
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7A–D sind
Seitenaufrisse im Querschnitt der Spülventilbaugruppe, die verschiedene Stadien
eines Spülzyklus
zeigen.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bezugnehmend
zuerst auf die 1A, 1B und 2,
ist eine modulare Vakuumtoilette gemäß der vorliegenden Erfindung,
die zum Gebrauch in einem Fahrzeug geeignet ist, allgemein mit der
Bezugsziffer 10 bezeichnet. Die modulare Vakuumtoilette 10 umfasst
allgemein einen Ventilsatz 8, einen Rahmen 20,
und eine Schüssel 36.
Das Fahrzeug ist mit einer Ablaufleitung 11, einem Vakuumtank 13 angeschlossen
an die Ablaufleitung 11, und einer Vakuumquelle (nicht
gezeigt) versehen, um den Vakuumtank 13 unter Teilvakuumdruck
zu setzen. Das Fahrzeug schließt
ferner eine Quelle von Spülflüssigkeit 15 angeschlossen
an eine Spülflüssigkeits-Zuführleitung 19 ein.
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Der
Rahmen 20 ist zum Halten der Komponenten der Vakuumtoilette 10 vorgesehen.
Wie am besten unter Bezugnahme auf die 1A und 1B gezeigt
ist, umfasst der Rahmen 20 ein unteres Element 24,
das zur Befestigung an einer Stützfläche des
Fahrzeugs ausgelegt ist. Vertikale Stützen 26 erstrecken
sich von dem unteren Element 24 nach oben, und ein oberes
Element 28 ist an den vertikalen Stützen 26 befestigt.
Das obere Element 28 ist mit einer Öffnung 30 nahe der
Vorderseite und zwei Schlitzen 29 nahe der Rückseite
desselben ausgebildet. In der dargestellten Ausführungsform ist eine Zwischenstütze 32 zwischen
benachbarten vertikalen Stützen 26 befestigt,
und ein Träger 27 ist
an dem unteren Element 24 befestigt. Das untere Element 24,
obere Element 28 und der Träger 27 sind vorzugsweise
aus Blechmetall gebildet, während
die vertikalen Stützen 26 und
Zwischenstützen 32 vorzugsweise aus
Rohrstahl gebildet sind, von denen beide einfach erhältlich und
kostengünstig
sind. Andere Materialien mit ausreichender Starrheit können jedoch
auch verwendet werden.
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Die
Schüssel 36 ist
zum Aufnehmen von Abfallmaterial vorgesehen. Die Schüssel 36 weist
eine gekrümmte
Seitenwand 38 und einen nach außen gedrehten Flansch 40 auf,
der sich um eine Oberkante der Seitenwand (1A und 1B)
erstreckt. Der nach außen
gedrehte Flansch 40 umfasst ferner Vorsprünge 39 mit
Abmessungen zur Einführung durch
die in dem oberen Rahmenelement 28 ausgebildeten Schlitze 29,
wie am besten in 3 gezeigt ist. Ein Boden der
Seitenwand ist zu einem Auslass 42 ausgebildet, und die
Seitenwand 38 hat Abmessungen zum Einsetzen des oberen
Rahmenelements 28 in die Öffnung 30. Der Auslass 42 steht
in Flüssigkeitskommunikation
mit einem Ablassventil 70 durch ein Übertragungsrohr 44.
Das Übertragungsrohr 44 umfasst
vorzugsweise einen Kragen 47 solcher Größe, dass er mit dem Auslass 42 reibschlüssig in
Eingriff kommt und an diesem abdichtet.
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Zum
Befestigen der Schüssel 36 an
dem Rahmen 20 wird die Schüssel 36 durch die Öffnung 30 eingeführt und
so positioniert, dass die Vorsprünge 39 mit
den Schlitzen 29 ausgerichtet sind und der Auslass 42 mit
dem Kragen 47 ausgerichtet ist. Die Schüssel 36 wird so abgesenkt,
dass die Vorsprünge 39 durch
die Schlitze 29 hindurchgehen und sich mit diesen verblocken.
Gleichzeitig wird der Auslass 42 in den Kragen 47 eingeführt und
kommt mit diesem in Eingriff. In dieser Position überlagert
der nach außen gedrehte
Flansch 40 eng das obere Rahmenelement 28, so
dass auf die Schüssel 36 ausgeübte Abwärtskräfte zum
Rahmen 20 übertragen
werden. Infolgedessen ist die Schüssel 36 keine lasttragende
Komponente, und kann aus nicht tragenden Materialien wie zum Beispiel
Kunststoff, dünnwandigem
Metall (hier als weniger als etwa 1 mm (0,040'' dick)
definiert), oder anderen bekannten Alternativen hergestellt werden.
Außerdem
kann die Schüssel 36 von dem
Rahmen 20 getrennt werden und kann deshalb unabhängig von
dem Rest der Toilette 10 ersetzt werden. Darüber hinaus
können
die Vorsprünge 39 manuell
gehandhabt werden, und daher werden keine Werkzeuge zum Installieren
oder Entfernen der Schüssel 36 benötigt.
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Mindestens
ein Spülflüssigkeitsspender,
wie zum Beispiel Düsen 46,
ist innerhalb der Schüssel 36 zum
Richten von Spülflüssigkeit über die
Oberfläche der
Schüssel
vorgesehen. Wie am besten in den 1A und 1B gezeigt
ist, ist eine Mehrzahl von Düsen 46 um
die Schüsselseitenwand 38 herum
verteilt und ausgerichtet, um Spülflüssigkeit über Teile der
Schüsseloberfläche zu richten.
Die Anzahl von Düsen
kann mehr oder weniger als die gezeigte sein, abhängig von
der Größe der zu
spülenden
Schüsseloberfläche. Wie
hier verwendet, schließt
der Ausdruck "Spülflüssigkeitsspender" sowohl die dargestellten
Düsen 46 als
auch bekannte Ersatzeinrichtungen, wie zum Beispiel Sprühringe ein.
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Ein
Vakuumbrecher 33 ist über
der Oberkante der Schüssel 36 positioniert,
und ein erstes Spülflüssigkeitsrohr 35a erstreckt
sich von den Düsen 46 zum
Vakuumbrecher 33. Ein zweites Spülflüssigkeitsrohr 35b erstreckt
sich von dem Vakuumbrecher 33 zu einem Spülventil 72.
Schnell-Trennkupplungen 108a, 108b sind
vorgesehen, um das erste und zweite Spülflüssigkeitsrohr 35a, 35b an
den Vakuumbrecher 33 anzuschließen.
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Der
getrennte Rahmen 20 ermöglicht
vorteilhaft, dass die Schüssel 36 eine
leitungsaustauschbare Einheit (LRU) ist. Wenn die Schüssel 36 abgenutzt wird
oder auf andere Weise Auswechselung erfordert, kann eine Wartungsperson
einfach das erste Spülflüssigkeitsrohr 35a unter
Verwendung der Schnell-Trennkupplung 108a lösen, die
Vorsprünge 39 so
manipulieren, dass sie aus den Schlitzen 29 ausklinken,
und an der Schüssel 36 nach
oben ziehen, um die Schüssel 36 aus
dem Rahmen 20 zu entfernen. Eine neue Schüssel 36 kann
dann in den Rahmen 20 wie oben beschrieben eingesetzt werden,
und das erste Spülflüssigkeitsrohr 35a kann
an den Vakuumbrecher 33 unter Verwendung der Schnell-Trennkupplung 108a angeschlossen
werden. Infolgedessen muss nicht die gesamte Toilette entfernt und
gewartet werden. Zusätzlich
zur Vereinfachung von Schüsselentfernung
und Auswechselung, ermöglicht
der Rahmen 20 die Verwendung eines breiten Bereichs von
Materialien für
die Schüssel 36,
da der Rahmen 20, anstelle der Schüssel 36, die Last
hält.
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Wie
am besten in 1A gezeigt ist, ist der Ventilsatz 8 an
dem Rahmenträger 27 angebracht. Der
Ventilsatz 8 wird vorzugsweise an dem Träger 27 unter
Verwendung von Befestigungseinrichtungen befestigt, die von Hand
manipuliert werden können, wie
zum Beispiel Rändelschrauben 37.
Der Ventilsatz 8 schließt vier Unterkomponenten ein: ein
Ablassventil 70, ein Spülventil 72,
eine Spülsteuereinheit
(FCU) 74, und ein Betätigungsglied 76 (4). Das
Ablassventil 70 schließt
ein Ablassventilgehäuse 78 ein,
das in zwei Hälften 78a, 78b unterteilt
ist. Wie am besten in den 5A und 5B gezeigt
ist, schließt
das Gehäuse 78 ein
Paar von in der Gehäusehälfte 78a ausgebildeten
Einlässen 79, 80 ein,
die mit einem in der Gehäusehälfte 78b ausgebildeten Paar
von Auslässen 81, 82 ausgerichtet
sind.
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Das
Gehäuse 78 begrenzt
ferner eine Kammer zum Aufnehmen eines Ablassventilelements wie zum
Beispiel eines Ventiltellers 83. Eine Achse 84 ist an
dem Ventilteller 80 befestigt und weist zwei Enden 84a, 84b auf.
Löcher
sind in den Gehäusehälften 78a, 78b ausgebildet,
die Abmessungen zum Aufnehmen der Achsenenden 84a bzw. 84b aufweisen, so
dass der Teller 83 für
Drehung um die Achse 84 gehalten wird. Der Umfang des Tellers 83 ist
mit Getriebeverzahnungen 85 ausgebildet, und ein Paar Öffnungen 86, 87 ist
durch den Teller 83 ausgebildet. Die Öffnungen 86, 87 sind
so verteilt, dass beide gleichzeitig in Register mit den zugehörigen Einlass-/Auslasspaaren 79/81, 80/82 kommen,
wenn sich der Teller 83 dreht. In der dargestellten Ausführungsform
sind die Öffnungen 85, 86 und
zugehörigen
Einlass-/Auslasspaare 79/81, 80/82 um
180 Grad voneinander entfernt.
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Der
dargestellten Ausführungsform
zufolge, ist der Einlass 79 an ein Ende des Übertragungsrohrs 44 angeschlossen,
wobei das andere Ende des Übertragungsrohrs 44 an
dem Schüsselauslass 42 befestigt
ist. Ein Lufteinsaug- Sperrventil 45 ist
an dem anderen Einlass 80 angebracht, und ist darauf gerichtet,
Flüssigkeit
in den Einlass 80 fließen
zu lassen, während
es Austreten von Flüssigkeit
aus dem Sperrventil 45 verhindert (1A und 2).
Ein erstes Ende eines U-förmigen
Auslassrohrs 12 (1B) ist
an den Auslass 81 angeschlossen und ein zweites Ende desselben
ist mit dem Auslass 82 verbunden. Das Auslassrohr 12 weist
ferner eine Abzweigung 17 ist, die zu einem Ablassrohr 21 führt.
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Bestimmten
Aspekten der vorliegenden Erfindung zufolge, sind die Abzweigung 17 und
das Ablassrohr 21 auslegt, um sowohl rechtsgängige als auch
linksgängige
Ablasskonfigurationen bereitzustellen. Wie am besten in 1B gezeigt
ist, umfasst die Abzweigung 17 ein Paar beabstandeter Stifte 160 (von
denen nur einer in 1B gezeigt ist), und das Ablassrohr 21 ein
Paar bestandeter J-förmiger Schlitze 162 (von
denen nur einer in 1B gezeigt ist), die zum Ergreifen
der Stifte positioniert sind, so dass das Ablassrohr 21 entfernbar
an der Abzweigung 17 befestigt ist. Die Stifte 160 und
J-förmigen
Schlitze 162 sind vorzugsweise um 180 Grad voneinander entfernt,
so dass das Ablassrohr 21 einfach durch Drehen des Ablassrohrs 21 vor
Befestigung entweder für
rechts- oder linksgängiges Ablassen
positioniert werden kann, ohne Änderungen
an den anderen Toilettenkomponenten zu erfordern. Das freie Ende des
Ablassrohrs 21 ist zum lösbaren Anschluss an die Ablaufleitung 11 auslegt,
wie zum Beispiel mit einer zweischaligen Kupplung (nicht gezeigt).
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Wenn
in Betrieb die Telleröffnungen 86, 87 mit
den Einlass-/Auslasspaaren 79/81, 80/82 ausgerichtet
sind, überführt das
Ablassventil 70 nicht nur Abfall aus dem Übertragungsrohr 44 zur
Ablaufleitung 11, sondern zieht ferner zusätzliche
Luft durch das Lufteinsaug-Sperrventil 45 in die Ablaufleitung 11.
Das zusätzliche
Lufteinsaugen reduziert Lärm, der
normalerweise während
einer Spülung
verursacht wird.
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Das
Betätigungsglied 76 ist
zum Antreiben des Ventiltellers 83 vorgesehen. Wie am besten
in 5A gezeigt ist, umfasst das Betätigungsglied 76 ein
Geradstirnrad 90 in Eingriff mit den um den Umfang des
Tellers 83 herum ausgebildeten Getriebeverzahnungen 85.
Das Geradstirnrad 90 ist an einer drehbaren Welle 92 anbracht,
und ein Antrieb ist zum Drehen der Welle 92 vorgesehen.
Die FCU 74 ist betrieblich mit dem Betätigungsglied 76 zum
Steuern des Betriebs des Betätigungsglieds
gekoppelt. Der dargestellten Ausführungsform zufolge, kann der
Teller 83 in einer einzigen Richtung in Stufen von neunzig
Grad gedreht werden, um das Ablassventil 70 zu öffnen und
zu schließen.
Alternativ kann der Teller 83 zum Öffnen und Schließen des
Ventils 70 auch über einen
Bogen von neunzig Grad hin- und herbewegt werden, oder der Teller 83 kann
in anderen Weisen gemäß anderen
Tellerkonfigurationen und -Layouts gesteuert werden.
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Das
Spülventil 72 ist
zum Steuern des Flusses von Spülflüssigkeit
zur Schüssel 36 vorgesehen. Wie
am besten in 6 gezeigt ist, weist das Spülventil 72 einen
Gehäuseblock 100 auf,
der mit einer Einlassbohrung 101 ausgebildet ist, die einen
Einlass 102 und eine Auslassbohrung 103 begrenzt.
Die Einlassbohrung 101 ist zum Anschluss an die Spülflüssigkeitsleitung 19 über eine
Schnell-Trennkupplung (nicht gezeigt) ausgelegt. Ein Einsatz 104 ist
in einem stromabwärts
liegenden Teil der Auslassbohrung 103 positioniert und
begrenzt einen Auslass 105. Das Auslassende des Einsatzes 104 ist
mit Widerhaken versehen, um ein Ende des zweiten Spülflüssigkeitsrohrs 35b daran
zu befestigen, während
das entgegengesetzte Ende des zweiten Spülflüssigkeitsrohrs 35b die
Schnell-Trennkupplung 108b aufweist (1A und 1B).
Ein Tellerventil 106 ist auch in dem Gehäuseblock 100 ausgebildet
und steht in Flüssigkeitskommunikation
mit der Einlassbohrung 101. Eine Ringausnehmung 107 ist
in dem Gehäuseblock 100 konzentrisch
mit der Tellerventilbohrung 106 ausgebildet, um Flüssigkeitskommunikation
zwischen der Tellerventilbohrung 106 und der Auslassbohrung 103 herzustellen.
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Das
Spülventil 72 schließt ein Spülventilelement
wie zum Beispiel ein Kugelventil 110 ein, das in der Auslassbohrung 103 zum
selektiven Herstellen von Flüssigkeitskommunikation
zwischen der Auslassbohrung 103 und dem Auslass 105 angeordnet ist.
Das Kugelventil 110 umfasst einen Schaft 111 und ein
Ventilelement 112 mit einem sich durch dasselbe erstreckenden
Strömungsdurchgang 113.
Eine Dichtung 114 ist stromabwärts von dem Ventilelement 112 zum
Verhindern von Auslaufen zwischen dem Ventilelement 112 und
dem stromabwärts
liegenden Teil der Auslassbohrung 103 vorgesehen. Wie in 6 gezeigt
ist, befindet sich der Strömungsdurchgang 113 senkrecht
zu der Auslassbohrung 103, wodurch Flüssigkeitsströmung verhindert
wird. Das Kugelventil 110 ist jedoch drehbar, um den Strömungsdurchgang 113 mit
der Auslassbohrung 103 auszurichten und dadurch Flüssigkeitskommunikation
zwischen dem stromaufwärts
liegenden Teil der Auslassbohrung 103 und dem Auslass 105 herzustellen.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
ist der obere Teil des Schafts 111 ausgelegt, um mechanisch
das Achsenende 84a zu ergreifen, wie am besten in 4 gezeigt
ist, so dass Drehung des Tellers 83 auch das Kugelventil 110 dreht.
In der dargestellten Ausführungsform
ist der Schaft 111 mit einem Keil 115 ausgebildet,
während
das Achsenende 84a eine Nut 116 mit Abmessungen
zum Aufnehmen des Keils 115 aufweist. Infolgedessen wird
kein getrenntes Betätigungsglied
zum Betätigen
des Kugelventils 110 benötigt, wodurch Kosten- und Platzanforderungen für die Toilette
reduziert werden.
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Das
Spülventil 72 umfasst
ferner ein Sicherungsventil 120 zum Messen von Spülflüssigkeitsströmung durch
das Spülventil,
wenn das Kugelventil 110 offen ist. Wie hier verwendet,
bezeichnet der Ausdruck "Sicherungsventil" ein Ventil, das
aktiv wird, nachdem eine festgelegte Menge von Flüssigkeit
dasselbe durchquert hat. Wie am besten in 6 gezeigt
ist, ist ein Ventildeckel 121 an dem Gehäuseblock 100 befestigt,
um die Tellerventilbohrung 106 und die Ausnehmung 107 zu
verschließen.
Eine flexible Membran 122 ist zwischen dem Gehäuseblock 100 und
dem Ventildeckel 121 befestigt, um eine Steuerkammer 117 über der
Membran 122 und eine Strömungskammer 118 unter
der Membran 122 zu begrenzen. Wie bei 6 dargestellt
ist, befindet sich die Membran 122 in einer geschlossenen
Position, in der die Membran 122 eine winkelförmige Zwischenwand 123 ergreift,
die sich zwischen der Tellerventilbohrung 106 und der Ausnehmung 107 erstreckt,
wodurch Flüssigkeitskommunikation
zwischen der Tellerventilbohrung 106 und der Ausnehmung 107 unterbrochen
wird. Ein Tellerventil 124 ist innerhalb der Tellerventilbohrung 106 angeordnet und
an der Membran 122 befestigt, so dass das Tellerventil 124 sich
mit der Membran 122 bewegt. Der obere Teil des Tellerventils 124 ist
mit einer Steueröffnung 125 ausgebildet,
und Durchflussöffnungen 126 erstrecken
sich radial durch die Seitenwand des Tellerventils 124.
Eine Feder 127 ist in der Tellerventilöffnung zum Vorspannen der Membran 122 von
der Zwischenwand 123 weg in Richtung auf eine offene Position
angeordnet, in der Flüssigkeitskommunikation
zwischen der Tellerventilbohrung 106 und der Ausnehmung 107 hergestellt
wird.
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Das
Sicherungsventil 120 begrenzt die Menge von Spülflüssigkeit,
die durch das Spülventil 72 fließen darf,
wenn das Kugelventil 110 offen ist. Während Betrieb befindet sich
das Kugelventil 110 normalerweise in einer geschlossenen
Position, um Fluss von Spülflüssigkeit
durch das Spülventil 72 zu
verhindern. Die Spülflüssigkeit
fließt
sowohl durch die Steueröffnung 125 zur
Registrierung an der Steuerkammer 117 als auch durch die
Durchflussöffnungen 126 zur
Registrierung in der Strömungskammer 118.
Da kein Spülflüssigkeitsfluss
vorliegt, ist der Spülflüssigkeitsdruck
der gleiche sowohl in der Steuerkammer 117 als auch der
Strömungskammer 118,
so dass die Feder 127 die Membran 122 und das
Tellerventil 124 in die offenen Position drückt, wie
in 7A gezeigt ist.
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Als
Reaktion auf einen Spülbefehl
wird das Kugelventil 110 zu der offenen Position gedreht,
so dass der Kugelventil-Strömungsdurchgang 113 mit der
Auslassbohrung 103 zum Auslass 105 kommuniziert,
wodurch Flüssigkeitsfluss
durch das Ventil 72 erzeugt wird (7B). Während Flüssigkeitsfluss
erfährt
die Spülflüssigkeit
einen Druckabfall, wenn sie die Strömungsöffnungen 126 durchquert,
wodurch der Flüssigkeitsdruck
in der Strömungskammer 118 reduziert
wird, während
der Druck in der Steuerkammer 117 im wesentlichen gleich
bleibt. Die resultierende Druckdifferenz über der Membran 122 überwindet
schließlich
die Kraft der Feder 127, so dass die Membran 122 und
das Tellerventil 124 sich zur geschlossenen Position bewegen,
wie in 7C gezeigt ist. Wenn die Membran
sich in der geschlossenen Position befindet, wird Flüssigkeitsfluss
durch das Spülventil 72 wieder
unterbrochen, diesmal durch den Eingriff der Membran 122 mit
der Zwischenwand 123. Aufgrund des Sicherungsventils 120 ist
das Volumen von das offene Kugelventil 110 durchquerender
Spülflüssigkeit
im wesentlichen von Spülung
zu Spülung
gleich, ungeachtet des Drucks der Spülflüssigkeit, die dem Spülventil 72 zugeführt wird.
Es wird ferner erkannt werden, dass das Sicherungsventil 120 eine
redundante Abschaltung bereitstellt, so dass das Kugelventil 110 oder
Sicherungsventil 120 zum Anhalten des Spülflüssigkeitsflusses verwendet
werden kann, sollte das andere versagen.
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Das
Spülventil 72 schließt ferner
ein Flächenventil 130 zum
Zurückführen der
Membran 121 zurück
zur offenen Position ein, nachdem das Kugelventil 110 anschließend geschlossen
wird. Bezugnehmend auf 5, ist eine
Umgehungsbohrung 131 in dem Gehäuseblock 100 ausgebildet,
die die Einlassbohrung 101 mit einer Zusatzbohrung 132 verbindet.
Eine Rückstellbohrung 134 überkreuzt
die Umgehungsbohrung 131 und kommuniziert mit einer Kugelventilbohrung 135,
die in dem Gehäuseblock 100 ausgebildet
ist. Ein Rückstelleinsatz 136 wird
in die Rückstellbohrung 134 eingeführt und
weist eine obere Oberfläche
auf, die zum Ergreifen eines Bodens des Kugelventils 110 ausgelegt
ist. Das Kugelventil 110 ist mit Rückstelldurchgängen 137 ausgebildet,
die sich in das Kugelventil 110 zu einem Querdurchgang 138 erstrecken,
der sich vollständig
durch das Kugelventil 110 erstreckt. Die Rückstelldurchgänge 137 befinden
sich an dem Kugelventil 110, so dass sie sich mit dem Rückstelleinsatz 136 nur
ausrichten, wenn sich das Kugelventil 110 in der geschlossenen
Position befindet. Die Dichtung 114 verhindert, dass Spülflüssigkeit
aus dem Querdurchgang 138 zum Auslass 105 ausläuft. Es
ist keine Dichtung stromaufwärts
von dem Kugelventil 110 vorgesehen, so dass, wenn einer
der Rückstelldurchgänge 137 mit
dem Einsatz 136 ausgerichtet ist, Flüssigkeitskommunikation von
der Einlassbohrung 101 durch die Umgehungs- und Rückstellbohrungen 131, 134 und
einen der Rückstelldurchgänge 137 zur Strömungskammer 118 hergestellt
wird.
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Der
dargestellten Ausführungsform
zufolge, schließt
das Spülventil 72 auch
ein Ablassventil 133 ein, das in der Zusatzbohrung 132 angeordnet
ist, um Frostschutz bereitzustellen, wie es im technischen Gebiet
gut bekannt ist.
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In
Betrieb bewegt sich die Membran 121 zur geschlossenen Position,
während
das Kugelventil 110 offen ist, wodurch Spülflüssigkeitsströmung durch
das Spülventil 72 (7C)
gestoppt wird. Wenn sich das Kugelventil 110 in der offenen
Position befindet, ist kein Rückstelldurchgang 137 mit
dem Rückstelleinsatz 136 ausgerichtet.
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Das
Kugelventil 110 wird anschließend geschlossen, wodurch einer
der Rückstelldurchgänge 137 mit
dem Einsatz 136 ausgerichtet wird und Flüssigkeitskommunikation
von der Einsatzbohrung 101 zur Strömungskammer 118 herstellt
(7D). Der eintretende Spülflüssigkeitsdruck wird an der
Strömungskammer 118 registriert,
so dass die Strömungskammer
den gleichen Druck wie die Steuerkammer 117 erreicht. Bei
Entfernung der Druckdifferenz über
der Membran 121 kann die Feder 127 die Membran 121 wieder
zur offenen Position drücken, wodurch
das Sicherungsventil 120 zu der in 7A gezeigten
Position zurückgestellt
wird.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
wird ein Positionssensor zum Liefern von Rückmeldung bezüglich Tellerventil-Positionsrückmeldung
verwendet. In der dargestellten Ausführungsform ist ein Magnet 140 an
dem Tellerventil 124 befestigt, und ein Hall-Effekt-Schalter 141 wird
außerhalb
des Ventildeckels 121 in einer Schalterumschließung 142 angeordnet,
die an dem Ventildeckel 121 befestigt ist (6).
Der Hall-Effekt-Schalter 141 liefert ein Signal, das gemäß der Position
des Magneten 140 variiert, um die Position des Tellerventils 124 anzuzeigen.
Das Tellerventil-Positionssignal kann zu diagnostischen Zwecken
wie zum Beispiel Fehlerermittlung durch Vergleich des Positionssignals
mit der Position des Tellers 83 oder Kugelventils 100 verwendet werden.
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Die
FCU 74 weist ein Gehäuse 150 auf,
das an der Ablassventil-Gehäusehälfte 78b entgegengesetzt
dem Spülventil 72 angebracht
ist (4). Das Gehäuse 150 umschließt eine
oder mehrere Leiterplatten (nicht gezeigt) zum Steuern des Betriebs
der Toilette 10. Zusätzlich
zu den typischen Eingaben und Ausgaben, empfängt die FCU 74 auch
Rückmeldung
von dem Tellerventil-Positionssensor 141.
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Das
FCU-Gehäuse 150 nimmt
ferner einen Positionssensor zum Bestimmen der Position des Tellers 83 auf.
Wie am besten in 5A gezeigt ist, sind Magnete 152 an
dem Achsenende 84B des Tellers 83 befestigt. Das
Achsenende 84b erstreckt sich in das FCU-Gehäuse 150,
so dass die Magneten 152 nahe dem Steuerfeld positioniert
sind. Hall-Effekt-Schalter 154 sind direkt auf der Leiterplatte
zum Erfassen der Magneten 152 und somit Bestimmen der Drehposition
des Tellers 83 vorgesehen. In der dargestellten Ausführungsform
ist ein Paar von Magneten 152 an dem Achsenende 84b angebracht,
und ein Paar von Hall-Effekt-Schaltern 154 ist an der Leiterplatte
angebracht. Die Schalter 154 steuern zwischen eingeschalteten
und ausgeschalteten Positionen abhängig von der Nähe der Magneten,
wodurch die Position des Tellers 83 angezeigt wird. Infolgedessen
wird die Position des Tellers 83 direkt ermittelt, anstatt
die Tellerposition basierend auf der Position des Betätigungsglieds
abzuleiten. Außerdem befinden
sich die Schalter 154 innerhalb des FCU-Gehäuses 150 und
sind deshalb gegen Verschmutzung aufgrund von Schmierung oder anderem
Material geschützt.
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Mit
dem obigen Aufbau wird der Ventilsatz 8 schnell und einfach
entfernt und ersetzt. Zum Entfernen des Ventilsatzes 8 wird
das Ablassrohr 21 von der Ablaufleitung 11 getrennt,
wird der Spülventileinlass 102 von
der Spülzuführleitung 19 getrennt,
und wird die Schnell-Trennkupplung 108b des
zweiten Spülflüssigkeitsrohrs 35b von
dem Vakuumbrecher 33 getrennt. Die Rändelschrauben 37 werden
dann von dem Träger 27 entfernt
und der Ventilsatz 8 mit befestigtem Übertragungsrohr 44 wird
so abgesenkt, dass das Übertragungsrohr
den Schüsselauslass 42 löst. Somit
wird der Ventilsatz 8 mit dem Übertragungsrohr 44,
Auslassrohr 12, Ablassrohr 21 und dem zweiten
Spülrohr 35b entfernt.
Ein neuer Ventilsatz 8, der auch ein neues Übertragungsrohr 44, Auslassrohr 12,
Ablassrohr 21 und zweites Spülrohr 35b aufweist,
kann dann an dem Träger 27 befestigt und
wieder angeschlossen werden.
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Aus
dem Vorhergehenden wird erkannt werden, dass der Ventilsatz 8 der
vorliegenden Erfindung alle der Ventil- und Steuergeräte enthält. Das Spülventil 72, die FCU 74 und
das Betätigungsglied 76 sind
alle an dem Ablassventil 70 angebracht, um eine LRU zu
erzeugen, bei der auf ein einziges Modul zur Wartung im Fall eines
Ventil- oder Steuerungsversagens abgezielt werden kann. Die Verkabelung
zwischen den Komponenten kann an ihrem Platz bleiben, so dass im
Fall eines Ventil- oder Steuerungsversagens nur die Rohrleitungsverbindungen
zwischen dem Ventilsatz 8 und den Ablass-, Ablauf-, und Spülwasserrohrleitungen
zum Entfernen des Ventilsatzes 8 gelöst werden müssen.
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Wartung
einer modularen Vakuumtoilette 10 unterscheidet sich vollkommen
von der konventioneller Vakuumtoiletten. Anstatt die vollständige Toilette als
eine LRU zu definieren, definiert die Toilette 10 einzelnen
Komponenten oder Gruppen von Komponenten als LRUs. Die Schüssel 36 kann
unabhängig von
der Toilette 10 entfernt und ausgewechselt werden. In ähnlicher
Weise kann der Ventilsatz 8 getrennt von der Toilette 10 entfernt
werden. Außerdem können die
einzelnen Komponenten schnell unter Gebrauch weniger oder keiner
Werkzeuge entfernt werden.
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Die
Abzweigung 17 und das Ablassrohr 21 des Ventilsatzes 8 sind
ausgelegt, um sowohl rechts- als auch linksgängige Ablasskonfigurationen
ohne zusätzliche
Modifikationen an den anderen Toilettenkomponenten bereitzustellen,
wodurch weiter die Anzahl von im Lagerbestand benötigten Komponenten reduziert
wird.
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Die
vorhergehende detaillierte Beschreibung ist nur zur Deutlichkeit
des Verständnisses
angeführt worden.
Der Schutzumfang ist durch die anliegenden Patentansprüche begrenzt.