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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Kraftstoffpumpen für Fahrzeuge
und insbesondere eine verschleißfeste
Kraftstoffpumpe für
ein Fahrzeug.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung bezieht sich auf die gleichzeitig anhängige und gemeinsam erteilte
US-Seriennummer 09/629 688.
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Es
ist bekannt, einen Kraftstofftank in einem Fahrzeug vorzusehen,
um von einem Motor des Fahrzeugs zu verwendenden Kraftstoff zu halten.
Es ist ebenfalls bekannt, eine Kraftstoffpumpe vorzusehen, um Kraftstoff
von dem Kraftstofftank zu dem Motor zu pumpen. Ein Typ von Kraftstoffpumpe
ist als Hochdruckturbinen-Kraftstoffpumpe bekannt. Die Hochdruckturbinen-Kraftstoffpumpe
umfasst üblicherweise
einen Rotor, der zwischen Platten, die aus Material, das gleich
hart wie oder härter
als Verunreinigungen im Kraftstoff wie Schmutz/Sand ist, gefertigt
sind, drehbar ist. Solche Materialien umfassen Keramik, gehärteten Stahl
und eloxiertes Aluminium. Während
solche Materialien für
den Rotor und die Platten eine harte, abriebverschleißfeste Oberfläche bereitstellen,
erfordern sie auf Grund der komplizierten Formen und engen Toleranzen
ein sehr kostspieliges Verfahren, um die Platten und den Rotor zu
fertigen.
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Eine
verbesserte Geometrie, die komplizierte Formen und enge Toleranzen
umfasst, kann durch die Verwendung von Spritzguss- oder Press-Kunststoffplatten
erhalten werden. Jedoch sind Kunststoffplatten beim Betrieb in Kraftstoffen
mit hohen Graden an Verunreinigungen mit Schmutz/Sand anfällig gegenüber hohen
Verschleiß.
Das Verunreinigungsmaterial ist härter als das Kunststoffmaterial
für die
Platten und den Rotor, weshalb die Kunststoffplatten und der Rotor
auf Grund einer schlechten Abriebverschleißfestigkeit durch die Verunreinigung
leicht abgetragen werden, was in einer Reduktion einer Fluiddurchsatzleistung
resultiert und einen Verlust an Förderleistung bewirkt.
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Es
ist daher wünschenswert,
die Abriebverschleißeigenschaften
einer Kraftstoffpumpe für
ein Fahrzeug zu verbessern. Es ist ebenfalls wünschenswert, eine verschleißfeste Kraftstoffpumpe
für ein
Fahrzeug bereitzustellen. Es ist ferner wünschenswert, einen verschleißfesten
Pumpabschnitt für
eine Kraftstoffpumpe eines Fahrzeugs bereitzustellen.
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Ein
Beispiel einer Pumpe ist in den Patentzusammenfassungen der Japanischen
Veröffentlichung
Nr. 57-171 093 offen gelegt. In dieser Publikation umfasst eine
Wirbelstrompumpe ein an einer drehenden Welle eines eintauchbaren
Motors montiertes Pumpenrad, das sich zusammen mit der Welle dreht.
Ein unteres Gehäuse
und ein oberes Gehäuse
sind an einem an einem oberen Teil des Motors angeordneten Lagerschild
derart befestigt, dass das Pumpenrad umschlossen ist. Die optimale
Härte des
Laufrads und der Gehäuse
ist derart ausgewählt,
dass das Härteverhältnis im
Bereich von 1,05 W 1,25 liegt.
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Ein
weiteres Beispiel einer Kraftstoffpumpe ist in dem US-Patent Nr.
6 095 771 offen gelegt. In dieser Publikation weist eine Kraftstoffzufuhreinheit
eine Vorlaufpumpe mit einem Fördermittel
in Form eines Rotors auf, der mit einer von einem elektrischen Antriebsmotor
angetriebenen Welle auf eine Weise verbunden ist, dass er gegenüber einer
relativen Rotation fixiert ist. Die Welle verläuft durch den Rotor und liegt
auf einem Einlassdeckel auf. Der Einlassdeckel ist in zwei Teilen
ausgeführt
und weist einen verschleißfesten
Einsatz auf, der vorzugsweise aus Keramik gefertigt ist. Der Einsatz
ist in einer Aufnahme eines Kunststoffgehäuseabschnitts des Einlassdeckels
aufgenommen.
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Ein
weiteres Beispiel einer Pumpe ist in Patentzusammenfassungen der
Japanischen Veröffentlichung Nr.
09-112 489 offen gelegt. In dieser Veröffentlichung wird ein Rotor
für eine
Pumpe durch Formen einer Harzverbindung gebildet, die aus einem
Phenolaralkylharz und einem Füllmittel
zu Phenolharz gemischt ist.
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Es
ist daher wünschenswert,
die Abriebverschleißeigenschaften
einer Kraftstoffpumpe für
ein Fahrzeug zu verbessern. Es ist ebenfalls wünschenswert, eine verschleißfeste Kraftstoffpumpe
für ein
Fahrzeug bereitzustellen. Es ist ferner wünschenswert, einen verschleißfesten
Pumpabschnitt für
eine Kraftstoffpumpe eines Fahrzeugs bereitzustellen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verschleißfeste Kraftstoffpumpe
für ein
Fahrzeug bereitzustellen.
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Es
ist ein weiteres Ziel der Erfindung, einen Pumpabschnitt für eine Kraftstoffpumpe,
der sehr widerstandsfähig
gegenüber
Verschleiß durch
Verunreinigungen ist, bereitzustellen.
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Um
die vorstehenden Ziele zu erreichen, ist die vorliegende Erfindung
eine verschleißfeste
Kraftstoffpumpe für
ein Fahrzeug, umfassend einen Pumpabschnitt mit einem drehbaren
Rotor und einer Vielzahl von Platten, die axial benachbart des Rotors
angeordnet sind und mit dem Rotor zusammenwirken, um Kraftstoff hindurch
zu pumpen. Die verschleißfeste
Kraftstoffpumpe umfasst auch einen Motorabschnitt, der benachbart des
Pumpabschnitts angeordnet ist und einen Motor zum Drehen des Rotors
aufweist. Die verschleißfeste Kraftstoffpumpe
umfasst ferner einen Auslassabschnitt, der benachbart des Motorabschnitts
angeordnet ist, um zuzulassen, dass gepumpter Kraftstoff dadurch
austreten kann. Der Rotor ist aus einer ersten Verbindung und die
Platten sind aus einer zweiten Verbindung gefertigt, die sich von
der ersten Verbindung unterscheidet, und eine Abriebverschleißfestigkeit
an einer Fläche
aufweist, welche die Abriebverschleißeigenschaften dazwischen verbessert.
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Ein
Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eine verschleißfeste Kraftstoffpumpe
für ein
Fahrzeug bereitgestellt wird. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden
Erfindung besteht darin, dass die verschleißfeste Kraftstoffpumpe aus
Platten, die aus einem pulverförmigen
Metall mit einer Dampfoxidverschleißfläche gefertigt sind, und einen
mit Keramikspänen
hoch verfüllten
Kunststoffrotor aufweist. Ein noch weiterer Vorteil der vorliegenden
Erfindung besteht darin, dass die verschleißfeste Kraftstoffpumpe die
Leistung und die Lebensdauer der Kraftstoffpumpe in Umgebungen mit
abrasiven Verunreinigungen verbessert.
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Weitere
Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch
die nachfolgende Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden
Zeichnungen einfacher offenkundig und besser verständlich.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine fragmentarische Aufrissansicht einer verschleißfesten
Kraftstoffpumpe gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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2 ist
ein Querschnitt entlang der Linie 2-2 von 1.
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3 ist
eine fragmentarische Aufrissansicht eines ersten Abschnitts der
verschleißfesten
Kraftstoffpumpe von 1.
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4 ist
eine fragmentarische Aufrissansicht eines zweiten Abschnitts der
verschleißfesten
Kraftstoffpumpe von 1.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere die 1 und 2 ist
eine Ausführungsform
einer verschleißfesten
Kraftstoffpumpe 12 gemäß der vorliegenden
Erfindung für
ein Fahrzeug (nicht gezeigt) dargestellt. Die verschleißfeste Kraftstoffpumpe 12 umfasst
einen Pumpabschnitt 14 an einem axialen Ende, einen Motorabschnitt 16 benachbart
des Pumpabschnitts 14 und einen Auslassabschnitt 18 benachbart des
Motorabschnitts 16 an dem anderen axialen Ende. Wie im
Stand der Technik bekannt, tritt Kraftstoff in den Pumpabschnitt 14,
der von dem Motorabschnitt 16 gedreht wird, ein, und wird
hinter dem Motorabschnitt 16 zu dem Auslassabschnitt 18 gepumpt.
Der Auslassabschnitt 18 umfasst ein Auslasselement 20,
das sich axial erstreckt, wobei ein Durchgang 22 sich axial
hindurch erstreckt. Das Auslasselement 20 umfasst ferner
eine Vielzahl von Vorsprüngen
oder Widerhaken 24, die sich zum Anbringen an einer Leitung
(nicht gezeigt) radial nach außen
erstrecken. Das Auslasselement 20 umfasst ferner ein in
dem Durchgang 22 angeordnetes Sperrventil 26.
Es sollte einzusehen sein, dass der zu dem Auslassabschnitt 18 strömende Kraftstoff
in das Auslasselement 20 hinein und durch den Durchgang 22 und
das Sperrventil 26 strömt,
wenn dieses zur Leitung hin offen ist. Es sollte auch einzusehen
sein, dass die Kraftstoffpumpe 12 mit Ausnahme des Pumpabschnitts 14 herkömmlich und
im Stand der Technik bekannt ist.
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Unter
Bezugnahme auf die 1 und 2 umfasst
der Pumpabschnitt 14 einen an einer drehbaren Welle 29 eines
Motors 30 des Motorabschnitts 16 befestigten Rotor 28,
der sich damit dreht. Der Rotor 28 weist allgemein eine
ebene und kreisförmige
Form auf. Der Rotor 28 umfasst einen Nabenabschnitt 31,
der mit einem geeigneten Mittel (nicht gezeigt) an der Welle 29 befestigt
ist. Der Rotor 28 umfasst auch eine Vielzahl von Blattspitzen 32,
die sich radial von dem Nabenabschnitt 31 erstrecken und
um dessen Umfang herum angeordnet sind. Der Rotor 28 umfasst
einen Umfangsringabschnitt 33, der sich radial von den
Blattspitzen 32 erstreckt und die Blattspitzen 32 zu
umhüllt
Der Rotor 28 ist aus einer ersten zu beschreibenden Verbindung gefertigt.
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Der
Pumpabschnitt 14 umfasst auch eine axial an einer Seite
des Rotors 28 angeordnete Einlassplatte 34 und
eine axial an der anderen Seite des Rotors 28 angeordnete
Auslassplatte 36. Die Einlassplatte 34 und die
Auslassplatte 36 weisen allgemein eine ebene und kreisförmige Form
auf. Die Einlassplatte 34 und die Auslassplatte 36 sind
aus einer zweiten zu beschreibenden Verbindung gefertigt. Die Einlassplatte 34 und
die Auslassplatte 36 sind von einem Gehäuse 38 umschlossen
und daran befestigt. Die Einlassplatte 34 und die Auslassplatte 36 weisen
jeweils eine/n Einlass oder erste Ausnehmung 40 und eine/n
Auslass bzw. zweite Ausnehmung 42 auf, die axial den Blattspitzen 32 gegenüberliegend
benachbart des Umfangsringabschnitts 33 angeordnet sind,
um einen Strö mungskanal 43 für eine zu
beschreibende Funktion zu bilden. Die Ausnehmungen 40 und 42 sind
ringförmig
und lassen zu, dass Kraftstoff durch sie von einer Einlassöffnung (nicht
gezeigt) zu einer Auslassöffnung 45 des
Pumpabschnitts 14 strömt.
Der Umfangsringabschnitt 33 des Rotors 28 bildet
einen Außendurchmesser
(AD), der die Fläche 46 an
beiden axialen Seiten davon mit der Einlassplatte 34 und
der Auslassplatte 36 abdichtet. Es sollte einzusehen sein,
dass der Rotor 28 sich relativ zu der Einlassplatte 34 und
der Auslassplatte 36 dreht, und dass die Einlass- und Auslassplatten 34 und 36 feststehend
sind.
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Der
Pumpabschnitt 14 umfasst auch einen Abstandsring 48,
der axial zwischen der Einlassplatte 34 und der Auslassplatte 36 und
mit einem Zwischenraum radial von dem Rotor 28 angeordnet
ist. Der Abstandsring 48 ist an dem Gehäuse 38 befestigt und
ist feststehend relativ zu dem Rotor 28. Der Abstandsring 48 weist allgemein
eine ebene und kreisförmige
Form auf. Der Abstandsring 48 weist einen Innendurchmesser 50 auf, der
mit einem Zwischenraum von dem Außendurchmesser des Umfangsabschnitts 33 des
Rotors angeordnet ist, um einen Außendurchmesser(AD)-Hohlraum 52 zwischen
dem Innendurchmesser 50 des Abstandsrings 48 und
einem Außendurchmesser
des Umfangringabschnitts 33 des Rotors 28 zu bilden.
Es sollte einzusehen sein, dass Fluid sowohl durch die Einlassplattenausnehmung 40 als
auch die Auslassplattenausnehmung 42 strömt und im
Bereich der Einlassöffnung
sowohl in die Ausnehmung 40 als auch die Ausnehmung 42 eintritt und
im Bereich der Auslassöffnung
austritt.
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Der
Rotor 28 ist aus einer ersten Verbindung gefertigt, die
eine Abriebverschleißfestigkeit
aufweist. Die erste Verbindung ist ein Kunststoffmaterial 54 auf
Harzbasis und ein abriebverschleißfestes Füllmaterial 56, wie
in 3 veranschaulicht. Das Material 54 auf
Harzbasis ist ein Kunststoff material wie Phenol, und das Füllmaterial 56 ist
ein abriebverschleißfestes
Material, zum Beispiel Zirkonoxid, Rc =
71, Kieselsäure,
Keramikspäne
oder -kugeln, das eine Härte
aufweist, die gleich wie oder größer als
die Härte
einer abrasive Verunreinigung, zum Beispiel Quarz, Rc =
64, die von der Kraftstoffpumpe 12 während des Betriebs aufgenommen
wird und Abriebverschleiß verursacht.
Die Konzentration und Größe des Füllmaterials
wie z. B. Zirkonoxid 56 wird mit einer typischen Partikelgröße von 40
Mikrometern gewählt.
Das Füllmaterial 56 liegt
in gebrochener oder Perlenform vor. Das Füllmaterial 56 ist
mit einem Bindemittel 58 wie einer Phenolflüssigkeit
mit niedrigem Molekulargewicht oder einem pulverförmigen Harz
verbunden, um einen mikrodurchlässigen
Einsatz 60 zu bilden. Das Bindemittel 58 stellt
auch eine gute Bindung zwischen dem Material 54 auf Harzbasis
und dem Füllmaterial 56 her
und kombiniert Schlagfestigkeitseigenschaften, um Spanbildung zu
verhindern, mit Vernetzungsdichteeigenschaften, um die Verschleißfestigkeit
zu verbessern. Das niedrige Molekulargewicht des Harzes für das Bindemittel 58 ist
bei Formtemperaturen duktil und formbar, was zulässt, dass der Einsatz 60 mit
der Gestalt eines zu beschreibenden Formwerkzeugs 62 übereinstimmt.
Es sollte einzusehen sein, dass der Rotor 28 mit einem
hohen Anteil an Füllmaterial 56 geformt
werden kann, was komplexe Formen für den zu fertigenden Rotor 28 zulässt. Es
sollte auch einzusehen sein, dass das Füllmaterial 56 härter ist
als die Verunreinigung, so dass der Rotor 28 durch das
Keramikfüllmaterial
vor Verschleiß geschützt ist.
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Ein
Kunststoffformverfahren, Spritzguss oder Formpressen, wird verwendet,
um den Rotor 28 mit einem hohen Gehalt an Füllmaterial 56 entweder
an der Oberfläche
oder über
das gesamte Material 54 auf Harzbasis zu fertigen. Die
hoch verfüllte
Oberfläche
ist mikrodurchlässig
und lässt
zu, dass das Material 54 auf Harzbasis durchdringt und
die Hohlräume
innerhalb des mikrodurchlässigen
Einsatzes 60 füllt
und eine Bindung mit Partikeln des Füllmaterials 56 herstellt.
Der Einsatz 60 weist eine geeignete Durchlässigkeit
auf, um zuzulassen, dass das Kunststoffmaterial 54 auf
Harzbasis hindurch fließen
kann und aus einem/einer geeigneten Material oder Beschichtung ist,
um eine Bindung mit dem Material 54 auf Harzbasis zu bilden.
Zum Beispiel kann der Einsatz 60 aus einem Füllmaterial 56 in
Form von Perlen aus ZrO2, die mit dem Bindemittel 58 aus
Phenolharz mit niedrigem Molekulargewicht beschichtet sind, gefertigt
sein. Der Einsatz 60 könnte
in eine Scheibe mit einer geeigneter Geometrie gepresst werden,
um mit einem Formhohlraum eines Formwerkzeugs (nicht gezeigt) zusammenzupassen.
Die Perlengröße des Füllmaterials 56,
das Beschichtungsmaterial, der Druck und die Temperatur werden optimiert,
um die gewünschte
Durchlässigkeit
des Einsatzes 60 zu erzeugen. Es ist sollte einzusehen
sein, dass kleine Löcher
in den Einsatz 60 gepresst werden könnten, um den Materialfluss
durch die Fläche
zu verbessern.
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Die
Verbindung kann abgewandelt werden, indem die Vernetzungsdichte
erhöht
wird, um das Material 54 auf Harzbasis zu härten und
seine Reißfestigkeit
zu verbessern. Es wurden acht Formulierungen entwickelt, um die
Auswirkungen von Füllmaterialtypen,
Härtegrad-
und Schlagfestigkeitsmodifikationsmitteln auf die Abriebfestigkeit
zu untersuchen. Die Ergebnisse und Formulierungen sind in der unten
stehenden Tabelle 1 gezeigt.
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Zusammensetzung
und Abriebeigenschaften von Phenolverbindungen Formulierungen, Gewichts-%
TABELLE
1
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Die
oben stehenden Formulierungen sind Beispiele für Zusammensetzungen der Verbindung,
die die Abriebfestigkeit und Widerstandsfähigkeit von Kraftstoffpumpenteilen
verbessern würde.
Ohne erhöhte
Härte und
ohne das Vorhandensein von Schlagfestigkeitsmodifikationsmitteln
ist Zirkon Siliziumdioxid- oder Keramikkugeln bei der Abriebfestigkeit überlegen.
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Deutliche
Verbesserungen in der Abriebfestigkeit sind zu beobachten, wenn
der Härtegrad
durch Zusetzen von 1% zusätzlichem
Hexa (vergleiche Formulierung 3 & 4)
erhöht
wird. Vergleicht man die Formulierung PR-1 und 5 ist zu beachten,
dass das Zusetzen eines Schlagfestigkeitsmodifikationsmittels, Paphen PHGF,
die Abriebfestigkeit ebenfalls verbessert, selbst für eine Formulierung,
die bereits eine beachtliche Abriebfestigkeit aufweist. Der Zusatz
von sowohl Härtungs-
als auch die Schlagfestigkeits-Modifikationsmitteln führt zu einer
stark verbesserten Abriebfestigkeit, wie im Fall der Formulierung
6 zu sehen ist.
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Unter
Bezugnahme auf 4 sind die Platten 34 und 36 aus
einer zweiten Verbindung, die eine Abriebverschleißfestigkeit
aufweist, gefertigt. Die zweite Verbindung ist ein pulverförmiges Metall 62 mit
einer Dampfoxidverschleißfläche 64.
Das pulverförmige
Metall 62 kann ein Metallmaterial wie Stahl oder ein Material auf
Stahlbasis sein. Das pulverförmige
Metall 62 wird bei hohen Temperaturen gesintert und gelappt.
Das gesinterte Metall wird mit einem Dampfoxidverfahren, das eine/n
hohe/n Oxidfilm oder Oberfläche 64 auf
den Platten 34 und 36 bildet, der/die Platten 34 und 36 vor
Verschleiß durch
Verunreinigungen schützt.
Es sollte einzusehen sein, dass die Verwendung von gepressten Dampfoxidmetallplatten 34 und 36 und
eines keramikbefüllten
Rotors 28 in Verbindung miteinander einen Pumpabschnitt 14 erzeugt,
der sehr widerstandsfähig
gegen Verschleiß durch
Verunreinigungen ist. Es ist auch einzusehen, dass das Dampfoxidverfahren
herkömmlich
und im Stand der Technik bekannt ist.
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Die
vorliegende Erfindung wurde auf veranschaulichende Weise beschrieben.
Es ist einzusehen, dass die verwendete Terminologie beschreibend
und nicht einschränkend
gedacht ist.
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Im
Licht oben stehenden Lehre sind zahlreiche Abwandlungen und Variationen
der Erfindung möglich. Daher
kann die Erfindung innerhalb des Umfangs der beiliegenden Ansprüche auch
anders als im Speziellen beschrieben ausgeführt werden.
