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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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1. GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Vorrichtungen zum
Feststellen des Pumpens und insbesondere Verfahren und Geräte zum Feststellen
des Pumpens in einem Verdichter eines Systems mit Verdichterantrieb,
wie etwa ein Kühlsystem.
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2. BESCHREIBUNG DES STANDES
DER TECHNIK
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Wie
allgemein bekannt, ist das Pumpen ein unstabiler Zustand, der auftreten
kann, wenn Verdichter, wie etwa Schleuderverdichter, mit schwachen
Lasten und hohen Druckverhältnissen
betrieben werden. Es handelt sich um einen Ausgleichvorgang, der
durch hohe Frequenzschwankungen in Drücken und Strömung und
gegebenenfalls durch das Auftreten einer vollständigen Strömungsumkehrung durch den Verdichter
gekennzeichnet ist. Bleibt es ungesteuert, so verursacht ein derartiges
Pumpen zu starke Vibrationen sowohl in drehenden als auch in feststehenden
Bestandteilen des Verdichters und kann zu dauerhaften Schäden am Verdichter
führen. Insbesondere
besteht unter Pumpbedingungen eine vorübergehende Reduzierung von
Strömung
und Druck, der sich durch den Verdichter aufgebaut wird. Ferner
besteht eine Reduzierung des Nettodrehmoments und der mechanischen
Leistung an der Verdichterantriebswelle. Ist die Antriebsvorrichtung
ein Elektromotor, so werden diese Schwankungen von Drehmoment und
Leistung Schwankungen im Motorstrom und einen zu hohen Stromverbrauch
verursachen.
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Obwohl
eine Reihe von Vorrichtungen und Systemen zum Feststellen des Pumpens
verwendet wurden, besteht Bedarf für eine verbesserte Anordnung
zum Feststellen des Pumpens, insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, zur
Verwendung bei Kühlsystemen
mit einem Schleuderverdichter, der von einem Elektromotor angetrieben
wird.
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Die
US-A 4,581,900 offenbart
ein Gerät
zum Feststellen des Pumpens zur Verwendung bei einem Kühlsystem
mit einem Schleuderverdichter, der von einem Elektromotor angetrieben
wird. Das Gerät
umfasst einen ersten Drucksensor, um einen Kondensatordruck abzufühlen, und
einen zweiten Drucksensor, um einen Verdampferdruck abzufühlen. Ein
erstes digitales Bandpassfilter, das auf den Kondensatordruck und
den Verdampferdruck reagiert, wird bereitgestellt, um ein erstes
Signal zu erzeugen, das die Änderungsrate
des über
den Verdichter aufgebauten Drucks darstellt. Ein Stromwandler wird
verwendet, um einen Strom im Elektromotor, der den Verdichter antreibt,
abzufühlen.
Ein zweites digitales Bandpassfilter, das auf den Motorstrom reagiert,
wird bereitgestellt, um ein zweites Signal zu erzeugen, das die Änderungsrate
des Effektivstroms darstellt, der von dem Verdichterantriebsmotor
abgenommen wird. Ein drittes Signal, das einen Differenzdruck-Schwellenwert darstellt,
und ein viertes Signal, das einen ersten Motorstrom-Schwellenwert und
einen zweiten Motorstrom-Schwellenwert darstellt, werden bereitgestellt. Eine
Rechenvorrichtung, die auf die ersten bis vierten Signale reagiert,
gibt an, wann ein tatsächliches Pumpen
im Verdichter auftritt.
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Die
US-A-4,608,833 offenbart
ein selbst optimierendes Kapazitätssteuersystem
für ein
Kühlsystem,
das einen Verdichter, einen Kondensator und einen Verdampfer umfasst,
die alle in einem geschlossenen Kühlkreislauf angeschlossen sind.
Der Verdichter umfasst eine Vielzahl von verstellbaren Einlassleitschaufeln,
einen Motor, der angeschlossen ist, um die Position der Einlassleitschaufeln
zu regulieren, und einen elektrischen Drehzahlmotor, der angeschlossen
ist, um den Verdichter anzutreiben. Das selbst optimierende Kapazitätssteuersystem
umfasst einen Mikroprozessor, der auf fortwährende Messungen eines Druckminder ventilsignals,
eines Verdichterdruckhöhensignals,
eines Motorstromsignals und eines Motordrehzahlsignals reagiert,
um sowohl die Verdichterdrehzahl als auch die Position der Einlassleitschaufeln
zu bestimmen, um einen aktuellen Arbeitspunkt in einem Anfangspumpflächen-Variablenfeld
zu definieren, das in einem Arbeitsspeicher abgelegt ist. Der Mikroprozessor
startet einen "Lernmodus", in dem die Verdichtermotordrehzahl
fortwährend
inkrementell verringert und das Druckminderventil auf eine weiter
offene Position verschoben wird, bis ein Arbeitspunkt gefunden ist,
an dem der Verdichter pumpt. Der Mikroprozessor aktualisiert das
Anfangspumpflächen-Variablenfeld,
das im Arbeitsspeicher abgelegt ist, mit den neuesten Pumpbedingungen.
Dann startet der Mikroprozessor einen "Arbeitsmodus", in dem das Druckminderventil auf eine
Position verschoben wird, die auf ein Temperaturfehlersignal reagiert,
das mit dem Unterschied zwischen der gekühlten Wassertemperatur und
dem Temperatursollwert zusammenhängt,
und die Verdichterdrehzahl wird um einen Sicherheitsabstand von
der Pumpdrehzahl entfernt eingestellt. Diese Druckschrift offenbart,
dass die Vorrichtung zum Feststellen des Pumpens dieselbe sein kann
wie das Gerät
zum Feststellen des Pumpens aus der
US-A-4,581,900 .
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Nach
einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein System
zum Feststellen des Pumpens zur Verwendung in einem Kühlsystem mit
einem Verdichter bereitgestellt, wobei der Verdichter durch einen
Elektromotor angetrieben wird und der Elektromotor durch einen Spannungsquellen-Regelantrieb angetrieben
wird, wobei das System zum Feststellen des Pumpens folgendes umfasst:
- – Mittel
zum Abfühlen
eines Differenzdrucks, der über
den Verdichter aufgebaut wird, wobei die Mittel zum Abfühlen eines
Differenzdrucks Mittel zum Abfühlen eines
Drucks, der den Saugdruck des Verdichters darstellt, und Mittel
zum Abfühlen
eines Drucks, der den Verdichtungsdruck des Verdichters darstellt,
umfassen; dadurch gekennzeichnet, dass das System zum Feststellen
des Pumpens ferner folgendes umfasst:
- – Rechenmittel,
die auf den abgefühlten
Differenzdruck reagieren, um anzugeben, wann ein tatsächliches
Pumpen in dem Verdichter auftritt, wobei die Rechenmittel den Unterschied
zwischen dem Verdichtungsdruck und dem Saugdruck berechnen, um einen
Differenzdruck zu erhalten, den Differenzdruck gegenüber einem
ersten Differenzdruck-Schwellenwert und einem zweiten Differenzdruck-Schwellenwert
vergleichen und angeben, dass ein tatsächliches Pumpen in dem Verdichter
auftritt, wenn die ersten und zweiten Differenzdruck-Schwellenwerte
beide jeweils innerhalb eines ersten vorherbestimmten Zeitraums und
eines zweiten vorherbestimmten Zeitraums überschritten werden.
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Nach
einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein
Verfahren zum Feststellen des Pumpens in einem Kühlsystem mit einem Verdichter,
der von einem Elektromotor angetrieben wird, bereitgestellt, wobei
der Elektromotor von einem Spannungsquellen-Regelantrieb angetrieben wird,
wobei das Verfahren folgenden Schritt umfasst:
- – Abfühlen oder
Berechnen eines Differenzdrucks, der durch den Verdichter hindurch
aufgebaut wird; dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner
folgende Schritte umfasst:
- – Vergleichen
des Differenzdrucks mit ersten und zweiten Differenzdruck-Schwellenwerten;
und
- – Angeben
dass ein tatsächliches
Pumpen in dem Verdichter auftritt, wenn die ersten und zweiten Differenzdruck-Schwellenwerte
beide jeweils innerhalb erster und zweiter vorherbestimmter Zeiträume überschritten
werden.
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Ausführungsformen
von Geräten
und Verfahren zum Feststellen des Pumpens gemäß der vorliegenden Erfindung
sollen nun nur beispielhaft mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben werden. Das aktuelle, in 3 abgebildete
Sensorgerät
und die Betriebsverfahren, die zusammen mit dem Gerät aus 3 beschrieben
werden, sind nicht gemäß der beanspruchten
Erfindung, es sei denn, sie werden zusammen mit einem Drucksensorgerät verwendet
von der Art, die in 1 abgebildet ist und/oder in
den unabhängigen
Ansprüchen
beansprucht wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es
zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild des Geräts
zum Feststellen des Pumpens gemäß der vorliegenden Erfindung
zur Verwendung in einem Kühlsystem
mit einem Schleuderverdichter, der von einem Elektromotor angetrieben
wird, der von einem Spannungsquellen-Regelantrieb versorgt wird.
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2 ein
ausführlicheres
Blockschaltbild, das die lernfähige
Kapazitätssteuerplatine
und die Druckeingänge
aus 2 abbildet.
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3 ein
ausführlicheres
Blockschaltbild, das die lernfähige
Kapazitätssteuerplatine,
den Spannungsquellen-Regelantrieb und den Regelantrieb-Stromeingang
abbildet, die zur Verwendung zusammen mit dem Gerät aus 1 geeignet
sind.
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4 und 5 graphische
Abbildungen, die zum Verständnis
der Grundlagen des Betriebs des Geräts aus 1 bis 3 nützlich sind.
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6(a) bis (d) ausführlichere Diagramme, welche
in Form eines Flussdiagramms die Vorgänge abbilden, die von dem Mikroprozessor
der lernfähigen
Kapazitätssteuerplatine
für die
Druckeingänge aus 2 und
für den
Stromeingang aus 3 ausgeführt werden.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
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Es
wird nun ausführlich
auf die derzeit bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung Bezug genommen, von denen Beispiele in den beiliegenden Zeichnungen
abgebildet sind. Soweit möglich
werden die gleichen Bezugszahlen in allen Zeichnungen verwendet,
um sich auf gleiche oder ähnliche
Teile zu beziehen.
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Es
versteht sich von vorne herein ausdrücklich, dass die vorliegende
Erfindung für
ein Kühlsystem
und die Steuerung eines derartigen Systems entwickelt wurde. Obwohl
jedoch die Verbindung der vorliegenden Erfindung mit einem Kühlsystem
ihre derzeit bevorzugte Anwendung darstellt, ist diese Offenbarung
nicht dazu gedacht, als Einschränkung
für den
breiteren Umfang bzw. die Lehren der Erfindung zu dienen. Die vorliegende
Erfindung findet wahrscheinlich Anwendungen auf anderen Gebieten
und bei anderen Geräten,
da die Erfindung ein Verfahren und ein Gerät zum Feststellen des Pumpens
in einem Verdichter eines durch einen Verdichter angetriebenen Systems
betrifft.
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Die
beispielhafte Ausführungsform
des Geräts
zum Feststellen des Pumpens gemäß der vorliegenden
Erfindung zur Anwendung in einem Kühl- oder Kältesystem mit einem Schleuderverdichter,
der von einem Elektromotor angetrieben wird, wird in
1 gezeigt
und wird allgemein mit der Bezugsnummer
10 bezeichnet.
Die Bestandteile des Kühlsystems
und des selbst optimierenden Steuersystems sind die gleichen wie
die in den Lehren der
US-Patentschrift
Nr. 4,608,833 [nachstehend "Patentschrift '833"],
die auf den Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung übertragen
wurde. Die Patentschrift '833
erläutert
und erklärt
Einzelheiten eines derartigen Kühlsystems,
das angepasst werden kann, um das hier offenbarte Gerät zum Feststellen des
Pumpens zu verwenden.
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In
der Patentschrift '833
wird das selbst optimierende Kapazitätssteuersystem für einen
von einem Wechselrichter angetriebenen Schleuderverdichter gezeigt,
der auf Wasserkühlern
basiert, wobei sowohl die verstellbaren Einlassleitschaufeln als auch
die Verdichterdrehzahl als Reaktion auf eine fortwährend aktualisierte "erlernte" Kühlerpumpfläche automatisch
reguliert werden, um insgesamt einen minimalen Kühlerenergieverbrauch zu erreichen. Um
die "erlernte" Pumpoberfläche zu erhalten,
umfasst das Steuersystem einen Mikroprozessor, um einen "Lernmodus" zu starten, in dem
die Verdichtermotordrehzahl fortwährend inkrementell verringert wird,
und die Vordrall-Leitschaufeln auf eine weiter offene Position verschoben
werden, bis ein Arbeitspunkt gefunden wird, an dem der Verdichter
pumpt.
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Aus
praktischen Gründen
der Erläuterung der
vorliegenden Erfindung ist das Gerät 10 zum Feststellen
des Pumpens in 1 in Verbindung mit einer vereinfachten
Ausführung
eines Kühlsystems dargestellt.
Das Kühlsystem
umfasst einen Schleuderverdichter 12, einen Kondensator 14,
eine Expansionsvorrichtung 16 und einen Verdampfer 18,
die alle in Reihe zusammengeschaltet sind, um einen herkömmlichen
geschlossenen Kühlkreislauf
zu bilden. Kühlgas
wird im Verdichter 12 verdichtet, und das Druckgas wird
an den Kondensator 14 abgegeben, in dem ein Kühlmittel,
wie etwa Wasser aus einem Kühlturm,
das Druckgas dazu veranlasst, zu einem flüssigen Kältemittel zu kondensieren.
Das flüssige
Kältemittel
dehnt sich aus, während
es durch die Expansionsvorrichtung 16 zum Verdampfer 18 geht. Während das
flüssige
Kältemittel
durch den Verdampfer 18 fließt, befindet sich umlaufendes
Wasser von einem Gebäude
in einer Wärmeaustauschbeziehung
mit dem Kältemittel,
um dieses dazu zu veranlassen, einen Verdampfungszustand zur Abgabe
an einen Saugeinlass des Verdichters anzunehmen. Auf diese Art und
Weise wird das Wasser im Verdampfer 18 gekühlt, um
das Gebäude
zu abzukühlen.
Um das Ausmaß der
Kühlung,
die dem Gebäude
zugeführt wird,
als Reaktion auf Änderungen
des Kühlbedarfs oder
der Belastung zu verändern,
wird die Kapazität des
Verdichters 12 angepasst, indem die Durchflussrate des
Kältemittels
durch das Kühlsystem
reguliert wird, um seine Kapazität
zu ändern.
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Das
Kühlsystem
der vorliegenden Erfindung umfasst ferner ein Kühlersteuerpult 34 mit
einer Hauptmikroprozessorplatine 36. Ein elektrischer Induktionsmotor 20 versorgt
den Schleuderverdichter 12. Der elektrische Induktionsmotor 20 wird
bevorzugt von einem Spannungsquellen-Regelantrieb 22 angetrieben.
Wie in 3 gezeigt, umfasst der Spannungsquellen-Regelantrieb 22 bevorzugt
ein Wechselstrom/Gleichstrom-Wandlerteilsystem 24, ein Gleichstrom-Tiefpassfilterteilsystem 26,
das eine Gleichstromschwingung glättet, ein Gleichstrom/Wechselstrom-Wechselrichterteilsystem 28 und
eine Wechselrichter-Systemplatine 30 mit einem Mikroprozessor 32 und
einem A/D-Wandler 33.
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Es
ist allgemein bekannt, dass das Pumpen dauerhaften Schaden am Verdichter
verursachen kann, wenn man es häufig
und langzeitig auftreten lässt.
Somit ist es bei allen Anwendungen wichtig zu wissen, wann der Verdichter
pumpt. Das Gerät 10 zum
Feststellen des Pumpens gemäß der vorliegenden
Erfindung soll nun ausführlich
mit Bezug auf das Kühlsystem
aus 1 beschrieben werden. Im Allgemeinen umfasst das
System 10 zum Feststellen des Pumpens eine lernfähige Kapazitätssteuerplatine 44,
die im Kühlersteuerpult 34 des
Kühlsystems bereitgestellt
wird.
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Insbesondere
umfasst das System 10 zum Feststellen des Pumpens einen
ersten Drucksensor 38, der im Kondensator 14 angeordnet
ist, um ein Signal zu erzeugen, das entweder vom absoluten oder vom
Manometerdruck im Kondensator 14 abhängig ist. Ein zweiter Drucksensor 40 wird
im Verdampfer 18 angeordnet, um ein Signal zu erzeugen,
das entweder vom absoluten oder vom Manometerdruck im Verdampfer 18 abhängig ist.
Die Messwandler 38 und 40 könnten sich alternativ in der
jeweiligen Verdichtungsleitung und Saugleitung des Verdichters 12 befinden.
In beiden Fällen
fühlen
die Messwandler Drücke
ab, die den Verdichtungs- und Saugdruck des Verdichters 12 darstellen.
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Es
wurde entdeckt, dass wenn das Pumpen im Verdichter auftritt, der
Verdichtungsdruck (bzw. der Druck am Kondensator) abnimmt und zum
Saugdruck (bzw. dem Druck am Verdampfer) tendiert. Die vorliegende
Erfindung legt die wirklichen Drücke,
die von den beiden Wandlern abgefühlt werden, an einen Mikroprozessor
an, in dem die Drücke
verwendet werden, um einen Differenzdruck zu berechnen, der periodisch
mit verzögerten
Werten verglichen wird, um zu bestimmen, wann das Pumpen vorgekommen ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
werden diese verzögerten
Werte periodisch geändert,
je nach einem Vergleich des Unterschieds zwischen den abgefühlten Drücken und
dem dann vorliegenden verzögerten
Wert. Durch empirische und analytische Bemühungen wurde eine bevorzugte
Routine entwickelt, um das Pumpen auf diesen allgemeinen Grundlagen
basierend festzustellen. Ein Beispiel einer bevorzugten Routine,
die für
das in 1 gezeigte System entwickelt wurde, wird nachstehend
beschrieben, aber die Erfindung ist nicht nur auf diese spezifische
Routine beschränkt.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
befindet sich die lernfähige
Kapazitätssteuerplatine 44 innerhalb
des Kühlersteuerpults 34 und
ist an die Hauptmikroprozessorplatine 36 des Kühlersteuerpults 34 und
an die ersten und zweiten Drucksensoren 38, 40 angeschlossen.
Wie in 2 gezeigt, umfasst die lernfähige Kapazitätssteuerplatine 44 einen Multiplexer 46,
um die Kondensatordruck- und Verdampferdrucksignale in analoger
Form zu empfangen und die getrennte Ausgabe jedes Drucksignals zu
erlauben. Jedes Drucksignal wird dann an einen A/D-Wandler 48 ausgegeben,
um die gewählten Drucksignale
in Digitalsignale umzusetzen, die schließlich an einen Mikroprozessor 50 ausgegeben werden.
Der Mikroprozessor 50 empfängt die digitalen Drucksignale
und bestimmt periodisch den Unterschied zwischen den Kondensator-
und Verdampferdrucksignalen, um einen Differenzdruckwert (dp) zu erzeugen.
Der Mikroprozessor 50 vergleicht periodisch diesen Differenzdruckwert
mit vorhergesehenen Steuerwerten und wendet eine Routine an, die ausgelegt
ist, um das Pumpen basierend auf den abgefühlten Drücken und auf Schwellenwerten,
die durch empirische und analytische Bemühungen erzeugt werden, die
den bestimmten Verdichter und das System, an dem er angebracht ist,
betreffen, festzustellen. Der Betrieb des Mikroprozessors 50 der
bevorzugten Ausführungsform
und Routine wird im Allgemeinen in 6 gezeigt
und wird nachstehend beschrieben.
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Um
den Betrieb der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verständlich zu
machen, wird nun auf 4 Bezug genommen.
In 4(a) wird ein typisches Differenzdruck-Messsignal
(dp) gezeigt, das im Verdichter 12 erscheint, der Schwankungen
aufweist, und kann ein Pumpereignis darstellen. Der Unterschied
zwischen Verdichtungs- und Saugdruck bleibt relativ konstant, wenn
kein Pumpen auftritt. In 4(a) wird
ein Wert dp_lag, der eine Variable darstellt, die vom Mikroprozessor 50 der
lernfähigen
Kapazitätssteuerplatine 44 erstellt wird, verwendet
wird, um das Pumpen festzustellen, und automatisch auf dp gesetzt
wird, wenn dp größer ist
als dp_lag. Fällt
dp unter dp_lag ab, dann wird dp_lag bevorzugt in einem vorgewählten Rhythmus in
Richtung auf dp heruntergesetzt, wobei ein Arbeitsrhythmus 0,1 psi
pro Sekunde ist. Dieser Rhythmus kann je nach Anwendung unterschiedlich
sein. Wie in 4(a) gezeigt, hat man
entdeckt, dass diese Variable den wirklichen dp-Werten relativ nahe nacheilt
oder sogar damit gleichwertig ist, wenn kein Pumpen auftritt.
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4(b) stellt ein typisches Differenzdruck-Messsignal
während
einem tatsächlichen Pumpereignis
dar, sowie die Art und Weise, wie der Mikroprozessor 50 die
dp_lag-Variable anpasst. Wie in 4(b) gezeigt,
erfordert die bevorzugte Ausführungsform
der Routine, dass vier Bedingungen erfüllt werden, damit die Änderung
des Differenzdrucks als tatsächliches
Pumpen gilt. Zwei erfolgen in dem willkürlich mit Null bezeichneten
Softwarezustand, mindestens eine Bedingung erfolgt in einem Softwarezustand
Eins, und eine erfolgt in einem Softwarezustand Zwei. Die ersten
und zweiten Bedingungen werden erfüllt (im Softwarezustand Null),
wenn der Wert (dp_lag-dp) einen vorgewählten Schwellenwert [Schwellenwert
1 in 4(b)] überschreitet, was angibt, dass
ein negativer Übergang
bei dp erfolgt ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform, die auf das Kühlsystem
von 1 angewendet wird, muss dieser Wert dann fortwährend mindestens
eine vorgewählte
Zeit lang unter dem Schwellenwert bleiben (bevorzugt 100 Millisekunden),
um als zweite Bedingung zu gelten. Wenn diese beiden Bedingungen
erfüllt
sind, wird ein Fünf-Sekunden-Zeitmesser
(der Zeitmesser kann je nach Anwendung von zwei bis zehn Sekunden
variieren) gesetzt, und der Mikroprozessor geht automatisch in den
Softwarezustand Eins über.
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Die
dritte Bedingung tastet fortwährend
aufeinander folgende dp-Signale ab, nachdem die ersten und zweiten
Be dingungen erfüllt
wurden, und zwar im Softwarezustand Eins. Bei der derzeit bevorzugten
Ausführungsform
werden die dp-Signale
der dritten Bedingung im Softwarezustand Eins erreicht, wenn der
Wert (dp_lag-dp) einen zweiten vorgewählten Schwellenwert [Schwellenwert
2 in 4(b)] mindestens 340 Millisekunden
lang überschreitet.
Der Zeitraum, während
dem der Schwellenwert 2 überschritten
werden muss, variiert erheblich von einer Anwendung zur anderen.
Für Systeme
wie das in 1 gezeigte kann der Zeitraum
je nach Systemart von 200 bis 750 Millisekunden variieren. Wenn
die dp-Signale der dritten Ausführungsform
erreicht sind, geht der Mikroprozessor automatisch in den Softwarezustand
Zwei über,
und dp_lag wird gleich dp gesetzt. Beispielhaft ist der Schwellenwert
1 bevorzugt gleich 0,5 psi bei Niederdruckverdichtern und gleich 3,4
psi bei Hochdruckverdichtern. Der Schwellenwert kann anwendungsabhängig variieren.
Bei der bevorzugten Ausführungsform
liegt der Schwellenwert 2 bevorzugt zehn bis zwanzig Prozent höher als
der Schwellenwert 1.
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Die
vierte Bedingung erfordert ein weiteres Abtasten des dp-Signals,
nachdem die ersten bis dritten Bedingungen erfüllt wurden. Das dp-Signal der vierten
Bedingung erfüllt
die Anforderungen des Softwarezustands Zwei, wenn mindestens zwei
aufeinander folgende positive Übergänge [Δdp_lag > 0, siehe 4(b)] festgestellt werden. Wenn die dritten und
vierten Bedingungen innerhalb eines vorgewählten Zeitraums (bei der bevorzugten
Ausführungsform fünf Sekunden)
nicht erfüllt
werden, kehrt man automatisch in den Softwarezustand Null zurück, und
der Vorgang startet von neuem. Ebenso wird durch Setzen von dp_lag
auf dp, wenn die dritte Bedingung erfüllt ist, dp_lag automatisch
für das
nächste
Pumpereignis zurückgestellt.
Wenn die vier Bedingungen innerhalb des Fünf-Sekunden-Zeitabstands erfüllt werden,
wird ein tatsächliches
Pumpen bestätigt.
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Die
Einzelheiten einer Rechenvorrichtung, wie etwas des Mikroprozessors 50 der
lernfähigen Kapazitätssteuerplatine 44,
die benötigt
wird, um die soeben beschriebenen Funktionen bezüglich des Vorgangs von 4 auszuführen, werden in 6 als Flussdiagramm gezeigt. Der Mikroprozessor 50 empfängt als
Eingangssignale die Kondensator- und Verdampfer-Drucksignale.
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Der
Vorgang zum Identifizieren des Pumpens wird durch einen Startblock 70 eingeleitet,
der das Ablesen der Eingangssignale von den Drucksensoren 38, 40 veranlasst.
Ein Logik- oder
Entscheidungsblock 72 bestimmt, ob ein 20-Millisekunden-Zeitraum
abgelaufen ist, seit die letzten Werte gelesen wurden. Sind 20 Millisekunden
nicht abgelaufen, dann wird die Routine beendet. Ansonsten geht
man zu Block 74 über,
um den ersten Eingang des Drucksensors 38 zu lesen, der
an dem Kondensator 14 angebracht ist, und zu Block 76,
um den ersten Eingangswert in "Wert
1" umzusetzen. Der
zweite Eingang des Drucksensors 40 wird dann gelesen und jeweils
in den Blöcken 78 und 80 in "Wert 2" umgesetzt. Die Eingangswerte "Werte 1 und 2" sind Digitalsignale.
Somit sucht der Mikroprozessor 50 während des Umwandlungsvorgangs
in einer Verweistabelle, um die Digitalwerte "Werte 1 und 2" mit einem entsprechenden Druckwert
mal zehn zu korrelieren, d. h. die in der Verweistabelle abgelegten
Druckwerte sind das Zehnfache der wirklichen Druckwerte.
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Der
zweite Wert "Wert
2" wird dann von
dem ersten Wert "Wert
1" abgezogen, um
im Entscheidungs- oder Logikblock 82" x" zu
erhalten ("x" stellt den Differenzdruck
dp dar). Wenn der Wert von "x", der von der Variablen "x_lag" abgezogen wird,
positiv ist, dann fährt
der Entscheidungsblock 84 mit dem Zählerblock 86 fort,
in dem ein Zähler "lag_count" auf fünfzig Zählungen
gesetzt wird, und dann mit Block 88, in dem die Variable "x_lag" gleich "x" gesetzt wird. Eine Zählung ist
gleich zwanzig Millisekunden, somit sind fünfzig Zählungen gleich tausend Millisekunden bzw.
einer Sekunde. Wenn der Wert von "x",
der von der Variablen "x_lag" abgezogen wird,
negativ ist, fährt
der Entscheidungs- oder Logikblock 84 mit dem Entscheidungs- oder Logikblock 90 fort,
in dem bestimmt wird, ob "lag_count" gleich Null ist
und ob der Pumpzustand "surge_state" gleich Null ist.
Wenn die beiden Bedingungen des Entscheidungsblocks 90 wahr
sind, dann wird "x_lag" in Block 92 um
eine Einheit erniedrigt, "lag_count" wird in Block 94 auf
fünfzig
Zählungen
zurückgesetzt
(1000 Millisekunden bzw. 1 Sekunde), und man geht zum Entscheidungs- oder Logikblock 96 über. Die
Einheiten bei dieser Anwendung sind gleich 0,1 psi pro Sekunde,
wie oben angegeben. Mit anderen Worten wird "x_lag" in Wirklichkeit um 0,1 psi pro Sekunde
erniedrigt.
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Wenn
die beiden Bedingungen im Entscheidungsblock 90 nicht erfüllt sind,
dann geht man zum Entscheidungsblock 96 über, wo
bestimmt wird, ob "lag_count" größer ist
als Null. Ist "lag_count" größer als
Null, dann wird "lag_count" in Block 98 um
eine Zählung
(20 Millisekunden) erniedrigt, ansonsten geht man zum Entscheidungs-
oder Logikblock 100 über.
Wenn in Block 100 bestimmt wird, dass "surge_state" gleich Null ist, dann zweigt die Routine zur
Nebenroutine A ab, ansonsten fährt
die Routine mit dem Entscheidungs- oder Logikblock 102 fort. Wenn
im Entscheidungsblock 102 bestimmt wird, dass "surge_state" gleich Eins ist,
dann zweigt die Routine zur Nebenroutine B ab, ansonsten fährt die Routine
mit dem Entscheidungs- oder Logikblock 104 fort. Wenn im
Entscheidungsblock 104 bestimmt wird, dass "surge_state" gleich Zwei ist,
dann zweigt die Routine zur Nebenroutine C ab, ansonsten fährt die
Routine fort, um "surge_state" in Block 106 auf Null
zu setzen und ist dann beendet.
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In
der Nebenroutine A bestimmt der Entscheidungs- oder Logikblock 108,
ob "x_lag" weniger "x" größer ist
als ein Pumpschwellenwert "surge_threshold", d. h. der Schwellenwert
1 in 4(b). Wird "surge_threshold" überschritten,
so fährt
die Nebenroutine mit Block 110 fort, wo der negative Zähler "neg_count" um eine Zählung (20
Millisekunden) erhöht
wird, ansonsten wird "neg_count" in Block 112 auf
Null gesetzt. Nach Block 112 fährt die Nebenroutine mit dem
Entscheidungs- oder Logikblock 114 fort, in dem bestimmt
wird, ob "neg_count" gleich fünf Zählungen
(100 Millisekunden) ist oder nicht. Wenn "neg_count" nicht gleich fünf Zählungen ist, ist die Nebenroutine
beendet, ansonsten wird "surge_count" in Block 116 auf
Null gesetzt, "surge_state" wird in Block 118 auf
Eins gesetzt, "neg_count" wird in Block 120 auf
Null gesetzt, und der Testzähler "test_count" wird in Block 122 auf "250" gesetzt, d. h. fünf Sekunden
(250 × 20
Millisekunden = 5 Sekunden). Nach Block 122 ist die Nebenroutine
beendet.
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In
der Nebenroutine B geht man zu einem Entscheidungsblock 124 über, um
zu sehen, ob "test_count" größer ist
als Null. Wenn "test_count" nicht größer ist
als Null, wird "surge_state" in Block 126 auf
Null gesetzt, und die Nebenroutine wird beendet, ansonsten wird "test_count" in Block 128 um eine
Zählung
(20 Millisekunden) erniedrigt, und man geht zum Entscheidungs- oder
Logikblock 130 über. Im
Entscheidungsblock 130, wenn "x_lag" weniger "x" kleiner
oder gleich "surge_threshold
+ n" ist (d. h. der
Schwellenwert 2 in 4(b), wobei "surge_threshold" den Schwellenwert 1 in 4(b) und "n" zehn bis zwanzig
Prozent des Schwellenwerts 1 darstellen), dann wird die Nebenroutine
beendet, ansonsten wird "surge_count" um eine Zählung (20
Millisekunden) erhöht,
und man geht zum Entscheidungs- oder Logikblock 134 über. Im
Entscheidungsblock 134, wenn "surge_count" kleiner oder gleich fünfzehn Zählungen
(300 Millisekunden) ist, dann wird die Nebenroutine beendet, ansonsten werden "x_prev" und "x_lag" jeweils in den Blöcken 136 und 138 gleich "x" gesetzt, "surge_state" wird in Block 140 gleich Zwei
gesetzt, der positive Zähler "pos_count" wird in Block 142 gleich
Null gesetzt, und die Nebenroutine wird beendet.
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In
der Nebenroutine C bestimmt der Entscheidungs- oder Logikblock 144,
ob "test_count" größer ist
als Null. Wenn "test_count" nicht größer ist als
Null, dann wird "surge_state" in Block 146 auf
Null gesetzt, und die Nebenroutine wird beendet, ansonsten wird "test_count" in Block 148 um
eine Zählung (20
Millisekunden) erniedrigt, und man geht zum Entscheidungs- oder
Logikblock 150 über.
Im Entscheidungsblock 150, wenn "x" weniger "x_prev" kleiner oder gleich
Null ist, dann geht man zum Entscheidungsblock 152 über, ansonsten
wird "pos_count" in Block 154 um
eine Zählung
(20 Millisekunden) erhöht,
und "x_lag" wird in Block 156 auf "x" gesetzt. Wenn im Entscheidungsblock 152 bestimmt
wird, dass "pos_count" nicht gleich zwei
Zählungen
ist (40 Millisekunden), dann wird die Nebenroutine beendet, ansonsten
wird in Block 158 das Pumpen identifiziert, in Block 160 lässt man
eine Pump-LED aufleuchten, der positive Übergang zum Pumpen "surge_pos_transition" wird in Block 162 auf "wahr" gesetzt, "surge_state" wird in Block 164 auf
Null gesetzt, und die Nebenroutine wird beendet.
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Wenn
das Pumpen festgestellt wird, erzeugt der Mikroprozessor 50 der
lernfähigen
Kapazitätssteuerplatine 44 ein
Steuersignal über
die "Verbindung
1" (siehe 1),
um die Frequenz zu erhöhen, die
von dem Spannungsquellen-Regelantrieb 22 geliefert wird.
Die Erhöhung
der Frequenz im Spannungsquellen-Regelantrieb 22 erhöht die Drehzahl des
Elektromotors, die ihrerseits die Drehzahl des Verdichters 12 erhöht, wodurch
verhindert wird, dass ein weiteres Pumpen im Verdichter 12 auftritt.
Derartige Steuertechniken werden in der obigen zur Information integrierten
Patentschrift '833
zusammengefasst.
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Das
in 3 gezeigte System zum Feststellen des Pumpens
umfasst einen Gleichstromwandler 42, oder mehrere davon, die
sich zwischen dem Gleichstromfilterteilsystem 26 und dem
Gleichstrom/Wechselstrom-Wechselrichterteilsystem 28 des
Spannungsquellen-Regelantriebs 22 befinden, um einen Ausgangsverbindungsgleichstrom
iDC des Gleichstromfilterteilsystems 26 unmittelbar
abzufühlen.
Der Mittelwert des Verbindungsgleichstroms iDC wird
bevorzugt unter Verwendung der drei Motorstromphasen IA,
IB und IC, die von
dem Gleichstrom/Wechselstrom-Wechselrichterteilsystem 28 des
Spannungsquellen-Regelantriebs 22 geliefert werden, und
der drei Ausgangsschaltsteuersignale A, B und C, die von der Wechselrichter-Systemplatine 30 an
die Schalter S1 bis S6 des Gleichstrom/Wechselstrom-Wechselrichterteilsystems 28 geliefert
werden, wiederhergestellt. Der Mittelwert des Verbindungsgleichstroms
iDC gibt die Leistung an, die von dem Gleichstromfilterteilsystem 26 abgegeben
wird, da die Gleichspannung vDC, die von
dem Gleichstromfilterteilsystem 26 erzeugt wird, konstant ist,
und die Leistung, die von dem Gleichstromfilterteilsystem 26 abgegeben
wird, wird berechnet, indem die Gleichspannung vDC mit
dem Verbindungsgleichstrom iDC multipliziert
wird.
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Wie
in 3 ersichtlich, ist die lernfähige Kapazitätssteuerplatine 44 über die
serielle "Verbindung 2" an die Hauptmikroprozessorplatine 36 des
Kühlersteuerpults 34 und über die
serielle "Verbindung
1" des Spannungsquellen-Regelantriebs 22 an
die Wechselrichter-Systemplatine 30 angeschlossen. Die
Hauptmikroprozessorplatine 36 stellt die Steuerung für weitere
Stufen des Kühlers
sowie die Digitalanzeige der Kühlerbetriebsbedingungen
bereit. Die Wechselrichter-Systemplatine 30 des Regelantriebs umfasst
einen A/D-Wandler 33, um den Mittelwert des Verbindungsgleichstromsignals
iDC in ein Digitalsignal umzusetzen, und
einen Mikroprozessor 32, um die digitale Darstellung des
Mittelwerts des Verbindungsgleichstromsignals iDC zu
empfangen. Die -Wechselrichter-Systemplatine 30 des Regelantriebs kann
den Verbindungsgleichstrom iDC direkt verarbeiten
und über
die "Verbindung
1" während eines
Pumpereignisses ein Pump- Flag
an die lernfähige
Kapazitätssteuerplatine 44 senden.
Alternativ kann die Wechselrichter-Systemplatine 30 den
Digitalwert des Verbindungsgleichstroms iDC über die "Verbindung 1" senden und es dem
Mikroprozessor 50 der lernfähigen Kapazitätssteuerplatine 44 ermöglichen,
den Verbindungsgleichstrom iDC zu verarbeiten,
um das Pumpen zu bestimmen. Somit kann unter Verwendung des Systems
aus 3 ein Pumpereignis festgestellt werden, indem
der festgestellte Verbindungsgleichstrom iDC verwendet
wird.
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Um
die Anordnung aus 3 verständlich zu machen, wird nun
Bezug auf 5 genommen. In 5(a) der Zeichnungen wird bildlich ein typischer mittlerer
Messwert des Verbindungsgleichstroms (mit "link" bezeichnet)
abgebildet, der in dem Spannungsquellen-Regelantrieb 22 auftritt
und Schwankungen aufweist, die für
ein Pumpereignis repräsentativ
sein können.
In 5(a) wird auch ein Wert link_lag
gezeigt, der eine Variable darstellt, die von dem Mikroprozessor 50 oder 32 jeweils
der lernfähigen
Kapazitätssteuerplatine 44 oder
der Wechselrichter-Systemplatine 30 des Regelantriebs erstellt
wird. Die Variable link_lag wird automatisch auf link gesetzt, wenn
link link_lag überschreitet.
Wenn link unter link_lag abfällt,
dann wird link_lag langsam in Richtung auf link abgesenkt, und zwar
in einem Rhythmus von zehn niedrigstwertigen Bits (LSB) pro Sekunde. Der
A/D-Wandler 33 der Wechselrichter-Systemplatine 30 weist
zwölf Bits
oder insgesamt 212 (= 4096) LSB auf. Der
Rhythmus, in dem link_lag abgesenkt wird, kann anwendungsabhängig variieren. 5(b) stellt ein typisches gemessenes Verbindungsgleichstromsignal
(link) während
eines tatsächlichen
Pumpereignisses dar, sowie die Art und Weise, wie der Mikroprozessor 50 oder 32 die
Variable link_lag anpasst.
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Gemäß dem Verfahren
zum Feststellen des Pumpens durch den Verbindungsgleichstrom iDC müssen
die oben aufgeführten
Bedingungen für
das Verfahren zum Feststellen des Pumpens durch den Differenzdruck
auch für
das Verfahren zum Feststellen des Pumpens durch den Verbindungsgleichstrom erfüllt werden.
Somit ist das Verfahren zum Feststellen des Pumpens durch den Verbindungsgleichstrom dem
Verfahren zum Feststellen des Pumpens durch den Differenzdruck ähnlich.
Es wird jedoch der abgefühlte
Wert des Verbindungsgleichstroms (und nicht der dp-Wert) verwendet.
Ferner erfordert die dritte Bedingung des Verfahrens zum Feststellen
des Pumpens durch den Verbindungsgleichstrom, dass der Wert (link_lag-link)
einen zweiten Schwellenwert [den Schwellenwert 2 in 5(b)] mindestens 350 Millisekunden lang, statt
340 Millisekunden, überschreitet. Der
Zeitraum, während
dem der Schwellenwert 2 überschritten
werden soll, kann je nach Anwendung von 200 bis 750 Millisekunden
variieren. Ferner erfordert die vierte Bedingung des Verfahrens
zum Feststellen des Pumpens durch den Verbindungsgleichstrom das
Feststellen von mindestens drei, statt zwei, aufeinander folgenden
positiven Übergängen [Δlink_lag > 0, siehe 5(b)].
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Ferner
befolgt gemäß dem Verfahren
zum Feststellen des Pumpens durch den Verbindungsgleichstrom der
Mikroprozessor 50 oder 32 der lernfähigen Kapazitätssteuerplatine 44 oder
der Wechselrichter-Systemplatine 30 jeweils den gleichen
Vorgang zum Identifizieren des Pumpens aus 6,
wie er oben für
das Verfahren zum Feststellen des Pumpens durch den Differenzdruck
beschrieben wurde. Bei dem Verfahren zum Feststellen des Pumpens durch
den Verbindungsgleichstrom ist "x" jedoch durch "link" zu ersetzen, und
10 Millisekunden sind statt 20 Millisekunden zu verwenden, wie es
der Entscheidungsblock 72 aus 6(a) zeigt.
Das bedeutet, dass bei dem Verfahren zum Feststellen des Pumpens
durch den Verbindungsgleichstrom eine Zählung gleich zehn Millisekunden,
statt zwanzig Millisekunden, ist. Ferner liest oder wandelt der
Mikroprozessor 50 oder 32 bei dem Verfahren zum
Feststellen des Pumpens durch den Verbindungsgleichstrom nicht einen
zweiten Ausgang [Blöcke 78 und 80 aus 6(a)], da der Mikroprozessor 50 oder 32 nur einen
Eingang abliest, d. h. den Verbindungsgleichstrom iDC.
Somit zieht der Mikroprozessor 50 oder 32 in Block 82 aus 6(a) nicht den "Wert 2" von "Wert 1" ab, sondern setzt "x" gleich "Wert 1". Ebenso senkt das
Verfahren zum Feststellen des Pumpens durch den Verbindungsgleichstrom "link_lag" in Richtung auf "link" in einem Rhythmus
von zehn LSB pro Sekunde.
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Angesichts
der obigen Erkenntnisse sind verschiedene Kombinationen von Systemen
zum Feststellen des Pumpens denkbar. Obwohl das Pumpen z. B. durch
Abfühlen
einer Druckänderung
durch den Verdichter 12 festgestellt werden kann, kann
das System zusätzlich
mit Mitteln versehen werden, um den Verbindungsgleichstrom iDC im Spannungsquellen-Regelantrieb 22 abzufühlen, um
zum Feststellen des Pumpens beizutragen. Wenn bei dem System der
vorliegenden Erfindung sowohl Druck- als auch Strommodelle verwendet
werden, um das Pumpen festzustellen, kann das Pumpen angegeben werden, wenn
eine oder beide Routinen das Pumpen bestimmen. Bei dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung wird das Pumpen mindestens dadurch angegeben, dass
die Druckroutine das Pumpen feststellt.
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Es
wird für
den Fachmann ersichtlich sein, dass verschiedene Änderungen
und Variationen an dem Verfahren und Gerät zum Feststellen des Pumpens
im Rahmen des Umfangs der beiliegenden Ansprüche vorgenommen werden können. Als
Beispiel kann das Verbindungsgleichstrom-Verfahren durch den Mikroprozessor 32 ausgeführt werden,
der in der Wechselrichter-Systemplatine 30 des Spannungsquellen-Regelantriebs 22 enthalten
ist, wodurch die Notwendigkeit der lernfähigen Kapazitätssteuerplatine 10 entfällt. Ferner
muss der Verdichter 12 nicht unbedingt schleuderartig sein,
sondern kann eine beliebige andere Art von rotationsdynamischem
Verdichter sein.
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Weitere
Ausführungsformen
der Erfindung werden für
den Fachmann unter Berücksichtigung der
Beschreibung und der praktischen Umsetzung der hier offenbarten
Erfindung offensichtlich sein.