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Technischer Bereich
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Die
Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf einen Messfühler
für das Messen eines Strömungsmittelstandes, und
genauer auf einen Messfühler für das genaue Messen
und Ablesen eines Strömungsmittelstandes in einer Zugriff
auf den Strömungsmittelstand bietenden Kammer bzw. Zugangskammer,
die eine oder mehrere Biegungen oder innen angeschrägte
bzw. verjüngte Absatzbereiche aufweist.
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Stand der Technik
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Wie
allgemein bekannt, benötigen Fahrzeuge und Maschinen Mittel
zum Messen der Menge an Strömungsmittel in den Tanks ihres
Systems. In so gut wie allen Geländemaschinen- und Geländefahrzeuganwendungen
ist das einfachste und wahrscheinlich auch das bekannteste Messmittel
der gewöhnliche Peilstab oder Messfühler für
das Messen eines Strömungsmittelstandes. Im Allgemeinen
ist eine längliche, Zugriff auf den Strömungsmittelstand bietende
mit dem Inneren des Strömungsmittelvorratsbehälters
in Verbindung stehende Kammer oder Rohr vorgesehen. Die Zugriff
bietende Kammer bzw. Zugangskammer ist natürlich darauf
eingerichtet, den Messfühler für das Messen eines
Strömungsmittelstandes aufzunehmen und aufzubewahren, bis
er zu Messzwecken entnommen wird.
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Der
typische Messfühler umfasst ein längliches, üblicherweise
flaches, flexibles Bauteil, das sich durch die Kammer hindurch und
in den Vorratsbehälter erstreckt. Das Ende des Messfühlers
ist mit geeigneten Markierungen zur Messung des Strömungsmittelstandes
versehen, sodass wenn der Messfühler aus der Zugriff bietenden
Kammer entnommen wird, diejenige Menge ermittelt werden kann, um
die das Strömungsmittel vom vollständig gefüllten
Zustand abweicht.
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In
der Vergangenheit war die Zugriff bietende Kammer gerade oder wies
höchstens eine vergleichsweise geringe, einfache Biegung
auf. Gegenwärtige Entwürfe der letzten Jahre,
insbesondere in Geländemaschinen, wurden aufgrund des begrenzten
Bauraumes unter der Motorhaube oder innerhalb des Gehäusebereiches
in steigendem Maße gekrümmter und gewundener.
Aufgrund der Größe des Getriebe- oder des Motorraumes,
der Größe des Getriebes oder des Motors selbst,
und der großen Anzahl von Zubehörteilen, die diesen
Baugruppen hinzugefügt wurden, stellte es sich für
Ingenieure als immer schwieriger heraus, die Zugriff bietende Kammer unterzubringen.
Als Ergebnis weisen die Kammern gegenwärtiger Geländemaschinen, „petroleum
transmissions", und Fahrzeugen oft eine Anzahl von Biegungen auf,
von denen eine oder mehrere kombinierte Biegungen sein können.
So wie hierin Bezug darauf genommen wird, ist eine kombinierte Biegung eine
solche, in der eine Winkeländerung in mehr als einer Ebene
auftritt. Zusätzlich können solche Zugangskammern
eine oder mehrere aufeinander folgende Biegungen aufweisen, die
in unterschiedlichen Ebenen liegen. Solche irregulär geformten
Zugangskammern machen es außerordentlich schwierig, einen
flachen, geraden Messfühler einzuführen, zu entnehmen,
und genau abzulesen. Dennoch kann die Zugangskammer zusätzlich
einen sich ändernden Innendurchmesser (ID) oder eine oder
mehrere angeschrägte Absatzbereiche aufweisen, die die Schwierigkeit
des Einführens und des genauen Verwendens des Strömungsmittelstandmessfühlers
weiter erhöhen.
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Bezüglich
Strömungsmittelstandmessfühlern mit einer flachen
Klinge tritt das Problem als Ergebnis des Widerstandes des Messfühlers
gegenüber einer Biegebewegung in der zu seiner flachen Oberfläche
parallelen Ebene auf. Wenn eine Biegung in der Kammer es notwendig
macht, dass der Messfühler sich in dieser Ebene biegt,
dann neigt das Führungsende des Messfühlers dazu,
mit der Wand der Zugangskammer in Kontakt zu treten und daran entlang
zu reiben und somit das Hindurchtreten des Messfühlers
durch die Kammer zu behindern und eine genaue Ablesung zu verhindern.
Mit anderen Worten verkantet das Ende des Messfühlers an
den Seiten der Kammer in der Nähe der Biegungen, und unterbindet
oder verhindert so die freie Bewegung des Messfühlers durch
die Kammer. Dieses Problem tritt auch bei Messfühlern auf,
die runde Querschnitte aufweisen, da der Messfühler der
Biegung in anderen Ebenen widersteht, wenn er einmal in einer Ebene gebogen
ist.
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Es
ist angedacht worden, einen Messfühler mit einer gebogenen
oder gewundenen Klinge zu versehen, wie in dem
U.S. Patent 7,191,542 an Oyama et
al. zu sehen ist. Während der Messfühler eine gewundene
Form aufweist, die vorsätzlich bis zu einer vorderen Kante
des Messbereichs reicht, und bei der der gewundene Bereich fortlaufend
von einer Spitze des Messfühlers bis zu einem gewundenen Abschnitt
läuft, weist er keinen fortlaufend gewundenen Klingenabschnitt
oberhalb und unterhalb eines im Wesentlichen flachen Messbereichs
dazwischen auf. Das Oyama-Patent schlägt weder vor, noch
lehrt oder offenbart es die mehrfach gewundenen Abschnitte, jedes
um ungefähr 180 Winkelgrade, welche eine Flexibilität
für einen verbesserten Durchgang des Messfühlers
durch die gewundenen Zugangskammern, insbesondere am Ende, wo sich hauptsächlich
der Messbereich im Blickpunkt befindet, bereitstellt.
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Weiterhin
versucht das an Haines erteilte
U.S.
Patent 4,021,924 ein weiteres, oben beschriebenes Problem
zu überwinden, indem ein die Reibung verringerndes Mittel
vorgesehen wird, das ein Lagerbauteil umfasst, das derart angebracht
ist, dass es in einer Ebene rotiert, die im wesentlichen parallel zu
der Ebene des Messbauteils ist. Das Haines-Patent weist zumindest
einen Nachteil dahingehend auf, dass das die Reibung verringernde
Bauteil aus einer Vielzahl einzelner, zusammen genieteter Teile besteht,
was zu erhöhter Montagedauer und Herstellungskosten führt.
Zudem lehrt das Haines-Patent die Verwendung einzelner Teile, die
leicht verschleißen können (Wälzlager,
Nieten, etc.), was die Versagenswahrscheinlichkeit nach Reibkontakten
während des Einbringens und Entfernens des Messfühlers
erhöht. Und zudem lehrt Haines weder, noch schlägt
er vor oder überlegt das Vorhandensein eines gewundenen Bereiches,
mit mindestens einer Drehung um 360°, der sich unmittelbar
an eine kugelförmige Leitstruktur zur Überwindung
von Schrägen anschließt.
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Weder
betrachtet weiterhin der Stand der Technik die Probleme, noch geht
er sie an, die mit einer einfachen, genauen und kostengünstigen
Ablesung des Strömungsmittelstandes verbunden sind, wenn
das Strömungsmittel reiner ist und daher eine klarere und
transparentere Farbe aufweist.
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Bis
jetzt wurden nur wenige oder keine Entwicklungen beansprucht, um
die oben beschriebene Kombination von Problemen abzuschwächen,
die mit Strömungsmittelmessvorrichtungen in Bezug stehen, insbesondere
in der Hinsicht auf die sehr stark motorisierten landwirtschaftliche
Geländemaschinen oder -motoren. Dementsprechend stellt
die vorliegende Offenbarung eine neuartige Kombination eines günstigeren,
hoch effektiven Strömungsmittelstandmessfühlers
zur genauen Messung von Strömungsmittelständen
in einer Strömungsmittelstandskammer, die eine oder mehrere
Biegungen und innenliegende, angeschrägte Absatzbereiche
aufweist.
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Zusammenfassung
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Die
vorliegende Offenbarung stellt in einer Form einen Strömungsmittelstandmessfühler
zur genauen Messung und Ablesung eines Strömungsmittelstands
in einer Strömungsmittelstandszugangskammer, die eine oder
mehrere Biegungen und innenliegende, angeschrägte Absatzbereiche
aufweist, bereit. Der Strömungsmittelstandmessfühler
weist eine längliche Klinge auf, die einen oberen Bereich und
einen unteren Bereich aufweist, wobei der obere und der untere Bereich
konstant schraubenförmig ausgebildet sind, um während
des Einführens und Entfernens des Messfühlers
in die und aus der Zugangskammer für den Strömungsmittelmessfühler eine
nicht abstreifende Bewegung zu erzeugen. Er weist auch einen Messbereich
mit flacher Form auf, der eine Mehrzahl von Sichtfenstern aufweist,
die in einer auf- und abwärtigen Richtung des Messbereichs
ausgerichtet sind, einen Handgriff, der zur kontrollierten Einführung
und Entnahme des Strömungsmittelstandmessfühler
an der Klinge angebracht ist, und eine am führenden Ende
der länglichen Klinge, gegenüber dem Handgriff,
befestigte kugelförmige mit Schrägen in Eingriff
tretende Führungsstruktur.
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Andere
Vorteile und neuartige Eigenschaften der vorliegenden Offenbarung
wird aus der folgenden genauen Beschreibung der Offenbarung augenscheinlich,
wenn sie in Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet
wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine Draufsicht eines beispielhaften Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Offenbarung.
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2 ist
eine seitliche Ansicht eines beispielhaften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Offenbarung.
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3A ist
eine seitliche Ansicht einer Strömungsmittelstandzugangskammer
der vorliegenden Offenbarung.
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3B ist
eine Explosionszeichnung eines mit einem abgeschrägten
Absatz versehenen Bereichs einer Strömungsmittelstandzugangskammer der
vorliegenden Offenbarung.
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Genaue Beschreibung
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Mit
Bezug auf die Zeichnungen, in denen die Darstellungen nur zum Zwecke
der Verdeutlichung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
der Offenbarung dienen, und nicht zum Zweck, diese einzuschränken,
stellt die 1 einen Strömungsmittelstandmessfühler 10 dar,
welcher eine Mehrzahl von fortlaufend gewundenen Klingenbereichen
bzw. -zonen sowie einen flachen Messbereich 17 zwischen den
gewundenen Bereichen aufweist. In einem Ausführungsbeispiel
gibt es zwei fortlaufend gewundene Bereiche: einen oberen Bereich 16 und
einen unteren Bereich 18. Die fortlaufend gewundenen Bereiche 16, 18 sind
in einer Spiralform in Längsrichtung geformt, wobei jede
Windung eine fortlaufende 180°-Drehung zur nächsten
darstellt. Die gewundenen Bereiche 16, 18 ermöglichen
dem Messfühler 10 eine Bewegungsfreiheit in vielen
Richtungen. Die gewundenen Bereiche können wahlweise auch
unterschiedliche Längen aufweisen, wobei der untere Bereich
eine derartige Größe aufweist, dass sie optimalerweise
eine 360°-Drehung umfasst.
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Die
gesamte Länge des Strömungsmittelmessfühlers 10 weist
eine für die jeweilige Anwendung und die Länge
der Zugangskammer angemessene Größe auf; und der
obere Bereich 16 kann in seiner Länge in Längsrichtung
deutlicher länger sein als der untere Bereich 18,
wie durch die Gesamtlänge und Anzahl der Biegungen der
Zugangskammer vorgeschrieben. Es sind diese Biegungen und andere,
mit fortschrittlicher Technologie zusammenhängende, Verbesserungen
der herkömmlichen geraden Zugangsrohre oder – kammern
der Vergangenheit, die dazu führen, dass Messfühler
Mittel für das flexible Einführen umfassen müssen.
Die vorliegende Offenbarung geht diese Probleme weiter an, mit einer kugelförmigen
Leitstruktur 24 zur Überwindung von Schrägen,
welche am Ende des Strömungsmittelmessfühlers 10 gegenüber
dem Handgriff 12 angebracht ist. Die kugelförmige
Leitstruktur 24 zur ÜberWindung von Schrägen
ist an dem entfernten Ende des unteren Bereichs des Strömungsmittelmessfühlers 10 befestigt.
Die Leitstruktur 24 kann die Form eines Balls haben (oder
jede andere, einfach aber effektiv hergestellte Form, um eine Schräge
unabhängig vom Einführwinkel besser zu überwinden).
Die kugelförmige Leitstruktur 24 zur Überwindung
von Schrägen weist eine Breite auf, die größer
ist als die Breite des Messfühlers 10, und in
angemessenem Maß kleiner als die kleinste Breite der Zugangskammer 30,
um für eine verringerte Reibung durch die eine oder die
mehreren Biegungen zu sorgen, und um die abgeschrägten
Bereiche des Innendurchmessers zu überwinden. Nur um ein
Beispiel zu nennen, kann der flache Messbereich 17 eine
gesamte Breite von 5 mm bis 10 mm aufweisen, oder für eine
bestimmte Anwendung größer oder kleiner sein.
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Die
kugelförmige Verjüngungsvorschubführung
bzw. Leitstruktur 24 zur Überwindung von Schrägen
kann, anders als bekannte mit gebogenen oder gewundenen Enden versehene
Messfühler, oder im Wesentlichen flache, die Reibung mittels
Kugellagern verringernde Leitstrukturen, den freien Durchtritt des
Strömungsmittelstandmessfühlers 10 ermöglichen,
unabhängig davon, wie der Messfühler 10 gedreht
wird, oder in welchem Winkel er auf eine Biegung oder den Bereich
eines abgeschrägten Absatzes trifft. Damit der Messfühler
mit dem gebogenen Ende funktioniert, muss der radial gebogene Be reich
die Biegung oder die Schräge parallel zu dem Absatz treffen.
Die kugelförmige Leitstruktur 24 zur Überwindung
von Schrägen wird jedoch funktionieren, unabhängig
davon, in welchem Winkel sich der Messfühler 10 befindet,
wenn er in Kontakt tritt, wie von Fachleuten leicht zu verstehen
ist.
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Die 1 und 2 zeigen
weiterhin die kugelförmige Leitstruktur 24 zur Überwindung
von Schrägen, die an einem Ende des Messfühlers 10 starr
mittels eines Wärmeschweißverfahrens befestigt
ist. Wie zu verstehen ist, kann dieses Schweißverfahren
Reibschweißen umfassen, wobei die kugelförmige
Leitstruktur 24 derart bewegt wird, dass sie an einem sich
in Längsrichtung befindenden Ende des Stabes anliegt, und
eine äußere Kraft zwischen der Leitstruktur 24 und
dem Klingenende aufgebracht wird, sodass durch Reibung Wärme
an der Grenzfläche erzeugt wird, oder durch jedes andere
angemessene Schweißverfahren. Die Reibungswärme schweißt
die kugelförmige Leitstruktur 24 zur Überwindung
von Schrägen an die Klinge, und üblicherweise
formen sich Wülste (nicht gezeigt), an denen die kugelförmige
Leitstruktur 24 fest mit dem Ende der Klinge verbunden
ist. Mittel zur Befestigung der Leitstruktur 24 an der
Klinge sind nicht auf Reibschweißen beschränkt,
und andere, gleichwertige Techniken wie Lichtbogen- oder Schmelzschweißen können
eingesetzt werden. Zusätzlich kann sich der untere gewundene
Bereich in einem Abschnitt befinden und in diesem beinhaltet sein,
der sich unmittelbar an die kugelförmige Leitstruktur 24 zur Überwindung
von Schrägen anschließt, um in idealer Weise synergetische
Effekte zu ermöglichen, um die Leitstruktur aufgrund der
gesteigerten Flexibilität am voraus eilenden Ende noch
effektiver zu machen, insbesondere während des Einführens.
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Nun
wieder mit Bezug auf die 1 und 2 ist eine
Vielzahl von eingebrachten Durchlässen zur Betrachtung
des Strömungsmittelstandes oder des Strömungsmittelzustands
gezeigt. Es ist wichtig, in der Lage zu sein, den Stand des Strömungsmittels
in dem betreffenden Vorratsbehälter genau ablesen zu können.
Die eingebrachten Durchlässe 22 ermöglichen
es dem Strömungsmittel, einen zusammenhängenden
Film über die Öffnungen der Durchlässe
zu bilden, und dem überschüssigen Material, in
den Vorratsbehälter (nicht ge zeigt) zurück zu tropfen.
Der zusammenhängende und anhaftende Film wird sich über
den Durchlässen bilden, solange der Strömungsmittelstand
den korrekten Betriebsstand aufweist, und wird dies nicht mehr tun,
wenn es notwendig ist, das Strömungsmittel aufzufüllen.
Weiterhin ermöglichen die Durchlässe 22 das
Beobachten, selbst wenn die Färbung des Strömungsmittels klar
und durchsichtig ist, wie es bei Hochleistungsölen oder
anderen Strömungsmitteln der Fall sein kann. Zusätzlich
kann der beim Messen über den Durchlässen 22 gebildete
Film andere Hinweise über die Qualität des Strömungsmittels
geben, da die Durchlässe 22 gewissermaßen
ein Fenster in den Vorratsbehälter des Getriebes oder anderer
Maschinen- oder Fahrzeugkomponenten bilden.
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Die
Durchlässe 22 sind innerhalb des Vorratsbehälters
auf einer derartigen Höhe angebracht und ausgerichtet,
dass sie den Zustand des Strömungsmittelstandes mitteilen.
Weiterhin können Strömungsmittelstandsanzeigen
oder – markierungen für „vollen" oder „niedrigen"
Zustand des Strömungsmittelstands graphisch auf dem Messbereich des
Messfühlers 10 angezeigt sein, wobei „niedrig" anzeigt,
dass der Strömungsmittelstand unter einen vorbestimmten
gewünschten Stand gefallen ist. Es existieren Markierungen
am Ende des Messstabs, die den minimalen und maximalen Strömungsmittelstand
im Strömungsmittelvorratsbehälter anzeigen sollen.
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Die
Durchlässe 22 können in dem Strömungsmittelstandsmessfühler 10 mittels
Stanzens während der ursprünglichen Herstellung
des Klingenabschnitts hergestellt werden. Die Durchlässe 22 können
optional auch mittels Sandstrahlen, Bohren oder durch jedes andere
geeignete Mittel hergestellt werden.
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Eine
beispielhafte Zugangskammer 30 für einen Strömungsmittelmessfühler 10 ist
in 3 dargestellt. Die Zugangskammer 30 ist
eingerichtet, um einen Strömungsmittelstandsmessfühler 10 aufzunehmen,
der sich durch die Kammer und in den Getriebevorratsbehälter
erstreckt. Die Zugangskammer 30 weist eine oder mehrere
Biegungen 32 auf, und kann auch abgeschrägte Absatzbereiche 34 aufweisen.
Eine Explosionsansicht eines beispielhaften ab geschrägten
Absatzbereichs 34, wie in 4 veranschaulicht,
kann aufgrund von Bindungen oder Beschränkungen durch die
Biegungen 32 auftreten. Oder dieser Bereich kann durch
eine notwendige Verringerung des Durchmessers der Zugangskammer 30 verursacht
werden, wenn die Kammer 30 das Getriebe oder den Motor
aus Gründen der Zugänglichkeit umrundet, oder
aufgrund des benötigten Verfahrens (d. h. Verschrauben,
Klammern etc.) zur Positionierung und Ausrichtung der Kammer 30.
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Der
Messfühler 10 kann aus flachem Federlehrenstahl
gefertigt sein, er könnte aber auch aus Kunststoff oder
Nylon gefertigt sein, oder aus jedem anderen Material, das weniger
zu Hitzeschäden und Abnutzung neigt, den benötigten
Temperaturgrenzen widersteht und mit den Strömungsmitteln,
mit denen es verwendet werden soll, verträglich ist. Wie
hierin verwendet, bedeutet flach ein Bauteil, das eine geringe Tiefe
oder Dicke aufweist, das heisst ein Bauteil, das vergleichsweise
breit und dünn in seinen quer liegenden Dimensionen ist.
Der Messfühler 10 kann beispielsweise eine Dicke
von unter 1,0 mm oder jede andere Dicke aufweisen, um sich entlang
des Wegs der Strömungsmittelstandszugangskammer 30 angemessen
Biegen und Beugen zu können, und den ihm von dem Maschinengetriebe
oder -motor auferlegten Bedingungen widerstehen zu können.
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Zusätzlich
zu der oben beschriebenen Anordnung kann ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel zusätzlich
die folgenden Eigenschaften wie in 1 und 2 gezeigt
aufweisen. Ein T-förmiger Handgriff oder Haltestange 12 kann
einteilig am oberen Ende des Messfühlers 12, der
kugelförmigen Leitstruktur 24 zur Überwindung
von Schrägen gegenüber liegend vorgesehen sein.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die
industrielle Anwendbarkeit des hierin beschriebenen Strömungsmittelstandsmessfühlers wird
bereits durch die vorangehende Beschreibung zu erkennen sein. Es
wird hierin ein Messfühler 10 beschrieben, wobei
eine ge naue Messung der Strömungsmittels in einem ölhydraulischen
Getriebe oder anderen Fahrzeug- oder Maschinenkomponenten beschrieben
wird.
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In
dem Strömungsmittelstandsmessfühler gemäß den
Ausführungsbeispielen der Offenbarung ist der größte
Teil der Länge in Längsrichtung gewunden. Daher
kann eine genaue Messung selbst dann erreicht werden, wenn der Strömungsmittelstandsmessfühler 10 aus
einer Zugangskammer 30 mit gewundenen Abschnitten und innen
angeschrägten Absatzbereichen gezogen wird.
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Beispiele
der vorliegenden Offenbarung sind auf jeden Strömungsmittelmessfühler
zur Verwendung in einer komplexen Strömungsmittelstandzugangskammer
anwendbar, die zumindest eine Biegung oder einen Knick und möglicherweise
einen Abschnitt mit innen abgeschrägten Absatzbereichen
in der inneren Kammer aufweist. Bei solchen Messfühlern
kann die Verwendung des vorangehenden Strömungsmittelmessfühlers
bessere Messergebnisse und eine leichtere Zugänglichkeit
bereitstellen.
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Es
ist zu erkennen, dass die vorangehende Beschreibung Beispiele des
offenbarten Messfühlers bereitstellt. Es ist jedoch angedacht,
dass andere Umsetzungen der Offenbarung in Einzelheiten von den
vorhergehenden Beispielen abweichen können, wie dem Fachmann
ersichtlich sein wird. Alle Bezugnahmen auf die Offenbarung oder
Beispiele davon sind nur als Bezug auf das einzelne Beispiel gedacht, das
an diesem Punkt besprochen wird, und sollen dem Umfang der Offenbarung
im Allgemeinen keinerlei Einschränkung auferlegen. Alles,
was bezüglich der Unterscheidung und der Einschränkung
in Bezug auf bestimmte Eigenschaften gesagt wird, soll lediglich
darlegen, dass diese Eigenschaften nicht bevorzugt werden, aber
nicht, dass diese vom Umfang der Erfindung vollkommen ausgeschlossen
werden, falls dies nicht anders angezeigt wird.
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Die
Nennung von Wertebereichen oder Abmessungen hierin sollen lediglich
als ein verkürztes Verfahren dienen, um sich individuell
auf jeden innerhalb des Bereich liegenden Wert zu beziehen, falls hierin
mich anders angezeigt, und jeder einzelne Wert ist in der Beschreibung
enthalten, als wäre er einzeln hierin aufgezählt.
Alle hierin beschriebenen Verfahren können in jeder geeigneten
Reihenfolge ausgeführt werden, falls hierin nicht anders
angezeigt, oder auf andere Art und Weise klar durch den Zusammenhang
widerlegt.
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Dementsprechend
enthält diese Offenbarung alle Modifikationen und Entsprechungen
des in den hieran anhängenden Patentansprüchen
bezeichneten Gegenstandes, wie durch das anzuwendende Gesetze zugelassen.
Zudem ist jede Kombination der oben beschriebenen Elemente in allen
Variationen davon von der Offenbarung eingeschlossen, falls hierin
nicht anders angezeigt, oder auf andere Art und Weise klar durch
den Zusammenhang widerlegt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 7191542 [0006]
- - US 4021924 [0007]