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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen elektromagnetisch angetriebenen
Linearkolbenverdichter, umfassend einen äußeren Kern von zylindrischer Form,
der innerhalb einer abgedichteten Kammer befestigt ist, wobei der äußere Kern
eine Wicklungsspule enthält,
einen inneren zylindrischen Kern, der mit einem radialen Abstand
innerhalb des äußeren Kerns
und der Wicklungsspule angeordnet ist, wobei ein elektromagnetischer
Fluss in dem Kernen entsteht, wenn ein elektrischer Strom durch
die Wicklungsspule fließt,
einen mit einem Kolben verbundenen Magneten, der zur linearen Bewegung
zwischen dem äußeren Kern
und dem inneren Kern angeordnet ist, um den Kolben entsprechend
des elektrischen Stromflusses in einem einen Verdichtungsraum bildenden
Zylinder hin- und herzubewegen, und Rückhohlfedern, die eine axiale
Kraft auf den Kolben ausüben
und den Kolben in eine anfängliche Ausgangsposition
im Zylinder versetzen, wenn kein Strom durch die Wicklungsspule
fließt.
Ein solcher Verdichter ist beispielsweise aus der
DE 199 22 511 A1 bekannt.
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Im
allgemeinen ist ein Verdichter ein Gerät zum Verdichten von Gasen,
wie Kältemittelgas.
Der Verdichter kann in einen Rotationsverdichter, einen Kolbenverdichter
und einen Rollverdichter eingeteilt werden.
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Der
Verdichter umfaßt:
eine abgedichtete Kammer, einen Motor, der in der abgedichteten
Kammer zur Erzeugung von Antriebskraft eingerichtet ist, wenn eine
elektrische Quelle von außerhalb
darauf angewendet wird, und einen Kolbenteil, welcher den Verdichtungsraum
des Verdichters begrenzt, zur Durchführung des Verdichtungsvorgangs
des Gases durch Einwirkung der Antriebskraft des Motors.
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1 ist eine partielle Querschnittansicht, die
einen Motor eines Kolbenverdichters gemäß der herkömmlichen Technik zeigt.
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Der
Motor des Kolbenverdichters gemäß der herkömmlichen
Technik umfaßt:
einen äußeren Kern 102 von
zylindrischer Form, der innerhalb der Kammer befestigt ist (nicht
gezeigt; einen inneren zylindrischen Kern 106, der mit
einem radialen Abstand innerhalb des äußeren Kerns 102 angeordnet
und an einer äußeren umfänglichen
Oberfläche
eines Zylinders 104 befestigt ist; eine Wicklungsspule 108,
die auf der Innenseite des äußeren Kerns 102 gewickelt ist
und auf die die elektrische Quelle von außerhalb angewendet wird; und
einen Magneten 110, der zwischen dem äußeren Kern 102 und
dem inneren Kern 106 mit einem vorher bestimmten Zwischenraum
zur Ausführung
einer Hin- und Herbewegung angeordnet ist, wenn die elektrische
Quelle auf die Wicklungsspule 108 angewendet wird.
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Der äußere Kern 102 enthält einen Öffnungsrücksprung 112,
der in umfänglicher
Richtung ausgebildet ist, so daß die
Wicklungsspule auf einem Zwischenabschnitt der inneren umfänglichen
Oberfläche des äußeren Kerns 102 angeordnet
ist, und ein Pfadabschnitt, auf dem ein Fluß fließt, wenn der elektrische Strom
auf die Wicklungsspule 108 angewendet wird, ist in Grenzrichtung
des Öffnungsrücksprungs 112 ausgebildet.
Beide Endteile der inneren umfänglichen
Oberfläche
des äußeren Kerns 102,
der durch den Öffnungsrücksprung 112 geteilt
ist, bilden ein Polteil 114.
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Der
innere Kern 106 ist als Zylinder ausgebildet, der an der äußeren umfänglichen
Oberfläche des
Zylinders 104 befestigt ist, und eine Länge des inneren Kerns 106 ist
wie eine Länge
des äußeren Kerns 102 ausgebildet.
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Eine
Vielzahl von Magneten 110 ist auf einem Magnethalter 116 angeordnet,
der zwischen dem inneren Kern 102 und dem äußeren Kern 106 in umfänglicher
Richtung mit einem bestimmten Zwischenraum angeordnet ist. Ein Mittelteil
des Magneten 110 ist so angeordnet, daß es in derselben Linie (M)
mit einem Mittelteil des äußeren Kerns
liegt, und beide Endteile des Magneten 110 sind so angeordnet,
daß sie
auf Zwischenteilen des Polteils 114 liegen.
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Der
Magnethalter 116 ist einstückig mit einem Kolben 120 verbunden,
der zur Ausführung
einer linearen Hin- und Herbewegung innerhalb des Zylinders 104 angeordnet
ist, und dadurch läßt der Magnethalter,
wenn sich der Magnet 110 der Hin- und Herbewegung unterzieht,
den Kolben 120 die Hin- und Herbewegung mit demselben Hub
wie der Magnet 110 ausführen.
Außerdem
sind an beiden Seiten des Magnethalters 116 Rückholfedern
(nicht gezeigt) eingerichtet, um eine elastische Kraft bereitzustellen, wenn
der Kolben 120 die Hin- und Herbewegung ausführt, und
um den Standort des Magnethalters 116 in seine ursprüngliche
Position zu versetzen, wenn der Motor abgeschaltet wird.
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Dabei
wird ein Maximumhub des Kolbens 120 innerhalb eines Wechselwirkungsbereichs
zwischen einem Fluß,
der vom Magneten 110 erzeugt wird, und einem Fluß, der zwischen
dem äußeren Kern 102 und
dem inneren Kern 106 erzeugt wird, bestimmt.
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Ein
Verdichtungsteil 118 ist an einem Endteil des Zylinders 104 eingerichtet,
um den Verdichtungsvorgang der Flüssigkeit gemäß der Hin-
und Herbewegung des Kolbens 120 durchzuführen.
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Wie
in 2 gezeigt wird gemäß dem herkömmlichen
Motor des Kolbenverdichters, wenn die elektrische Leistung auf die
Wicklungsspule 108 angewendet wird, der Fluß um die
Wicklungsspule 108 gebildet, und der Fluß bildet
eine geschlossene Schleife entlang dem äußeren Kern 102 und
dem inneren Kern 106. Und der Magnet 110 wird
durch die Wechselwirkung zwischen dem Fluß, der zwischen dem äußeren Kern 102 und
dem inneren Kern 106 erzeugt wird, und dem Fluß, der vom
Magneten 110 erzeugt wird, linear in axialer Richtung bewegt.
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Im
einzelnen behält
der Magnet 110 seine anfängliche Mittelposition durch
die elastische Kraft der Rückholfeder
bei, wenn der Motor im abgeschalteten Status ist, und die beiden
Endteile sind auf Zwischenteilen des Pfadabschnitts 114 angeordnet.
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In
diesem Status fließt,
wenn elektrischer Strom in einer Richtung durch die Wicklungsspule 108 fließt, der
Fluß,
der zwischen dem äußeren Kern 102 und
dem inneren Kern 106 gebildet wird, in Richtung A in 2. Dann wird der Magnet 110 durch
die Wechselwirkung mit dem Fluß,
der zwischen dem äußeren Kern 102 und
dem inneren Kern 106 gebildet wird, linear in Richtung
C in 2 bewegt, und dementsprechend
wird der Kolben 120 vorwärts bewegt, um den Verdichtungsvorgang
der Flüssigkeit
durchzuführen.
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Außerdem fließt, wenn
elektrischer Strom in die andere Richtung durch die Wicklungsspule 108 fließt, der
Fluß,
der zwischen dem äußeren Kern 102 und
dem inneren Kern 106 gebildet wird, in Richtung B in 2. Dann wird der Magnet 110 durch
die Wechselwirkung mit dem Fluß,
der zwischen dem äußeren Kern 102 und
dem inneren Kern 106 gebildet wird, linear in Richtung
D in 2 bewegt, und dementsprechend
wird der Kolben 120 zurückgeholt,
um das Kältemittelgas
anzusaugen.
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Hierbei
wird, falls der Kolbenverdichter in diesem Idealzustand betrieben
wird, der Magnet 110 innerhalb des Bereichs eines Hubs
(P) hin- und herbewegt, beim eigentlichen Betrieb des Motors kann jedoch
der Kolben 120 durch die Differenz zwischen dem Verdichtungsdruck
und dem Ansaugdruck der Flüssigkeit
in die entgegengesetzte Richtung des Verdichtungsteils 118 bewegt
werden, und dann wird der Magnet 110 innerhalb eines tatsächlichen
Bereichs eines Hubs (Q) bewegt, der sich außerhalb des idealen Bereichs
eines Hubs (P) befindet.
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Wie
oben beschrieben ist, wenn die Mittelposition des Magneten aus der
anfänglichen
Mittelposition gebracht ist, die Leistung des Motors herabgesetzt,
und es kann eine Motorsättigung
erfolgen. Außerdem
wird, wenn der Magnet vom Polteil abweicht, das System instabil
und kann nicht gesteuert werden.
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Es
ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Kolbenverdichter der
eingangs genannten Art bereitzustellen, bei dem die Motorleistung
erhöht wird
und eine Motorsättigung
möglichst
vermieden wird.
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Die
Aufgabe wird bei einem Kolbenverdichter der eingangs genannten Art
dadurch gelöst,
dass die Mitte des Magneten in der anfänglichen Ausgangsposition bei
stromloser Wicklungsspule gegenüber
der gemeinsamen Mitte des äußeren und
inneren Kerns in Richtung des Verdichtungshubes des Kolbens um einen
Abstand X versetzt angeordnet ist.
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Weitere
Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
oben genannten und andere Aufgaben, Merkmale, Gesichtspunkte und
Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten
Beschreibung der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit den
beiliegenden Zeichnungen offensichtlicher hervor.
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Die
beigefügten
Zeichnungen, die enthalten sind, um ein weiteres Verstehen der Erfindung
bereitzustellen, und die in der Beschreibung enthalten sind und
einen Teil von ihr bilden, zeigen Ausführungsformen der Erfindung
und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Grundsätze der
Erfindung zu erklären.
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1 ist
eine Querschnittansicht, die einen Motor in einem Kolbenverdichter
gemäß der herkömmlichen
Technik zeigt;
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2 ist
eine Querschnittansicht, die einen Betriebsstatus des Motors für den Kolbenverdichter gemäß der herkömmlichen
Technik zeigt;
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3 ist
eine Querschnittansicht, die einen Motor für einen Kolbenverdichter gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt; und
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4 ist
eine Querschnittansicht, die einen Betriebsstatus des Motors für den Kolbenverdichter der
vorliegenden Erfindung zeigt.
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Es
wird nun detailliert auf die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung Bezug genommen, die in den beiliegenden Zeichnungen beispielhaft
dargestellt sind.
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Es
kann eine Vielzahl von Ausführungsbeispielen
für einen
Motor in einem Kolbenverdichter gemäß der vorliegenden Erfindung
geben, wobei die am meisten bevorzugte Ausführungsform im folgenden beschrieben
wird.
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3 ist
eine Querschnittansicht, die den Motor für einen Kolbenverdichter gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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Der
Motor für
den Kolbenverdichter gemäß der vorliegenden
Erfindung umfaßt:
einen äußeren Kern 2 von
zylindrischer Form, der innerhalb einer abgedichteten Kammer befestigt
ist (nicht gezeigt); einen inneren Kern 4, der mit einem
radialen Abstand innerhalb des äußeren Kerns 2 zur
Bildung eines elektromagnetischen Flusses in den Kernen angeordnet
ist; eine Wicklungsspule 6, die in einem inneren Teil des äußeren Kerns 2 gewickelt
ist; und einen Magneten 8, der zur linearen Bewegung zwischen dem äußeren Kern 2 und
dem inneren Kern 4 angeordnet ist.
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Der äußere Kern 2 weist
einen Öffnungsrücksprung 10 auf,
auf dem die Wicklungsspule gewickelt ist, und der auf einem Zwischenteil
der inneren umfänglichen
Oberfläche
des äußeren Kerns 2 gebildet
ist, und ein Pfadabschnitt, auf dem der Fluß fließt, wenn der elektrische Strom
durch die Wicklungsspule 6a fließt, ist an einer Grenzposition
des Öffnungsrücksprungs 10 ausgebildet.
Außerdem
sind zwei Polteile 12 an beiden inneren umfänglichen
Oberflächen
des äußeren Kerns 2 gebildet,
der durch den Öffnungsrücksprung 10 geteilt
ist.
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Der
innere Kern 4 ist als Zylinder ausgebildet, der an einer äußeren umfänglichen
Oberfläche eines
Zylinders 14 befestigt ist, und eine Länge des inneren Kerns 4 ist
wie eine Länge
des äußeren Kerns 2 ausgebildet.
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Der
Magnet 8 ist auf einem Magnethalter 16, der zwischen
dem äußeren Kern 2 und
dem inneren Kern 4 angeordnet ist, eingerichtet und in
eine Vielzahl von Stücken
geteilt, die mit vorher bestimmten Zwischenräumen auf dem Magnethalter 16 eingerichtet
sind.
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Der
Magnethalter 16 ist mit einem Kolben 18 verbunden,
der linear in dem Zylinder 14 bewegt wird, um den Kolben 18 linear
zu bewegen, wenn der Magnet 8 linear bewegt wird.
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Der
Kolben 18 von hohler Form enthält ein Kühlmittelgassaugloch 20,
und ein Endteil des Kolbens 4 ist mit dem Verdichtungsteil 22 verbunden, das
an einer Seite des Zylinders 14 angeordnet ist, und das
andere Endteil des Kolbens 4 ist mit dem Magnethalter 16 verbunden.
Daher wird der Kolben 4 gemäß den Hin- und Herbewegungen
des Magneten 8 linear hin- und herbewegt, um das Kältemittelgas durch
das Kühlmittelgassaugloch 20 zu
saugen und das angesaugte Gas zu verdichten.
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Hierbei
wird der Magnet 8 durch die Verdichtungskraft, wenn der
Kolben 18 linear hin- und herbewegt wird, um die Verdichtung
durchzuführen,
nach hinten bewegt und so angeordnet, daß er um einen Abstand (X) vom
Zentrum des äußeren Kerns 2 zum Verdichtungsteil 22 versetzt
bzw. exzentrisch ist.
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Das
heißt,
daß das
Zentrum des Magneten 8 um einen bestimmten Abstand (X)
von den Zentren des äußeren Kerns 2 und
des inneren Kerns 4 versetzt ist, und dementsprechend sind
beide Endteile des Magneten 8 so angeordnet, daß sie vom
Zentrum des Polteils 12 zum Verdichtungsteil 22 versetzt angeordnet
sind.
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Außerdem ist
das Endteil des Kolbens 18 zur Durchführung des Verdichtungsvorgangs
so angeordnet, daß es
um einen vorher bestimmten Abstand (Y) von der Zwischenposition
zwischen dem oberen Totpunkt und dem unteren Totpunkt, welche den
idealen Hubbereich des Kolbens ausmachen, zum oberen Totpunkt versetzt
ist.
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Der
Betrieb des Kolbenverdichters, der wie oben beschrieben gebaut ist,
wird im folgenden beschrieben.
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In
dem Fall, wenn sich der Motor im abgeschalteten Status befindet,
ist der Magnet 8 so angeordnet, daß er um einen vorher bestimmten
Abstand (X) von der Zentrumsposition des äußeren Kerns 2 und
des inneren Kerns 4 zum Verdichter versetzt ist, und der
Kolben 18 ist so angeordnet, daß er um einen vorher bestimmten
Abstand (Y) von der Zentrumsposition des oberen Totpunkts und des
unteren Totpunkts in Richtung des oberen Totpunkts versetzt ist.
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Im
oben beschriebenen Status, wie in 4 gezeigt,
fließt,
wenn elektrischer Strom in Vorwärtsrichtung
durch die Wicklungsspule 6 fließt, der Fluß in Richtung (G) zwischen
dem äußeren Kern 2 und
dem inneren Kern 4. Außerdem
wird, wie in 4 gezeigt, der Magnet 8 durch
eine Wechselwirkung zwischen dem Fluß, der in Richtung (G) fließt, und
dem Fluß, der
durch den Magneten 8 gebildet wird, in Richtung (I) bewegt,
und dementsprechend wird der Kolben 18 nach vorne bewegt,
um das Kältemittelgas
zu verdichten.
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Außerdem fließt, wie
in 4 gezeigt, wenn ein elektrischer Strom in Gegenrichtung
durch die Wicklungsspule 6 fließt, der Fluß in Richtung (H) zwischen
dem äußeren Kern 2 und
dem inneren Kern 4. Außerdem
wird, wie in 4 gezeigt, der Magnet 8 durch
eine Wechselwirkung zwischen dem Fluß, der in Richtung (H) fließt, und
dem Fluß,
der durch den Magneten 8 gebildet wird, in Richtung (L)
bewegt, und dementsprechend wird der Kolben 18 zurückgeholt,
um den Kältemittelgasansaugvorgang
durchzuführen.
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Dabei
wird der Kolben 18 durch den Verdichtungsdruck beim Verdichtungsvorgang
in eine der Verdichtungsrichtung entgegengesetzte Richtung bewegt,
und die Anfangsposition des Magneten 8 ist so angeordnet,
daß sie
zur Verdichtungsrichtung versetzt ist, und daher ist das Zentrum
des Magneten 8 mit dem Zentrum des äußeren Kerns 2 und
des inneren Kerns 4 beim eigentlichen Betrieb des Verdichters
in Übereinstimmung
gebracht.
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Das
heißt,
daß die
anfängliche
Mittelposition des Magneten 8 so angeordnet ist, daß sie vom
Zentrum des äußeren Kerns 2 und
des inneren Kerns 4 in die Verdichtungsrichtung versetzt
ist, und daher wird der Magnet 8 beim eigentlichen Betrieb
des Verdichters wie die rückwärts bewegte
Menge des Kolbens 18 rückwärts bewegt.
Dadurch sind die beiden Endteile des Magneten 8 beim eigentlichen
Betrieb des Verdichters mit dem Zentrum des Polteils 16 in Übereinstimmung
gebracht.
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Die
Wirkung des Kolbenverdichters, der wie oben beschrieben gebaut ist
und betrieben wird, wird im folgenden beschrieben.
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Die
anfängliche
Mittelposition des Magneten ist so angeordnet, daß sie um
einen vorher bestimmten Abstand vom Zentrum des äußeren Kerns und des inneren
Kerns in Verdichtungsrichtung versetzt ist, und die anfängliche
Mittelposition des Verdichtungsteils des Kolbens ist so angeordnet,
daß sie
um einen vorher bestimmten Abstand vom Zentrum des oberen Totpunkts
und des unteren Totpunkts in Richtung des oberen Totpunkts exzentrisch
ist. Deshalb wird beim eigentlichen Betrieb des Verdichters die nach
rückwärts bewegte
Menge durch die Verdichtungskraft in die der Verdichtungsrichtung
des Kolbens entgegengesetzte Richtung ausgeglichen, und dadurch
ist die Mittelposition des Magneten mit der Mittelposition des äußeren Kerns
und des inneren Kerns in Übereinstimmung
gebracht, um die Funktionsbeeinträchtigung des Motors zu verhindern.
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Insbesondere
kann eine Reluktanzkraft minimiert werden, die erzeugt wird, wenn
beim Verdichtungsvorgang der Magnet an einem Polende des äußeren Kerns
und des inneren Kerns angeordnet ist, und die Motorfunktion kann
durch Minimierung des unwirksamen Flusses verbessert werden. Außerdem kann
ein Phänomen
der Unsteuerbarkeit verhindert werden, zu dem es kommen kann, wenn
der Magnet vom Polteil abgedrängt
wird.
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Da
die vorliegende Erfindung in verschiedenen Formen ausgeführt sein
kann, ohne von ihrem Geist oder wesentlichen ihrer Merkmale abzuweichen,
sollte es sich außerdem
verstehen, daß die oben
beschriebenen Ausführungsformen,
wenn nicht anders angegeben, durch keine der Details der vorausgehenden
Beschreibung begrenzt sind, sondern eher allgemein innerhalb ihres
Geists und Anwendungsgebiets wie in den beigefügten Ansprüchen definiert aufgefaßt werden
sollen, und daher sollen alle Änderungen
und Modifikationen innerhalb der Abgrenzungen der Ansprüche, oder Äquivalenten
dieser Abgrenzungen, durch die beigefügten Ansprüche umfaßt sein.