DE2208890A1 - AXIAL PISTON PUMP - Google Patents
AXIAL PISTON PUMPInfo
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- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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Description
Vo/Ln R. 07 6 0
2.2.1972Vo / Ln R. 07 6 0
2.2.1972
Anlage zurAttachment to
Gebrauchsmust erhilf s-Anirielduns Utility model help s- Anirielduns
Axi a Ik ο Ib enwrineAxi a Ik ο Ib enwrine
Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenpumpe rait einen umlaufenden
Zylinderkörper, der parallel zur Drehachse angeordnete, Kolben aufnehmende Zylinder hat, Vielehe über in
der Stirnfläche des Zylinderkörpers nündende und mit scLlitzartig
ausgebildeten 3teueroffnun gen in einem Steuerspiegel
zusammenarbeitende Strönungskanäle axt Fördermedium gefüllt
und entleert v/erden.The invention relates to an axial piston pump rait a circumferential cylinder body, which has piston-receiving cylinders arranged parallel to the axis of rotation, polygons over in
the end face of the cylinder body and with slit-like 3 control openings in a control plate cooperating flow channels ax the conveying medium filled and emptied v / ground.
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Eine derartige Axialkolbenpumpe ist aus der US-Fatentschrift 2 299 233 bekannt. Bei dieser Axialkolbenpumpe sind die Steueröffnungen im Steuerspiegel unsymmetrisch zu der. durch die Kolbentotpunktlagen gebildeten Mittellinie ausgerichtet. Dabei werden die in der Stirnfläche des Zylinderkörpers mündenden Strömungskanäle erst mit der der Niederdruckseite zugeordneten Steueröffnung verbunden, wenn die obere Kolbentotpunktlage überschritten ist und der Kolben sich bereits wieder einwärts bewegt hat. Der Zeitpunkt, in dem die Strömungskanäle aufgesteuert werden,liegt also verspätet gegenüber dem Moment, in dem sich der jeweilige Kolben in seinem oberen Totpunkt befindet. Das Absteuern der Zylinder erfolgt genau in der unteren Totpunktlage.Such an axial piston pump is from the US patent specification 2 299 233 known. In this axial piston pump, the control openings in the control plate are asymmetrical to the. by the center line formed by the piston dead center positions. In doing so, the ends that open into the end face of the cylinder body Flow channels are only connected to the control opening assigned to the low-pressure side when the upper piston dead center position exceeded and the piston has already moved inwards again. The time at which the flow channels opened are, is therefore delayed compared to the moment in which the respective piston is in its top dead center. The cylinders are shut down precisely in the bottom dead center position.
Mit den hier angewandten Mitteln soll durch Anwendung von Nachexpansion bzw. Vorkonpression des Zylindervolumens vor dem Aufsteuern der Zylinder die Erzeugung von Druckschwingungen und mechanischen Schwingungen in der Pumpe vermindert werden. Es hat sich allerdings gezeigt, dass bei den heute geforderten und an die Dieselmotordrehzahlen angepassten hohen Drehzahlen die bisher üblichen Steuerzeiten der bekannten Axialkolbenpumpen nicht mehr ausreichen. Bei den notwendigerweise kleinen Strömungsquerschnitten kann in der verfügbaren Zeit, in der jeder der Strömungskanäle mit der der Niederdruckseite zugeordneten Steueröffnung verbunden ist, der entsprechende Zylinder nicht voll gefüllt v/erden. Beim nachfolgenden Füllen der Zylinder von der der Hochdruckseite zugeordneten Steueröffnung im Steuerspiegel her entstehen dann Leistungsverluste, Geräusche und Kavitationsschäden am Zylinderkörper und an den Steuerflächen.With the means used here, the cylinder volume should be advanced by applying post-expansion or pre-compression the opening of the cylinders, the generation of pressure oscillations and mechanical vibrations in the pump are reduced. It has been shown, however, that with those required today and the high speeds adjusted to the diesel engine speeds, the usual control times of the known axial piston pumps no longer sufficient. With the necessarily small flow cross-sections, in the time available, each of the flow channels is connected to the control opening assigned to the low-pressure side, the corresponding cylinder is not fully filled v / earth. During the subsequent filling of the cylinders from the control opening in the control plate assigned to the high pressure side This then results in power losses, noise and cavitation damage on the cylinder body and on the control surfaces.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenpumpe der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der auch bei extrem hohen Drehzahlen die Zylinder infolge der Steuerspiegelausbildung derart gut gefüllt werden, dass beimThe invention is therefore based on the object of an axial piston pump To create of the type mentioned, in which the cylinder due to the control plate training even at extremely high speeds so well filled that when
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Aufsteuern an der der Hochdruckseite zugeordneten Steueröffnung die Rückstreuung in den Zylinder höchstens auf diejenige rlenge beschränkt, die zum Komprimieren des Zylinderinhalts auf den Förderdruck nötig ist.Open the control opening assigned to the high pressure side the backscattering into the cylinder is at most to that rlenge limited to compressing the cylinder contents to the Delivery pressure is necessary.
Dies v:ird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass der Öf f nur: gsdrehwinkelber eich, in dem jeder der Strömungskanäie mit der der ITiederdruckseite zugeordneten Steueröffnung verbunden ist, sich um mindestens 5° über die durch die untere Kolbentotpunktlage definierte Winkelstellung hinaus erstreckt.This is achieved according to the invention in that the Öf f only: angle of rotation range in which each of the flow channels is connected to the control opening assigned to the low pressure side is to move at least 5 ° above that through the lower Piston dead center position also extends defined angular position.
Das hat den Vorteil, dass der Zylinderraum vor dem Abschliessen von der der iliederdruckseite zugeordneten Steueröffnung durch den bereits v/ieder aus schieb end en Kolben soweit verkleinert wird, dass alle zunächst noch verbliebenen Hohlräume aufgefüllt werden. Ausserdem wird durch den vergrösserten Cffnungsdrehwinkelbereich erreicht, dass eine Ausgleichsströmung auftreten kann, die unter Ausnutzung der dem einströmenden Fördermedium innewohnenden kinetischen Energie den Zylinderraum besser befüllt.This has the advantage that the cylinder space is closed before it is locked from the control opening assigned to the low-pressure side reduced in size by the piston that has already pushed out again that all cavities initially remaining are filled. In addition, the enlarged Opening angle of rotation range achieves that a compensating flow can occur, which takes advantage of the kinetic energy inherent in the inflowing pumped medium into the cylinder space better filled.
Eine besonders vorteilhafte Ausbildung ergibt sich, wenn die . Steuerkanten der Strömungskanäle und zumindest diejenige Steuerkante der der Kiederdruckseite zugeordneten Steueröffnung sich beim Absteuern über die volle Breite der Steueröffnungen decken. Hierdurch wird erreicht, dass bis zum Absteuern ein möglichst grosser Strömungscuerschnitt zur Yerfüguri steht.A particularly advantageous training results when the. Control edges of the flow channels and at least that control edge of the control opening assigned to the lower pressure side coincide over the full width of the control openings when steering off. This achieves that until the steering wheel is turned off the largest possible flow cross-section to the Yerugturi stands.
Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in der Zeichnung wiedergegeben.Embodiments of the subject matter of the invention are in Drawing reproduced.
Diese zeigt inThis shows in
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Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Axialkolbenpumpe, Fig. 2 einen Querschnitt durch die Axialkolbenpumpe der1 shows a longitudinal section through an axial piston pump, FIG. 2 shows a cross section through the axial piston pump of the
Fig. 1 entlang Linie H-II, Fig. 3 ein zv;eites Ausführungsbeispiel der SteueröffnungFig. 1 along line H-II, Fig. 3 shows a second embodiment of the control opening
gemäss Fig. 2,
Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel der Steueröffnungaccording to Fig. 2,
4 shows a third embodiment of the control opening
gemäss Fig. 2,
Fig. 5 ein viertes Ausführungsbeispiel gernäss Fig. 2.according to Fig. 2,
FIG. 5 shows a fourth exemplary embodiment according to FIG. 2.
Das topfförmige Gehäuse 1 einer Axialkolbenpumpe hat einen Innenraun 2, der durch einen Deckel 3 verschlossen ist. In Längsrichtung sind im Innenraum 2 des Gehäuses Wälzlager 4, 5 angeordnet; das Lager 4 liegt im Boden, das Lager 5 in Deckel des Gehäuses. In den Lagern ist eine Antriebswelle 6 gelagert, deren eines Ende durch den Deckel 3 hindurchgeführt ist. Der Innenraum des Gehäuses ist durch eine Wellendichtung 7 nach aussen abgedichtet. Die Welle 6 hat in einem Bereich nahe dem Wälzlager 5 einen verstärkten Bund 8, an dessen Umfang eine Nitnehmerverbindung 9 etwa in Form einer Keilnutenverzahnung angeordnet ist. Im Innenraum 2 des Gehäuses befindet sich ein Zylinderkörper 10, der eine inittige Bohrung 11 hat, durch die sich die Antriebswelle 6 erstreckt. An der dem Lager 5 zugewandten Stirnseite hat der Zylinderkörper 10 einen halsförmigen Fortsatz 12, der an seiner Bohrungsseite das Gegenstück zur Mitnehmerverbindung 9 der Antriebswelle 6 trägt. Auf einem zu seiner Drehachse konzentrischen Kreis sind im Zylinderkörper 10 achsparallel verlaufende Zylinder 14 angeordnet.The cup-shaped housing 1 of an axial piston pump has a Inner space 2, which is closed by a cover 3. In Rolling bearings 4, 5 are arranged in the interior 2 of the housing in the longitudinal direction; the bearing 4 is in the ground, the bearing 5 in Cover of the housing. A drive shaft 6 is mounted in the bearings, one end of which is passed through the cover 3 is. The interior of the housing is sealed from the outside by a shaft seal 7. The shaft 6 has in one area near the roller bearing 5 a reinforced collar 8 on the circumference a driver connection 9 approximately in the form of a spline toothing is arranged. In the interior 2 of the housing there is a cylinder body 10 which has a central bore 11, through which the drive shaft 6 extends. On the end face facing the bearing 5, the cylinder body 10 has a Neck-shaped extension 12, which on its bore side is the counterpart to the driver connection 9 of the drive shaft 6 wearing. On a circle concentric to its axis of rotation, there are axially parallel cylinders in the cylinder body 10 14 arranged.
In jedem Zylinder 14 ist ein Kolben 15 dicht und gleitend geführt. An seinem aus dem Zylinder herausragenden Ende hat jeder Kolben einen Kugelkopf 16, der in einer Kugelpfanne eines Gleitschuhs 18 gelagert ist. An dessen Sohle ist ein hydrostatisches Lager 19 ausgebildet, das durch einen Durch-In each cylinder 14, a piston 15 is sealed and slidable guided. At its end protruding from the cylinder, each piston has a ball head 16 which is in a ball socket a slide shoe 18 is mounted. A hydrostatic bearing 19 is formed on its sole, which is supported by a
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gang im Kolben 14- mit unter Druck stehendem Fördermittel versorgt wird.gear in the piston 14- supplied with pressurized conveying medium will.
Die Gleitschuhe 18 legen sich gegen eine im Innenraum 2 nahe dein Wälzlager 5 angeordnete und mit einer Gleitbahn versehene Schiefscheibe 20, durch die die Welle 6 hindurchgeführt ist. Eine ITiederhalterscheibe 21, die ebenfalls wie die Schiefscheibe ringförmig ausgebildet ist, hält die Gleitschuhe 18 in gleitender Berührung mit der Schiefscheibe 20.The sliding shoes 18 lie against a roller bearing 5 arranged in the interior 2 near the roller bearing and provided with a sliding path Swash plate 20 through which the shaft 6 is passed. A hold-down disk 21, which, like the swash plate is annular, holds the sliding shoes 18 in sliding contact with the swash plate 20.
Auf die kugelkalottenförnige Innenfläche am Innendurchmesser der ITiederhalterscheibe 21 legt sich ein Druckring 22 mit seiner kugelkalottenförnigen Aussenflache. Hit seiner ebenen, dem Zylinderkörper 10 zugewandten Seite liegt der Druckring 22 gegen eine axiale Anlagefläche am halsförmigen Fortsatz 12 des Zylinderkörpers 10. In dem von der Bohrung 11 und der Antriebswelle 6 gebildeten Ringraum ist eine Feder 23 angeordnet, die sich über Druckringe 24, 25 einerseits am Bund 8 der Antriebswelle 6 und andererseits im Zylinderkörper 10 abstützt.A pressure ring 22 also lies on the spherical cap-shaped inner surface on the inner diameter of the hold-down disk 21 its spherical cap-shaped outer surface. Hit his planes, the side facing the cylinder body 10, the pressure ring 22 rests against an axial contact surface on the neck-shaped extension 12 of the cylinder body 10. In the annular space formed by the bore 11 and the drive shaft 6, a spring 23 is arranged, which are located via pressure rings 24, 25 on the one hand on the collar 8 of the drive shaft 6 and on the other hand in the cylinder body 10 supports.
Hit seiner der Schiefscheibe 20 abgewandten Stirnfläche 26 liegt der Zylinderkörper 10 gegen den Steuerspiegel 27 eines Steuerspiegelkörpers 28, der am Boden des Gehäuses 1 angeordnet ist. Im Steuerspiegel 28 sind in bekannter Weise ausgebildete schlitzförmige Steueröffnungen 29, 30 angeordnet, die nit den Zu- und Ablauf für das Fördermedium in Verbindung stehen.When its end face 26 facing away from swash plate 20, cylinder body 10 lies against control plate 27 a control mirror body 28, which is arranged on the bottom of the housing 1. In the control mirror 28 are in a known manner formed slot-shaped control openings 29, 30 arranged, which are not connected to the inlet and outlet for the pumped medium.
Vom Boden eines jeden Zylinders 14 geht ein Strömungskanal 31 für das Füllen und Entleeren der Zylinder mit Fördermedium aus, welcher in der mit dem Steuerspiegel 27 zusammenarbeitendenA flow channel 31 extends from the bottom of each cylinder 14 for filling and emptying the cylinder with the conveying medium, which in the working with the control plate 27
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Stirnfläche 26 des Zylinderkörpers 10 nündet. Der Kanal -31 ist zylinderförnig susgebildet. Die Leitkurve des zylinder-.förmigen Kanals 31 besteht aus zv;ei zur Punpendrehach.se konzentrischen Kreisbögen, die durch zv/ei Halbkreise 32, 33 verbunden sind, d.h. der Kanal hat einen Querschnitt der beschriebenen Form. An der Mündung jedes Strönungskanals 31 bilden die Halbkreise 32, 33 die Steuerkanten (in Fig. 2 strichpunktiert dargestellt).End face 26 of the cylinder body 10 ends. The channel -31 is shaped like a cylinder. The leading curve of the cylindrical .shaped Channel 31 consists of zv; egg concentric to the Punpendrehach.se Arcs of a circle which are connected by two semicircles 32, 33, i.e. the channel has a cross-section as described Shape. Form each flow channel 31 at the mouth the semicircles 32, 33 the control edges (shown in phantom in Fig. 2).
Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass die beiden Steueröffnungen 29» 30 symmetrisch ausgebildet sind, dass sie aber gegenüber der durch die Kolbentotpunktlagen definierten Linie 34- verdreht sind. Sie sind in dem Sinne verdreht, dass der öffnungsdrehwinkelbereich, in dem jeder der Strömungskanäle 31 mit der der Niederdruckseite zugeordneten Steueröffnung 29 verbunden ist, sich um 5° ··· 20° über die durch die untere Kolbentotpunktlage 34/UT definierte Winkelstellung hinaus erstreckt. Der in Fig. 2 strichpunktiert eingezeichnete Strömungskanal 31 ist genau in dem Punkt dargestellt, in dem er von der der Niederdruckseite zugeordneten Steueröffnung 29 abgesteuert worden ist.From Fig. 2 it can be seen that the two control openings 29 »30 are symmetrical, but that they are opposite the line 34- defined by the piston dead center positions are. They are twisted in the sense that the opening angle of rotation range, in which each of the flow channels 31 is connected to the control opening 29 assigned to the low-pressure side extends by 5 ° ··· 20 ° beyond the angular position defined by the lower piston dead center position 34 / UT. The flow channel shown in phantom in FIG. 2 31 is shown exactly at the point at which it is controlled by the control opening 29 assigned to the low-pressure side has been.
Wird der Zylinderkörper 10 über die Antriebswelle 6 von einem nicht dargestellten Motor angetrieben, so vollführen die Kolben 15 in den Zylindern 14 den allgemein bekannten Punpvorgang, auf dessen Beschreibung hier verzichtet wird. Durch die verdrehte Anordnung insbesondere der der Niederdruckseite zugeordneten Steueröffnung 29 wird erreicht, dass der Zylinderraum 14 über den Strömungskanal 31 so lange mit der Niederdruckseite der Pumpe verbunden ist, bis der Kolben 15 den unteren Totpunkt um 5° ··· 20° überschritten hat und bereits viieder eine ausschiebende Bewegung vollführt. Dadurch wird bewirkt, dass evtl. verbliebene, ungenügend gefüllteIf the cylinder body 10 via the drive shaft 6 of a Driven motor, not shown, the pistons 15 in the cylinders 14 perform the well-known pumping process, the description of which is dispensed with here. Due to the twisted arrangement, especially that of the low-pressure side associated control opening 29 is achieved that the cylinder chamber 14 via the flow channel 31 so long is connected to the low-pressure side of the pump until the piston 15 has exceeded the bottom dead center by 5 ° ··· 20 ° and already four of them are performing a pushing-out movement. Through this the effect is that any remaining, insufficiently filled
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Hohlräume in Zylinder 14- durch die von Kolben verdrängte Flüssigkeit aufgefüllt werden. Ausserden verbleibt ein längerer .Zeitraun, in den die kinetische Energie der von der Hiederdruckleitung zur Pompe strönenden Flüssigkeit zum besseren Füllen der Zylinder ausgenutzt werden kann. Die Hassnahmen bewirken also eine erhebliche Verbesserung der Saugleistung der Pumpe, eine Verlängerung der Lebensdauer durch Vermeidung von Kavitationsschäden und einen günstigen Einfluss auf die Geräuschentwicklung. Cavities in cylinder 14- displaced by the piston Liquid to be replenished. In addition, there remains a longer period of time in which the kinetic energy of the low-pressure line to the pompous liquid for better filling the cylinder can be used. The hate speech thus causes a considerable improvement in the suction performance of the pump, an extension of the service life by avoiding cavitation damage and a favorable influence on the noise development.
Eine weitere Verbesserung lässt sich erreichen, wenn die Steuerkanten der Strönungskanäle 31' (Fig. 3) - zumindest die Steuerkante 32' an der Absteuerseite - sich mit der entsprechenden Steuerkante der der Niederdruckseite zugeordneten Steueröffnung 29' über die volle Breite der Steueröffnung deckt. Ist also die Steuerkante 32' wie an sich bekannt konkav halbkreisförmig gebildet, so erfordert dies eine konvex kreisförnig ausgebildete Steuerkante sn der Steueröffnung 23'. Durch diese Kassnahne stehen auch noch kurz vor dem Absteuern des Strönungskanals 31! von der der Niederdruckseite zugeordneten Steueröffnung 29' beträchtlich grössere Strömungsquerschnitte zur Verfügung als bei der Ausbildung der Steuerkanten nach dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel, was die Füllung der Zylinder begünstigt. Es hat sich nämlich gezeigt, dass trotz der niederen Kolbengeschv/indigkeiten die Strömungsgeschwindigkeiten und damit auch die Ansaugwiderstände bei der bisher üblichen Ausbildung der Steuerkanten nach Fig. 2 kurz vor den unteren Totpunkt besonders gross sind.A further improvement can be achieved if the control edges of the flow channels 31 '(FIG. 3) - at least the control edge 32' on the control side - coincides with the corresponding control edge of the control opening 29 'assigned to the low-pressure side over the full width of the control opening. If the control edge 32 'is concave, semicircular, as is known per se, this requires a convex circular control edge sn of the control opening 23'. With this cash desk you are also about to shut down the flow channel 31 ! considerably larger flow cross-sections are available from the control opening 29 'assigned to the low-pressure side than when the control edges are formed according to the embodiment shown in FIG. 2, which favors the filling of the cylinders. It has been shown that, despite the low piston speeds, the flow speeds and thus also the suction resistances in the conventional design of the control edges according to FIG. 2 are particularly high shortly before bottom dead center.
In Fig. 4- ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Steuerkanten dargestellt. Hier äst die Mündung des Strömungskanals 31" an ihrer Absteuerseite nit einer geraden, radial verlaufendenIn Fig. 4- is another embodiment of the control edges shown. Here, the mouth of the flow channel 31 ″ at its diverting side has a straight, radially extending one
-.8 309836/0131 -.8 309836/0131
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Steuerkante 32" versehen. Entsprechend ist auch die der ITiederdruckseite zugeordnete Steueröffnung 29" ausgebildet. Auch, diese ist mit einei" geraden radial verlaufenden Steuerkante versehen. Control edge 32 "is provided. That of the low-pressure side is also corresponding associated control opening 29 ″. This is also provided with a straight, radially extending control edge.
In Fig. 5 ist ein Schnitt durch eine Axialkolbenpumpe entsprechend Fig. 2 dargestellt. Hier ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die der Niederdruckseite zugeordnete Steueröffnung 49 derart auch an ihrer Einlaufseite verlängert ist, dass der öffnungsdrehv.inkelbereich etwa 5 vor der durch die obere Kolbentotpunktlage 34/OT definierten Winkelstellung beginnt. Natürlich muss bei diesen Ausführungsbeispiel die der Hochdruckseite zugeordnete Steueröffnung 50 entsprechend verkürzt ausgeführt werden. Durch diese Massnahmen wird der öffnungsdrehwinkelbereich, in dem die zu den Zylindern 14 führenden Strömungskanäle mit der der Niederdruckseite zugeordneten Steueröffnung verbunden sind, gegenüber den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen noch wesentlich vergrössert. Dieses Ausführungsbeispiel gestattet, dass für Bereiche hoher Grenzdrehzahlen bei niedrigen Eingangsdrücken an der Pampe die Zylinderräume noch gut gefüllt werden, obwohl sich das Geschwindigkeit sprofil im Punkt der höchsten Kolbengeschwindigkeit nicht mehr voll ausbilden kann.In Fig. 5 is a section through an axial piston pump Fig. 2 shown. Another exemplary embodiment is shown here, in which the control opening assigned to the low-pressure side 49 is extended in this way also on its inlet side, that the opening angle of rotation range is about 5 in front of the through the upper piston dead center position 34 / OT defined angular position begins. Of course, in this exemplary embodiment, the control opening 50 assigned to the high pressure side must be shortened accordingly are executed. By means of these measures, the opening angle of rotation range in which the cylinders 14 leading to Flow channels are connected to the control opening assigned to the low-pressure side, compared to the previously described Embodiments still significantly enlarged. This embodiment allows that for ranges of high limit speeds at low inlet pressures at the Pampe the cylinder chambers are still well filled, although the speed increases profile can no longer fully develop at the point of the highest piston speed.
Natürlich können auch bei diesem Ausführungsbeispiel die in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiele der Steuerkanten angewendet werden.Of course, the exemplary embodiments shown in FIGS. 3 and 4 can also be used in this exemplary embodiment Control edges are applied.
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