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Technisches Gebiet
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Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung beziehen sich allgemein auf Vorrichtungen und Verfahren von thermographischen Messungen.
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Hintergrund
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Wärmebildkameras haben im Vergleich mit handelsüblichen optischen Kameras (zum Beispiel Digitalkameras) oft eine geringere Auflösung. Man unterscheidet zwei Systeme voneinander. Zum einen gibt es gekühlte Wärmebildkameras, welche eine verhältnismäßig hohe Auflösung aufweisen können. Zum anderen gibt es ungekühlte Wärmebildkameras, welche meist eine geringere Auflösung aufweisen. Einhergehend mit der aufwendigen Kühlung, um höhere Auflösungen zu erreichen, sind die gekühlten Kameras meist deutlich teurer und aufwändig in der Anwendung, sodass deren Anwendung oft vermieden werden soll.
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Insbesondere bei thermographischen Messungen von großen Objekten sind ungekühlte Wärmebildkameras allerdings oft deswegen nachteilhaft, da diese eine zu geringe Auflösung aufweisen, um kleinflächige technische Effekte, wie zum Beispiel Abkühlvorgänge oder Wärmeentwicklung durch Schad- oder Fehlerstellen, ausreichend aufgelöst darzustellen. Daher besteht ein Bedarf, thermographische Messungen bei gleichzeitig vernünftigen Kosten zu verbessern.
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Zusammenfassung
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Ein Ausführungsbeispiel einer Bildaufnahmevorrichtung für thermographische Messungen umfasst eine Wärmebildkamera und eine Führung für die Wärmebildkamera, die ausgebildet ist, eine Vielzahl von Einzelaufnahmen von Teilbereichen eines Objektes von unterschiedlichen Positionen entlang der Führung aus jeweils derselben Perspektive mittels der Wärmebildkamera zu ermöglichen.
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Ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens für thermographische Messungen, umfasst ein Bewegen einer Wärmebildkamera entlang einer Führung relativ zu einem Messobjekt, Aufnehmen einer Vielzahl von Einzelaufnahmen aus einer Vielzahl von Positionen entlang der Führung von jeweils Teilbereichen des Messobjekts aus derselben Perspektive, und Zusammenfügen der Vielzahl der aufgenommenen Einzelaufnahmen der Wärmebildkamera zu einem Gesamtbild.
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Die Führung kann ein präzises Positionieren der Wärmebildkamera entlang der Führung ermöglichen. Dadurch wird es zum Beispiel ermöglicht, das Messobjekt in mehrere Bereiche zu unterteilen, von denen jeweils einzelne Aufnahmen gemacht werden, die im Anschluss zu einem Gesamtbild zusammengesetzt werden. Des Weiteren kann die Wärmebildkamera alternativ auch während einer kontinuierlichen Bewegung derselben mit beispielsweise konstanter Geschwindigkeit Sequenzen von mehreren Bildern (Videos) aufnehmen, aus denen im Anschluss die gewünschten Einzelaufnahmen ausgewählt werden können. Durch das Erzeugen der Teilbilder aus jeweils dieselbe Perspektive aus verschiedenen Positionen kann das Zusammensetzen mit geringen Fehlern und dabei aufwandsgünstig erfolgen. Dadurch kann eine ausreichende Qualität des Gesamtbildes erreichen werden, die es beispielsweise erlaubt, Untersuchungen mit der erforderlichen Auflösung auch an ausgedehnten Objekten durchzuführen.
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Figurenliste
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Einige Beispiele von Vorrichtungen und Verfahren werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren lediglich beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1 den Aufbau einer Bildaufnahmevorrichtung für thermographische Messungen; und
- 2 ein Flussdiagramm, das die Schritte zum Verfahren für thermographische Messungen in veranschaulicht.
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Beschreibung
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Verschiedene Beispiele werden nun ausführlicher Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren beschrieben, in denen einige Beispiele dargestellt sind. In den Figuren können die Stärken von Linien, Schichten und/oder Bereichen zur Verdeutlichung übertrieben sein.
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Während sich weitere Beispiele für verschiedene Modifikationen und alternative Formen eignen, sind dementsprechend einige bestimmte Beispiele derselben in den Figuren gezeigt und werden nachfolgend ausführlich beschrieben. Allerdings beschränkt diese detaillierte Beschreibung weitere Beispiele nicht auf die beschriebenen bestimmten Formen. Weitere Beispiele können alle Modifikationen, Entsprechungen und Alternativen abdecken, die in den Rahmen der Offenbarung fallen. Gleiche oder ähnliche Bezugszeichen beziehen sich in der gesamten Beschreibung der Figuren auf gleiche oder ähnliche Elemente, die bei einem Vergleich miteinander identisch oder in modifizierter Form implementiert sein können, während sie die gleiche oder eine ähnliche Funktion bereitstellen.
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Es versteht sich, dass, wenn ein Element als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, die Elemente direkt, oder über ein oder mehrere Zwischenelemente, verbunden oder gekoppelt sein können. Wenn zwei Elemente A und B unter Verwendung eines „oder“ kombiniert werden, ist dies so zu verstehen, dass alle möglichen Kombinationen offenbart sind, d. h. nur A, nur B sowie A und B, sofern nicht explizit oder implizit anders definiert. Eine alternative Formulierung für die gleichen Kombinationen ist „zumindest eines von A und B“ oder „A und/oder B“. Das Gleiche gilt, mutatis mutandis, für Kombinationen von mehr als zwei Elementen.
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Die Terminologie, die hier zum Beschreiben bestimmter Beispiele verwendet wird, soll nicht begrenzend für weitere Beispiele sein. Wenn eine Singularform, z. B. „ein, eine“ und „der, die, das“ verwendet wird und die Verwendung nur eines einzelnen Elements weder explizit noch implizit als verpflichtend definiert ist, können weitere Beispiele auch Pluralelemente verwenden, um die gleiche Funktion zu implementieren. Wenn eine Funktion nachfolgend als unter Verwendung mehrerer Elemente implementiert beschrieben ist, können weitere Beispiele die gleiche Funktion unter Verwendung eines einzelnen Elements oder einer einzelnen Verarbeitungsentität implementieren. Es versteht sich weiterhin, dass die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „aufweist“ und/oder „aufweisend“ bei Gebrauch das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Prozesse, Elemente, Komponenten und/oder einer Gruppe derselben präzisieren, aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Prozesse, Elemente, Komponenten und/einer Gruppe derselben ausschließen.
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Sofern nicht anderweitig definiert, werden alle Begriffe (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe) hier in ihrer üblichen Bedeutung auf dem Gebiet verwendet, zu dem Beispiele gehören.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Bildaufnahmevorrichtung 100. Die Bildaufnahmevorrichtung 100 umfasst eine Wärmebildkamera 200 und eine Führung 300 für eine Wärmebildkamera 200. Die Führung ist ausgebildet, eine Vielzahl von Einzelaufnahmen von Teilbereichen eines Objektes 400 von unterschiedlichen Positionen entlang der Führung 300 aus jeweils derselben Perspektive mittels der Wärmebildkamera 200 zu ermöglichen.
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Durch die Führung 300 kann die Wärmebildkamera 200 Einzelaufnahmen von Teilbereichen des Messobjekts 400 sowie Sequenzen von mehreren Bildern (Videos) aufnehmen, aus denen im Anschluss die gewünschten Einzelaufnahmen ausgewählt werden können, jeweils aus derselben Perspektive aufnehmen, um diese anschließend zu einem Gesamtbild zusammenzufügen, welches die erforderliche Qualität aufweist, um kleinflächige Effekte darzustellen. Im zusammengefügten Gesamtbild stimmt nicht nur die Perspektive der Einzelaufnahmen überein, sondern auch die entsprechenden Entfernungen von Wärmebildkamera 200 zum Messobjekt 400. Es ergibt sich dadurch ein relativ unkompliziertes Verfahren, ein solches Gesamtbild eines Messobjekts 400 zu erstellen.
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Die Führung 300 für die Wärmebildkamera 200 kann als quasistationären Aufbau eine Seilführung realisiert sein, mittels der die Wärmebildkamera 200 parallel zum Messobjekt 400 verfahren werden kann, sodass diese Einzelaufnahmen von unterschiedlichen Positionen mit derselben Perspektive, beziehungsweise eine Sequenz von mehreren Bildern (Video) aufnehmen kann, welche in einem Postprozess sortiert und aneinandergefügt werden können.
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Wie in 1 dargestellt, kann ein solches quasi stationäres Seilsystem zwischen zwei Fixpunkten linear verlaufen und aus einem oder mehreren Seilen bestehen. Die beiden Fixpunkte können dabei aus extra aufgestellten Masten, Bäumen oder parkenden Fahrzeugen bestehen. Die Halterung, welche mit der Wärmebildkamera 200 verfährt, kann über einen Antrieb (zum Beispiel eine Antriebseinheit 210) verfügen, der einen gleichmäßigen Vorschub erlaubt, sowie über eine aktive (motorunterstützt) oder passive (durch Gewichtskraft) kardanische Aufhängung, um Schwenkbewegungen auf das Seil ausgleichen zu können. Ebenfalls kann ein Balancer dazu dienen, die Wärmebildkamera 200 in Waage zu halten.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Wärmebildkamera 200 eine Antriebseinheit 210 aufweisen, die zum Bewegen der Wärmebildkamera 200 entlang der Führung 300 benötigt wird. Die Antriebseinheit 210 sorgt beispielsweise für einen gleichmäßigen Vorschub, wodurch die Wärmebildkamera 200 mit konstanter Geschwindigkeit entlang der Führung 300 bewegt werden kann und sowohl in äquidistanten Schritten, als auch kontinuierlich Einzelbilder von Teilbereichen des Messobjekts 400 aufnehmen kann. Diese Antriebseinheit 210 ist nicht auf eine bestimmte Art von Motor beschränkt. Die Antriebseinheit 210 kann ein Elektromotor oder ein Verbrennungsmotor sein, der optional auch mit Hilfe eines auf einem Computer installierten Programms oder einer Fernsteuerung gesteuert werden kann; es kann sich allerdings auch um eine durch den Benutzer manuell beschleunigende Vorrichtung handeln.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Wärmebildkamera 200 eine Bildrekonstruktionseinheit 220 aufweisen, die die Vielzahl der aufgenommenen Einzelaufnahmen der Wärmebildkamera 200 zu einem Gesamtbild zusammenfügen kann. Die Bildrekonstruktionseinheit 220 kann so implementiert werden, dass die Wärmebildkamera 200 nach Aufnahme der Einzelaufnahmen direkt mit Hilfe eines Programmcodes, der auf einem Prozessor 221 ausgeführt werden kann, ein Gesamtbild aus den Einzelaufnahmen erzeugen kann. Alternativ kann die Bildrekonstruktionseinheit 220 in einem externen Computer die Erzeugung des Gesamtbildes zu einem beliebigen Zeitpunkt nach der Aufnahme der Einzelaufnahmen durchführen, sodass die Einzelaufnahmen zunächst auf einer Speichereinheit gespeichert werden, oder direkt per Funkübertragung, wie zum Beispiel über Telemetrie, WIFI oder Bluetooth übermittelt werden.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Wärmebildkamera 200 mit einer optischen Kamera 230 (zum Beispiel mit einer handelsübliche Digitalkamera) zur Aufnahme von optischen Aufnahmen kombiniert werden, wodurch sich potentielle Schadstellen, Verschmutzungen oder ähnliche Störeinflüsse an den betreffenden kleinflächigen Stellen des Messobjekts besser identifizieren lassen.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann ein Schienensystem als mechanische Führung 300 für die Wärmebildkamera 200 verwendet werden. Dieses kann aus einer Schiene, die relativ zum Messobjekt 400 angeordnet ist, und einem sich entlang der Schiene bewegenden Schienenschlitten, auf dem die Wärmebildkamera 200 montiert werden kann, bestehen.
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Verglichen beispielsweise mit der Verwendung von Drohnen, die eine Kamera relativ zum Messobjekt bewegen könnten, ist bei Seil- und Schienensystemen die Genauigkeit der Positionierung höher als bei der Verwendung von Drohnen, die selbst im Idealfall von windstillen Bedingungen durch die Genauigkeit der GPS Ortung auf einige Dezimeter beschränkt ist. Ferner ist die Einhaltung der Drohnenverordnung vom 07.04.2017 nicht erforderlich, die ein Flugverbot in Abständen <100m von energieerzeugenden Einheiten, Bundesschifffahrtsstraßen, Naturschutzgebieten und vielem mehr vorsieht. Dasselbe gilt auch für eine vorgeschriebene maximale Flughöhe von 100m. Eine Drohne, die zudem groß genug wäre, um eine entsprechend hochqualitative Wärmebildkamera zu transportieren, erfordert darüber hinaus einen durch das Luftfahrt-Bundesamt anerkannten Kenntnisnachweis und gegebenenfalls weitere Aufstiegsgenehmigungen durch die jeweils zuständige Flugsicherungsbehörde.
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In 2 wird ein Beispiel für ein Verfahren für thermographischen Messungen in einem Flussdiagramm beschrieben. Ein solches Verfahren umfasst hierbei Schritt 502, das Bewegen einer Wärmebildkamera entlang einer Führung relativ zum Messobjekt, Schritt 504, das Aufnehmen einer Vielzahl von Wärmebildaufnahmen aus einer Vielzahl von Positionen entlang der Führung von jeweils Teilbereichen des Messobjekts aus derselben Perspektive. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt 506, das Zusammenfügen der Vielzahl der aufgenommenen Einzelaufnahmen der Wärmebildkamera zu einem Gesamtbild. Als optionaler Schritt kann neben Schritt 504 Schritt 504a folgen, bei dem das Aufnehmen optischer Aufnahmen an der Vielzahl der Positionen durchgeführt werden kann.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann eine Bildrekonstruktion durchgeführt werden, wodurch die Vielzahl der aufgenommenen Einzelaufnahmen der Wärmebildkamera zu einem Gesamtbild zusammengefügt werden kann. Direkt nach Aufnahme der Einzelaufnahmen kann mit Hilfe eines Programmcodes, der einem Prozessor ausgeführt werden kann, ein Gesamtbild aus den Einzelaufnahmen erzeugt werden. Alternativ kann die Erzeugung des Gesamtbildes zu einem beliebigen Zeitpunkt nach der Aufnahme der Einzelaufnahmen durchgeführt werden, sodass die Einzelaufnahmen zunächst nur abgespeichert werden.
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In einem Beispiel zum Verfahren für thermographische Messungen wird das Bewegen der Wärmebildkamera in äquidistanten Schritten oder kontinuierlich mit konstanter Geschwindigkeit durchgeführt. Hierbei kann die Anzahl der Schritte und die Größe der Teilbereiche gemäß der Größe des Messobjektes angepasst werden.
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Bei einem weiteren Beispiel zum Verfahren für thermographischen Messungen weist dieses das ergänzende Aufnehmen von optischen Aufnahmen an der Vielzahl der Positionen auf.
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Ein anderes Beispiel umfasst das Bereitstellen einer Führung für die Wärmebildkamera.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Messobjekt eine Windenergieanlage. Alternativ kann das Messobjekt auch eine beliebige große Maschine oder ein Gebäude sein.
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Handelt es sich beim Messobjekt um eine Windenergieanlage, kann das Kamerasystem beispielsweise parallel zur Rotorebene verfahren, während sich die Windenergieanlage in Betrieb befindet, wodurch sich die Rotorblätter nacheinander durch den Bildausschnitt bewegen. Durch die Drehung des Rotors und das gleichzeitige parallele Verfahren zur Rotorebene erhält man gleichmäßige Aufnahmen der Rotorblattsegmente, welche später sortiert und zu einem Gesamtbild für je ein Rotorblatt zusammengefügt werden können. Die thermographische Kamera kann mit einer handelsüblichen Digitalkamera mit Aufnahmefunktion kombiniert werden, um Schadstellen, Verschmutzungen oder ähnliche Störeinflüsse besser identifizieren zu können.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist ein Computerprogramm mit einem Programmcode, der, wenn er auf einem Prozessor ausgeführt wird, die Durchführung des Verfahrens für eine thermographische Messung bewirkt.
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Der Prozessor, auf dem ein Programmcode ausgeführt wird, kann eine CPU, ein Computer im allgemeinen Sinne oder ein - zum Beispiel in der Wärmebildkamera implementierter - Rechner sein.
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Die Aspekte und Merkmale, die zusammen mit einem oder mehreren der vorher detaillierten Beispiele und Figuren beschrieben sind, können auch mit einem oder mehreren der anderen Beispiele kombiniert werden, um ein gleiches Merkmal des anderen Beispiels zu ersetzen oder um das Merkmal in das andere Beispiel zusätzlich einzuführen.
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Beispiele können weiterhin ein Computerprogramm mit einem Programmcode zum Ausführen eines oder mehrerer der obigen Verfahren sein oder sich darauf beziehen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder Prozessor ausgeführt wird. Schritte, Operationen oder Prozesse von verschiedenen, oben beschriebenen Verfahren können durch programmierte Computer oder Prozessoren ausgeführt werden. Beispiele können auch Programmspeichervorrichtungen, z. B. Digitaldatenspeichermedien und Flashspeichermedien, wie zum Beispiel SD-Speicherkarten oder USB-Sticks, abdecken, die maschinen-, prozessor- oder computerlesbar sind und maschinenausführbare, prozessorausführbare oder computerausführbare Programme von Anweisungen codieren. Die Anweisungen führen einige oder alle der Schritte der oben beschriebenen Verfahren aus oder verursachen deren Ausführung. Die Programmspeichervorrichtungen können z. B. Digitalspeicher, magnetische Speichermedien wie beispielsweise Magnetplatten und Magnetbänder, Festplattenlaufwerke oder optisch lesbare Digitaldatenspeichermedien umfassen oder sein. Weitere Beispiele können auch Computer, Prozessoren oder Steuereinheiten, die zum Ausführen der Schritte der oben beschriebenen Verfahren programmiert sind, oder (feld-)programmierbare Logik-Arrays ((F)PLAs = (Field) Programmable Logic Arrays) oder (feld-)programmierbare Gate-Arrays ((F)PGA = (Field) Programmable Gate Arrays), die zum Ausführen der Schritte der oben beschriebenen Verfahren programmiert sind, abdecken.
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Durch die Beschreibung und Zeichnungen werden nur die Grundsätze der Offenbarung dargestellt. Weiterhin sollen alle hier aufgeführten Beispiele grundsätzlich ausdrücklich nur illustrativen Zwecken dienen, um den Leser beim Verständnis der Grundsätze der Offenbarung und der durch den (die) Erfinder beigetragenen Konzepte zur Weiterentwicklung der Technik zu unterstützen. Alle hiesigen Aussagen über Grundsätze, Aspekte und Beispiele der Offenbarung sowie konkrete Beispiele derselben umfassen deren Entsprechungen.
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Ein als „Mittel zum...“ Ausführen einer bestimmten Funktion bezeichneter Funktionsblock kann sich auf eine Schaltung beziehen, die ausgebildet ist zum Ausführen einer bestimmten Funktion. Somit kann ein „Mittel für etwas“ als ein „Mittel ausgebildet für oder geeignet für etwas“ implementiert sein, z. B. ein Bauelement oder eine Schaltung ausgebildet für oder geeignet für die jeweilige Aufgabe.
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Funktionen verschiedener in den Figuren gezeigter Elemente einschließlich jeder als „Mittel“, „Mittel zum Bereitstellen eines Signals“, „Mittel zum Erzeugen eines Signals“, etc. bezeichneter Funktionsblöcke kann in Form dedizierter Hardware, z. B „eines Signalanbieters“, „einer Signalverarbeitungseinheit“, „eines Prozessors“, „einer Steuerung“ etc. sowie als Hardware fähig zum Ausführen von Software in Verbindung mit zugehöriger Software implementiert sein. Bei Bereitstellung durch einen Prozessor können die Funktionen durch einen einzelnen dedizierten Prozessor, durch einen einzelnen gemeinschaftlich verwendeten Prozessor oder durch eine Mehrzahl von individuellen Prozessoren bereitgestellt sein, von denen einige oder von denen alle gemeinschaftlich verwendet werden können. Allerdings ist der Begriff „Prozessor“ oder „Steuerung“ bei Weitem nicht auf ausschließlich zur Ausführung von Software fähige Hardware begrenzt, sondern kann Digitalsignalprozessor-Hardware (DSP-Hardware; DSP = Digital Signal Processor), Netzprozessor, anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC = Application Specific Integrated Circuit), feldprogrammierbare Logikanordnung (FPGA = Field Programmable Gate Array), Nurlesespeicher (ROM = Read Only Memory) zum Speichern von Software, Direktzugriffsspeicher (RAM = Random Access Memory) und nichtflüchtige Speichervorrichtung (storage) umfassen. Sonstige Hardware, herkömmliche und/oder kundenspezifische, kann auch eingeschlossen sein.
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Ein Blockdiagramm kann zum Beispiel ein grobes Schaltdiagramm darstellen, das die Grundsätze der Offenbarung implementiert. Auf ähnliche Weise können ein Flussdiagramm, ein Ablaufdiagramm, ein Zustandsübergangsdiagramm, ein Pseudocode und dergleichen verschiedene Prozesse, Operationen oder Schritte repräsentieren, die zum Beispiel im Wesentlichen in computerlesbarem Medium dargestellt und so durch einen Computer oder Prozessor ausgeführt werden, ungeachtet dessen, ob ein solcher Computer oder Prozessor explizit gezeigt ist. In der Beschreibung oder in den Patentansprüchen offenbarte Verfahren können durch ein Bauelement implementiert werden, das ein Mittel zum Ausführen eines jeden der jeweiligen Schritte dieser Verfahren aufweist.
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Es versteht sich, dass die Offenbarung mehrerer, in der Beschreibung oder den Ansprüchen offenbarter Schritte, Prozesse, Operationen oder Funktionen nicht als in der bestimmten Reihenfolge befindlich ausgelegt werden soll, sofern dies nicht explizit oder implizit anderweitig, z. B. aus technischen Gründen, angegeben ist. Daher werden diese durch die Offenbarung von mehreren Schritten oder Funktionen nicht auf eine bestimmte Reihenfolge begrenzt, es sei denn, dass diese Schritte oder Funktionen aus technischen Gründen nicht austauschbar sind. Ferner kann bei einigen Beispielen ein einzelner Schritt, Funktion, Prozess oder Operation mehrere Teilschritte, -funktionen, -prozesse oder -operationen einschließen und/oder in dieselben aufgebrochen werden. Solche Teilschritte können eingeschlossen sein und Teil der Offenbarung dieses Einzelschritts sein, sofern sie nicht explizit ausgeschlossen sind.
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Weiterhin sind die folgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wo jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Während jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann, ist zu beachten, dass - obwohl ein abhängiger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine bestimmte Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann - andere Beispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs umfassen können. Solche Kombinationen werden hier explizit vorgeschlagen, sofern nicht angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner sollen auch Merkmale eines Anspruchs für jeden anderen unabhängigen Anspruch eingeschlossen sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch gemacht ist.
