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GEBIET
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Diese Erfindung betrifft das Gebiet der Überwachung und Analyse von Schwingungen von Ausrüstung. Insbesondere betrifft diese Erfindung ein Entfernen der DC-Störkomponente aus Schwingungswellenformdaten.
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EINFÜHRUNG
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Schwingungswellenformen haben, was man als zwei Komponenten klassifizieren könnte. Die erste Komponente ist die so genannte Gleichstrom- oder DC-Komponente, die oft die elektrische Vorspannung des Ausgangsverstärkers, der das Schwingungssignal verstärkt, reflektiert. Die zweite Komponente ist die so genannte Wechselstrom- oder AC-Komponente, die das Schwingungssignal, das durch den Beschleunigungsmesser oder ein anderes Schwingungserfassungsgerät produziert wird, reflektiert. Die AC-Komponente neigt zum Oszillieren um den Pegel der DC-Komponente, welcher Pegel dies auch immer sein mag. In vielen Anwendungen ist die DC-Komponente oft von geringerem Interesse beim Analysieren der Schwingung von überwachter Ausrüstung, während die AC-Komponente von primärem Interesse ist.
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Leider ist es schwierig, zu bestimmen, was genau sich geändert hat, wenn sich die DC-Komponente ändert. Wenn sich zum Beispiel die DC-Komponente plötzlich erhöht, ist es schwierig, zu erkennen, ob die Erhöhung eine Folge der elektrischen Verstärkervorspannung oder einer wesentlichen Änderung des Zustands der AC-Schwingungskomponente ist. Dieses Problem wird vor allem hervorgehoben, wenn sich die DC-Komponente häufig und unregelmäßig ändert.
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Eine solche drastische Verschiebung der DC-Komponente kann während eines oder mehrerer von mehreren gewöhnlichen Ereignissen auftreten. Zum Beispiel kann die reine Platzierung eines Schwingungssensors an der zu überwachenden Ausrüstung eine solche Verschiebung veranlassen. Ebenso kann auch ein harter, physischer Stoß gegen die überwachte Ausrüstung eine solche Verschiebung produzieren. Auf eine andere Weise kann ein Starten oder Stoppen von elektrischer Ausrüstung, die nicht angemessen von dem Schwingungssensor isoliert ist, eine solche Verschiebung erzeugen. Somit können diese problematischen Verschiebungen in den Wellenformdaten durch viele verschiedene Ereignisse und zu verschiedenen Zeiten erzeugt werden.
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Wenn eine schnelle Fourier-Transformation (Fast Fourier Transform, FFT) an der gestörten Wellenform durchgeführt wird, kann das resultierende Frequenzspektrum eine signifikante Menge an störenden Niederfrequenzkomponenten infolge der DC-Störung enthalten. Diese störenden Signale können von dem Techniker als Probleme mit der überwachten Ausrüstung falsch interpretiert werden.
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Darum wird ein System benötigt, das tendenziell mindestens teilweise Probleme wie die oben beschriebenen angeht.
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KURZDARSTELLUNG
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Die obigen und andere Bedürfnisse werden durch ein Verfahren zum Entfernen von DC-Störung in einer Schwingungswellenform durch Empfangen der Schwingungswellenform und Detektieren und Entfernen einer DC-Störkomponente der Schwingungswellenform, sodass im Wesentlichen nur eine AC-Komponente der Schwingungswellenform, die auf einem nicht-flüchtigen, computerlesbaren Medium gespeichert ist, übrig bleibt, erfüllt.
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In verschiedenen Ausführungsformen gemäß diesem Aspekt der Erfindung umfasst der Schritt eines Detektierens der DC-Störkomponente der Schwingungswellenform ein Berechnen eines gleitenden Durchschnitts der Schwingungswellenform und ein Verwenden des gleitenden Durchschnitts als die DC-Komponente der Schwingungswellenform. In manchen Ausführungsformen beinhaltet der Schritt eines Entfernens der DC-Komponente der Schwingungswellenform ein Subtrahieren des gleitenden Durchschnitts der Schwingungswellenform von der Schwingungswellenform. In manchen Ausführungsformen beinhaltet der Schritt eines Empfangens der Schwingungswellenform ein direktes Empfangen der Schwingungswellenform von einem Schwingungssensor. In manchen Ausführungsformen beinhaltet der Schritt eines Empfangens der Schwingungswellenform ein Empfangen der Schwingungswellenform als gespeicherte Daten von einem Speicher.
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In manchen Ausführungsformen beinhaltet der Schritt eines Speicherns der AC-Komponente der Schwingungswellenform ein Speichern der AC-Komponente der Schwingungswellenform in einem Speicher, der sich lokal dort befindet, wo das Detektieren und Entfernen der DC-Komponente der Schwingungswellenform durchgeführt wird. In manchen Ausführungsformen beinhaltet der Schritt eines Speicherns der AC-Komponente der Schwingungswellenform ein Speichern der AC-Komponente der Schwingungswellenform in einem Speicher, der sich von dort entfernt befindet, wo das Detektieren und Entfernen der DC-Komponente der Schwingungswellenform durchgeführt wird. In manchen Ausführungsformen wird eine FFT an der AC-Komponente der Schwingungswellenform durchgeführt, um ein Schwingungsspektrum zu produzieren.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein nicht-flüchtiges, computerlesbares Speichermedium beschrieben, auf dem ein Computerprogramm mit einem Satz von Anweisungen zum Veranlassen eines Computers dazu, die DC-Störkomponente in einer Schwingungswellenform zu entfernen, gespeichert ist. Die Schwingungswellenform wird empfangen und eine DC-Komponente der Schwingungswellenform wird detektiert und entfernt, sodass im Wesentlichen nur eine AC-Komponente der Schwingungswellenform übrigbleibt. Die AC-Komponente der Schwingungswellenform wird dann auf einem nicht-flüchtigen, computerlesbaren Medium gespeichert.
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In verschiedenen Ausführungsformen gemäß diesem Aspekt der Erfindung beinhaltet der Schritt eines Detektierens der DC-Komponente der Schwingungswellenform ein Berechnen eines gleitenden Durchschnitts der Schwingungswellenform und ein Verwenden des gleitenden Durchschnitts als die DC-Komponente der Schwingungswellenform. In manchen Ausführungsformen beinhaltet der Schritt eines Entfernens der DC-Komponente der Schwingungswellenform ein Subtrahieren des gleitenden Durchschnitts der Schwingungswellenform von der Schwingungswellenform. In manchen Ausführungsformen beinhaltet der Schritt eines Empfangens der Schwingungswellenform ein direktes Empfangen der Schwingungswellenform von einem Schwingungssensor. In manchen Ausführungsformen beinhaltet der Schritt eines Empfangens der Schwingungswellenform ein Empfangen der Schwingungswellenform als gespeicherte Daten von einem Speicher.
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In manchen Ausführungsformen beinhaltet der Schritt eines Speicherns der AC-Komponente der Schwingungswellenform ein Speichern der AC-Komponente der Schwingungswellenform in einem Speicher, der sich lokal dort befindet, wo das Detektieren und Entfernen der DC-Komponente der Schwingungswellenform durchgeführt wird. In manchen Ausführungsformen beinhaltet der Schritt eines Speicherns der AC-Komponente der Schwingungswellenform ein Speichern der AC-Komponente der Schwingungswellenform in einem Speicher, der sich von dort entfernt befindet, wo das Detektieren und Entfernen der DC-Komponente der Schwingungswellenform durchgeführt wird. In manchen Ausführungsformen wird eine FFT an der AC-Komponente der Schwingungswellenform durchgeführt, um ein Schwingungsspektrum zu produzieren.
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Gemäß noch einem anderen Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Entfernung der DC-Störkomponente in einer Schwingungswellenform beschrieben. Die Vorrichtung hat einen Eingang zum Empfangen der Schwingungswellenform und einen Prozessor, der die DC-Störkomponente der Schwingungswellenform detektiert und entfernt, sodass im Wesentlichen nur eine AC-Komponente der Schwingungswellenform übrigbleibt. Ein nicht-flüchtiges Speichermedium speichert die AC-Komponente der Schwingungswellenform.
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In verschiedenen Ausführungsformen gemäß diesem Aspekt der Erfindung beinhaltet der Eingang einen Schwingungssensor, der eine live Schwingungswellenform produziert. In manchen Ausführungsformen beinhaltet der Eingang einen Speicher, der eine gespeicherte Schwingungswellenform bereitstellt. In manchen Ausführungsformen ist eine Schnittstelle angepasst, um eine Anweisung von einem Bediener zu empfangen und diesem Informationen zu präsentieren.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die detaillierte Beschreibung bei Betrachtung in Verbindung mit den Figuren deutlich, die nicht maßstabsgetreu sind, um die Einzelheiten deutlicher zu zeigen, wobei gleiche Referenznummern gleiche Elemente in den mehreren Ansichten angeben und wobei:
- 1 ist eine grafische Darstellung einer Wellenform, die die Auswirkung einer DC-Störkomponente zeigt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 ist eine grafische Darstellung einer Wellenform, bei der die Verschiebung der DC-Störkomponente der Wellenform identifiziert wurde, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 3 ist eine grafische Darstellung einer Wellenform, bei der die DC-Störkomponente der Wellenform entfernt wurde, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 4 ist eine grafische Darstellung eines Spektrums, das aus einer Wellenform mit einer DC-Störkomponente erzeugt wurde, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 5 ist eine grafische Darstellung eines Spektrums, das aus einer Wellenform, bei der die DC-Störkomponente in den zugrunde liegenden Wellenformdaten entfernt wurde, erzeugt wurde, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 6 stellt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Entfernen der DC-Störkomponente in der zugrunde liegenden Wellenform gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
- 7 stellt in grafischer Form dar, wie die DC-Störkomponente in der zugrunde liegenden Wellenform entfernt wird, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 8 stellt ein Funktionsblockdiagramm einer Rechenvorrichtung zum Implementieren der Entfernung der DC-Störkomponente aus einem Wellenformsignal gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
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BESCHREIBUNG
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Nun Bezug nehmend auf 1 ist eine Darstellung 100 einer Wellenform 102 dargestellt. Nur durch Betrachten der Wellenform 102 ist schwer zu erkennen, ob die Wellenform 102 das tatsächliche Schwingungsprofil der überwachten Ausrüstung darstellt oder ob störende Signale in der DC-Komponente der Wellenform 102 vorhanden sind. 4 stellt eine repräsentative grafische Darstellung 400 eines Spektrums 402, das wie zum Beispiel durch Durchführen einer FFT an der Wellenform 102 erzeugt ist, dar. Wie in 4 zu sehen ist, sind einige relativ starke Niederfrequenzspitzen 404 in dem Spektrum 402 vorhanden.
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Nun Bezug nehmend auf 2 ist die Wellenform 102 dargestellt, bei der die DC-Komponente 202 der Wellenform 102 identifiziert wurde. Ein repräsentatives Verfahren zum Identifizieren der DC-Komponente 202 ist im Anschluss präsentiert, es versteht sich jedoch, dass es viele Verfahren gibt, durch die die DC-Komponente 202 innerhalb einer Wellenform 102 identifiziert werden könnte. Wie dargestellt, ist die DC-Komponente 202 der Wellenform 102 äußerst unstet und steigt und fällt auf viele verschiedene Pegel. Dies ist keine normale Schwingaktivität und stellt eine Anomalie in der DC-Komponente 202 der Wellenform 102 dar, die die Änderungen der AC-Komponente 204, die die Schwingdaten von größerem Interesse darstellt, verschleiert.
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Nun Bezug nehmend auf 3 ist die Wellenform 102 dargestellt, bei der die DC-Störkomponente 202 der Wellenform 102 entfernt wurde oder anders gesagt auf einen im Wesentlichen einheitlichen Pegel über entweder die Gesamtheit von oder einen gewünschten Teil der Dauer der Wellenform 102 gebracht wurde. In manchen Ausführungsformen produziert dies eine DC-Komponente 202, die durch eine gerade, flache Linie, die parallel zur x-Achse (Zeitachse) der Darstellung 100 ist, dargestellt ist. In anderen Ausführungsformen ist die DC-Komponente 202 im Wesentlichen innerhalb einer gegebenen Toleranz um eine flache Linie entfernt. Ein repräsentatives Verfahren zum Entfernen der DC-Komponente 202 ist im Anschluss präsentiert, es versteht sich jedoch, dass es viele Verfahren gibt, durch die die DC-Komponente 202 innerhalb einer Wellenform 102 entfernt werden könnte.
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Nun Bezug nehmend auf 5 ist die Darstellung 400 des Spektrums 402 der Wellenform mit der entfernten DC-Störkomponente 102, wie in 3 dargestellt, dargestellt. Wie in 5 zu sehen ist, wurden die Niederfrequenzspitzen 404 der Wellenform mit der entfernten DC-Störkomponente 102 in gewissem Maße abgeschwächt und sind nicht so stark wie zuvor in dem Spektrum, bei dem die DC-Störung nicht entfernt wurde, 402 von 4 dargestellt. So stellt die Darstellung 400 von 5 dar, was als reale oder nicht-anomale Schwingungsinformationen über die überwachte Ausrüstung beschrieben werden könnte, auf die ein Techniker oder Ingenieur informierte und genaue Entscheidungen stützen kann.
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6 stellt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 600 dar, durch das die DC-Störkomponente der Wellenform 102 entfernt werden kann. Wie in Block 602 des Verfahrens 600 gegeben, ist ein Schwingungsüberwachungssystem konfiguriert, eine Schwingungswellenform aus der überwachten Ausrüstung zu sammeln. In der Ausführungsform von Verfahren 600 wird die DC-Störkomponente 202 der Wellenform 102 durch Mitteln einer gegebenen Anzahl von Datenpunkten in der Wellenform 102 entfernt. Somit ist die Anzahl M von Wellenformdatenpunkten oder -abtastwerten zum Mitteln in Block 604 festgelegt und ist die Anzahl von Wellenformabtastwerten N zum Speichern in Block 606 festgelegt.
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Das Verfahren 600 kann entweder als Vorverarbeitung an einem live Wellenformdatenstrom, wenn er produziert wird, oder an Wellenformdaten, die auf einem Speichergerät gespeichert wurden, durchgeführt werden. Ungeachtet der direkten Quelle der Wellenformdaten sind M Abtastwerte von Wellenformdaten in einem Direktzugriffsspeicher (random access memory, RAM) platziert, wie in Block 608 gegeben, und ist die Abtastwertanzahl n auf 1 festgelegt, wie in Block 610 gegeben. Der Durchschnitt von M Wellenformabtastwerten wird berechnet, wie in Block 612 gegeben, und der so berechnete Durchschnitt wird von Abtastwert n der Wellenformdaten subtrahiert, wie in Block 614 gegeben. Der Abtastwert n wird dann gespeichert, wie in Block 616 gegeben, und der Wert von n wird um 1 erhöht, wie in Block 618 gegeben.
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Wenn n kleiner als N ist, dann wird der nächste Wellenformabtastwert aus dem Speicher gelesen, wie in Block 624 gegeben, und dem Puffer zum Mitteln hinzugefügt, wobei nur M Abtastwerte jeweils in dem Puffer gehalten werden und der neu eingegebene Abtastwert einen früher erfassten Abtastwert gemäß einer First-in-First-out-Methodik hinausschiebt. Das Verfahren 600 geht dann zu Block 612 zurück, wo ein neuer Durchschnitt des M Abtastwerts berechnet wird. Dieser Prozess wiederholt sich, bis n gleich N ist, wie in Block 620 gegeben, woraufhin die DC-Komponente 202 aus der gepufferten Wellenform entfernt wird, wie in Block 622 gegeben, und entweder zur Weiterverarbeitung übergeben oder auf einem nicht-flüchtigen, computerlesbaren Speichergerät gespeichert wird.
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Nun mit Blick auf 7 ist eine Darstellung 700 dargestellt, die eine grafische Erklärung des Verfahrens 600 bereitstellt. Die Wellenform 102a stellt die Originalwellenform mit der anomalen DC-Komponente 202 dar. Die Wellenform 102b stellt die gleitende Durchschnitt-DC-Komponente der Originalwellenform dar und die Wellenform 102c stellt die Schwingungswellenform, bei der die gemittelte DC-Komponente entfernt wurde, dar. Die Gesamtanzahl von Punkten N in der Wellenform 102 ist in 702 angegeben. Die erste gemittelte Berechnung ist in 704a dargestellt, die zweite in 704b und die letzte gemittelte Berechnung ist in 704c dargestellt. Jede dieser Berechnungen produziert einen ersten, zweiten und letzten zentrierten Durchschnitt wie angegeben. Zum Beispiel ist der erste zentrierte Durchschnitt bei n+m/2 von n-m/2 bis n+m/w von m+1 Punkten, wobei m die Anzahl von Punkten zum Mitteln ist, und so weiter für alle n in N.
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Die Anzahl von Wellenformabtastwerten zum Mitteln ist in einer Ausführungsform auf eine ganze Zahl der Drehgeschwindigkeit der Ausrüstung festgelegt und beinhaltet zwei vollständige Rotationszyklen der Ausrüstung. Dies hilft, Lagerfehler zu erfassen, die bei etwa einer Hälfte der Drehgeschwindigkeit auftreten könnten. Die Anzahl von Abtastwerten zum Mitteln kann eine durch den Benutzer konfigurierbare Anzahl sein oder kann auf einen Standardwert festgelegt sein, in Abhängigkeit von der Art von Fehlern, die die Ausrüstung aufweisen kann.
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Nun Bezug nehmend auf 8 ist eine Ausführungsform einer computergestützten Vorrichtung 800 dargestellt, die in der Lage ist, die wie hier beschriebenen Handlungen durchzuführen. In dieser Ausführungsform befindet sich die Vorrichtung 800 lokal unter der Steuerung der zentralen Verarbeitungseinheit (central processing unit, CPU) 802, die die anderen Module der Vorrichtung 800 wie hier beschrieben steuert und nutzt. Wie hier verwendet, bezieht sich das Wort Modul auf eine Kombination von sowohl Software als auch Hardware, die eine oder mehrere bezeichnete Funktionen durchführt. Somit könnten verschiedene Module in verschiedenen Ausführungsformen Elemente der Hardware teilen, wie hier beschrieben, und könnten in manchen Ausführungsformen auch Teile der Software, die mit der Hardware interagieren, teilen.
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Die Ausführungsform von Vorrichtung 800, wie in 8 dargestellt, beinhaltet zum Beispiel ein Speichermodul 804 wie z. B. eine Festplatte, ein Bandlaufwerk, ein optisches Laufwerk oder ein anderes relativ langfristiges Datenspeichergerät. Ein Festwertspeicher-(read-only memory, ROM)-Modul 806 enthält zum Beispiel grundlegende Betriebsanweisungen für den Betrieb der Vorrichtung 800. Ein Eingabe/Ausgabe-Modul 808 stellt ein Gateway für die Kommunikation von Daten und Anweisungen zwischen der Vorrichtung 800 und anderen Rechengeräten, Netzwerken oder Datenspeichermodulen bereit. Ein Schnittstellenmodul 810 beinhaltet zum Beispiel Tastaturen, Lautsprecher, Mikrofone, Kameras, Anzeigen, Mäuse und Touchpads und stellt Mittel bereit, mit denen ein Techniker den Betrieb der Vorrichtung 800 beobachten und steuern kann. Ein Direktzugriffsspeicher-(RAM)-Modul 812 stellt kurzfristige Speicherung für Daten, die gepuffert, analysiert oder manipuliert werden, und Programmieranweisungen für den Betrieb der Vorrichtung 800 bereit. Manche Ausführungsformen der Vorrichtung 800 beinhalten den Schwingungssensor 814, der Schwingung aus der rotierenden Ausrüstung erfasst und das Schwingungssignal, das die erfasste Schwingung darstellt, bereitstellt. Zum Beispiel wird ein verstärkter Beschleunigungsmesser als der Sensor 814 in manchen Ausführungsformen verwendet.
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In einer Ausführungsform empfängt die Vorrichtung 800 gespeicherte Wellenformdaten durch die Eingabe/Ausgabe 808. In anderen Ausführungsformen empfängt die Vorrichtung 800 Wellenformdaten von dem Schwingungssensor 814. In jeder Ausführungsform entfernt die Vorrichtung 800 die DC-Störkomponente in den Wellenformdaten, wie hier beschrieben, und sendet dann die angepassten Wellenformdaten durch die Eingabe/Ausgabe 808 für Remote-Speicherung oder Weiterverarbeitung oder direkt an das Speichermodul 804 aus. In manchen Ausführungsformen sind die Schritte des Verfahrens, wie hier beschrieben, in einer Computersprache auf einem nicht-flüchtigen Medium enthalten, das von der Vorrichtung 800 von 8 lesbar ist und das der Vorrichtung 800 ermöglicht, die Entfernung der DC-Störkomponente wie hier beschrieben zu implementieren.
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Die vorangehende Beschreibung von Ausführungsformen für diese Erfindung wurde zu Zwecken der Veranschaulichung und Beschreibung präsentiert. Sie ist nicht dazu gedacht, erschöpfend zu sein oder die Erfindung auf die offenbarte genaue Form zu beschränken. Offensichtliche Modifikationen oder Variationen sind im Angesicht der obigen Lehren möglich. Die Ausführungsformen sind ausgewählt und beschrieben in dem Bestreben, Veranschaulichungen der Grundsätze der Erfindung und ihrer praktischen Anwendung bereitzustellen und dadurch einem Durchschnittsfachmann zu ermöglichen, die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen und mit verschiedenen Modifikationen, wie sie für die vorgesehene bestimmte Verwendung geeignet sind, zu nutzen. All diese Modifikationen und Variationen liegen innerhalb des Geltungsbereichs der Erfindung wie bestimmt durch die angehängten Ansprüche, wenn sie in Übereinstimmung mit dem Umfang, zu dem sie fair, rechtlich und gerecht berechtigt sind, interpretiert werden.
