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Die
Erfindung betrifft einen Freifallsimulator mit in sich geschlossenem
Luftkreislauf sowie eine Belüftungsvorrichtung für
einen Windkanal, insbesondere einen Freifallsimulator
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Bei
einem Freifallsimulator mit in sich geschlossenem Luftkreislauf
handelt es sich um eine Einrichtung, die ausgelegt ist, um eine
Person in einem – in der Regel steuerbaren – vertikal
aufsteigenden Luftstrom, der durch eine Schwebekammer hindurch strömt,
in einer Schwebeposition zu halten. Der Luftstrom wird über
einen Luftführungskanal nach seinem Austritt aus einer
oberen Öffnung der Schwebekammer zu einer unteren Öffnung
der Schwebekammer zurückgeführt, so dass ein in
sich geschlossener Kreislauf gebildet wird.
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Ein
typischer Effekt dieser sogenannten geschlossenen Freifallsimulatoren
besteht darin, dass – aufgrund von Druckverlusten – die
Luft innerhalb des Simulators erwärmt wird, was verschiedene
Probleme mit sich bringt. Zum Einen kann die Überhitzung der
Luft von den Simulator nutzenden Personen als unangenehm empfunden
werden bzw. bei starker Überhitzung auch zu gesundheitlichen
Schäden führen, zum anderen führt die
Erwärmung der Luft zu einer Abnahme der Luftdichte, was
wiederum die Kraft, welche die schwebende Person im Gleichgewicht hält,
herabsetzt. Insgesamt ist – wegen der Kombination von oftmals
nebeneinandergeordneten Gebläsen und bedarfsweise öffenbaren
Belüftungen – ein erhöhter Steuerungsaufwand
von Nöten
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Um
die eben beschriebenen Nachteile zu mindern, wurden bereits mehrere
Lösungswege vorgeschlagen.
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Die
EP 19 64 776 A1 zeigt
einen Freifallsimulator, in welchem in einem vertikalen Bereich
Personen mittels eines erzeugten Luftstroms angehoben werden. Die
zum Einsatz kommenden gekrümmten Rückführleitungen
sind dabei aus Materialien konstruiert, welche eine hohe Wärmeleitfähigkeit
aufweisen. Zusätzlich moderiert ein Kühlwasserkreislauf
die Temperatur innerhalb des Freifallsimulators. Eine derartige
Temperaturregelung ist mit einer eingeschränkten Materialauswahl
verbunden und aufwändig.
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Einen
anderen Weg zum Vermindern der oben benannten allgemeinen Probleme
geschlossener Freifallsimulatoren wird in der
EP 1 539 572 B1 aufgezeigt.
Dort wird ein Freifallsimulator für verschiedene Lern-,
Ausbildungs- und Trainingszwecke von Fallschirmspringern oder zertifizierten
Wettbewerbern beschrieben. Um die Überhitzung der Luft infolge
des Betriebs der Ventilatoren zu verringern, ist in einen oberen
Teil einer Kuppel ein Frischlufteinlass vorgesehen. Mehrere Saugventilatoren
stellen die Luftansaugung sicher und erlauben ferner die Steuerung
der Temperatur des Flugsimulators. Es handelt sich also hierbei
um einen so genannten aktiven Luftaustausch, was bedeutet, dass
zusätzliche Maschinen, nämlich die Saugventilatoren
verwendet werden, um den Luftaustausch zu gewährleisten. Dies
führt zu einem erhöhten Energieverbrauch, was zusammen
mit den Herstellungskosten für die Saugventilatoren erhebliche
zusätzliche finanzielle Aufwendungen erfordert.
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Ein
so genannter passiver Luftaustausch wird in der
WO 2006/012647 A2 beschrieben.
Der Freifallsimulator dieses Standes der Technik weist eine im wesentlichen
rechteckförmige Gestalt auf, wobei in einem ersten vertikalen
Abschnitt eine Schwebekammer vorgesehen ist, an die sich stromabwärts
ein erster horizontaler Abschnitt anschließt, in welchem
zwei Gebläse zur Erzeugung eines Luftstroms angeordnet
sind. An den ersten horizontalen Abschnitt schließt sich
ein zweiter vertikaler Abschnitt an, welcher der Rückführung
des Luftstroms in Richtung einer Bodenfläche dient. In
diesem zweiten vertikalen Abschnitt sind eine Einlasstür
sowie eine Auslasstür derartig angebracht, dass sie den Strömungsquerschnitt
verengen und eine Düse ausbilden. Dadurch wird ein Druckgradient
zwischen einem Innenraum und dem Außenraum des Tunnels ausgebildet,
so dass ein Luftaustausch stattfindet und dadurch die Temperatur
moderiert wird. Ein Nachteil dieses Freifallsimulators besteht darin,
dass aufgrund der Verengung des Strömungsquerschnitts durch
die Ein- und Auslasstür die Strömungsgeschwindigkeit
im Bereich dieser Türen zusätzlich erhöht
wird, was zu einer erhöhten Luftreibung mit zusätzlicher
Wärme entwicklung führt. Außerdem sind Ein-
und Auslasstür aufgrund ihrer Ausrichtung in den Luftstrom
einer äußerst hohen Beanspruchung ausgesetzt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Freifallsimulator sowie
eine Belüftungsvorrichtung für einen Windkanal,
insbesondere einen Freifallsimulator aufzuzeigen, wobei die Temperatur
im Inneren wirkungsvoll und mit geringem Kostenaufwand reduziert
werden soll. Diese Aufgabe wird durch einen Freifallsimulator nach
Patentanspruch 1 und 24 sowie eine Belüftungsvorrichtung
nach Patentanspruch 27 gelöst.
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Die
Aufgabe wird nach einem ersten Aspekt insbesondere durch einen Freifallsimulator
mit in sich geschlossenem Luftkreislauf gelöst, welcher
eine Schwebekammer, in welcher Personen infolge eines vertikal aufwärts
gerichteten Luftstromes schweben können, mit einer unteren Öffnung
an einem unteren Ende und einer oberen Öffnung an einem
oberen Ende, einem im Wesentlichen geschlossenen Luftführungskanal
mit mindestens einem Gebläse, welcher die untere Öffnung
und die Obere Öffnung der Schwebekammer verbindet, mindestens
eine Lufteinlassöffnung und mindestens eine Luftauslassöffnung
zum Austausch von Luft innerhalb des Luftführungskanals
und Umlenkvorrichtungen, insbesondere Umlenklamellen, welche einen
Luftstrom innerhalb des Luftführungskanals in Eckbereichen
oder Bereichen hoher Krümmung umlenken, umfasst, wobei mindestens
eine Luftauslassöffnung innerhalb der Umlenkvorrichtung
angeordnet ist.
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Ein
wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, dass eine Luftauslassöffnung
genau dort vorgesehen ist, wo die für den Betrieb geschlossener Freifallsimulatoren
notwendigen Luft-Umlenkvorrichtungen angeordnet sind. Dadurch werden
auf elegante Weise die auf den Luftstrom wirkenden Fliehkräfte
in den entsprechenden Bereichen ausgenutzt, so dass keine speziellen
Luftauslenkvorrichtungen konstruiert werden müssen, um
einen Teil des Luftstroms aus dem Inneren des Kanals hinauszulenken. Es
wird eine wirkungsvolle und energieeffiziente Kühlung der
Innenluft des Freifallsimulators erreicht.
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Vorzugsweise
ist der aus der Luftauslassöffnung austretende Luftstrom
durch Veränderung einer Luftauslassöffnungsquerschnittsfläche
variabel einstellbar. Dadurch kann auf äußere
Einflüsse, wie Temperatur oder Luftdruck reagiert werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist der Luftauslassöffnung
eine verschwenk- und/oder verschiebbare Schließvorrichtung
zur Variation des austretenden Luftstroms zugeordnet. Dadurch ist eine
besonders einfache Variation des austretenden Luftstroms möglich.
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Für
den Fall, dass Umlenklamellen zur Umlenkung des Luftstroms vorgesehen
sind, ist vorzugsweise eine Umlenklamelle zur Variation des austretenden
Luftstroms verschwenk- und/oder verschiebbar. Die Umlenklamellen
erfüllen also eine Doppelfunktion, nämlich einerseits
die Umlenkung und andererseits die Auslenkung von Teilen des Luftstroms, was
ein zusätzliches Bauteil überflüssig
macht, wodurch Kosten eingespart werden können.
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Vorzugsweise
und für den Fall, dass Umlenklamellen zur Umlenkung des
Luftstroms vorgesehen sind, ist mindestens eine Umlenklamelle, vorzugsweise
die Gesamtheit der Umlenklamellen in radialer Richtung verschiebbar.
Eine radiale Verschiebung ist konstruktiv einfach und ermöglicht
es die verschobenen Umlenklamellen platzsparend unterzubringen.
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Vorzugsweise
ist die mindestens eine Umlenklamelle derart korrespondierend zu
einer Öffnung des Luftführungskanals ausgebildet,
dass die Öffnung infolge der radialen Verschiebung der
mindestens einen Umlenklamelle öffen- oder verschließbar ist.
Durch eine derartige Verschiebung einer Umlenklamelle wird eine
weitere Möglichkeit geschaffen den Luftstrom zu verändern.
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In
einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist eine Vielzahl von
Umlenklamellen als Gesamtheit in radialer Richtung diskret, vorzugsweise um
eine Länge, die dem radialen Abstand zweier benachbarter
Umlenklamellen entspricht, derartig verschiebbar, dass die Öffnung
sowohl vor als auch nach einem Verschiebevorgang durch eine Umlenklamelle
verschlossen ist. Dadurch wird es auch ohne zusätzliche
Bauteile oder Maßnahmen ermöglicht, dass das Herausschieben
einer oder mehrerer Umlenklamellen nicht zu einem Druckverlust führt.
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Vorzugsweise
ist der Luftdruck innerhalb eines Bereichs, in welchen aus dem Luftführungskanal herausschiebbare
Umlenklamellen einführbar sind, derartig regelbar, dass
ein Druckverlust beispielsweise über verbleibende Öffnungen,
wie Spalten, Risse od. dgl. weiter minimiert wird. Durch diese Ausführung
wird auf konstruktiv einfache und effektive Art der Druckverlust
infolge eines Verschiebens der Umlenklamellen minimiert.
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Vorzugsweise
umfasst die Luftauslassöffnung einen trichterförmigen
Luftauslassdiffusor. Dies erleichtert die Ableitung des austretenden
Anteils des Luftstroms.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist mindestens
eine Schließvorrichtung der Lufteinlassöffnung
zur Variation des eintretenden Luftstroms verschwenk- und/oder verschiebbar,
insbesondere nach außen verschwenkbar ausgebildet. So lässt
sich ebenfalls auf einfache Weise die Menge an eintretender Luft
steuern, was indirekt auch die Menge der austretenden Luft, also
die Wärmeabfuhr nach außen aufgrund eines im stationären
Zustand konstanten Gesamtvolumens des Luftstroms, erreicht.
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Vorzugsweise
sind die Lufteinlassöffnung und/oder die Luftauslassöffnung
in einem oberen Luftführungskanalabschnitt angeordnet.
Ist die Luftauslassöffnung in einem oberen Luftführungskanalabschnitt
angeordnet, so wird die erwärmte Luft nach dem Austritt
aus dem Luftführungskanal von diesem weggeleitet, da erwärmte
Luft stets nach oben steigt.
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Vorzugsweise
ist die Lufteinlassöffnung von der Luftauslassöffnung
räumlich so getrennt, dass die austretende Luft nicht von
der Lufteinlassöffnung wieder angesaugt werden kann, was
insbesondere durch eine Luftbarriere erreicht werden kann.
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Vorzugsweise
sind die Schließvorrichtungen der Lufteinlass- und/oder
Luftauslassöffnungen elektronisch steuer- bzw. regelbar,
wobei die Schließvorrichtungen insbesondere synchron aufeinander
abstimmbar sind. Durch eine elektronische Steuerung bzw. Regelung
kann der austretende und eintretende Luftstrom besonders genau gesteuert
bzw. geregelt werden. Werden die Schließvorrichtungen dabei
synchron aufeinander abgestimmt, so wird ein äußerst effizienter
Luftaustausch erreicht.
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Insbesondere
für den Fall, dass die Schließvorrichtung in der
Einlass- und/oder Auslassvorrichtung elektronisch steuerbar bzw.
regelbar sind, sind vorzugsweise Messvorrichtungen vorgesehen, zum Messen
verschiedener Parameter, wie insbesondere Temperatur, Strömungsgeschwindigkeit
oder Luftfeuchte des Volumenstroms od. dgl., wobei vorzugsweise
durch die Messvorrichtungen gewonnene Messwerte zur elektronischen
Steuerung bzw. Regelung der Schließvorrichtung beitragen.
Dies ermöglicht eine besonders feine Einstellung der Schließvorrichtungen,
die insbesondere unabhängig von subjektiven Eindrücken
des Bedienpersonals erfolgt und somit den jeweiligen Anforderungen
besonders gut angepasst ist. Beispielsweise kann die Messung einer
erhöhten Temperatur zu einer automatischen Vergrößerung
des Auslassöffnungsquerschnittes und/oder des Lufteinlassöffnungsquerschnittes
führen.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung sind vier Gebläse vorgesehen,
die innerhalb eines im Querschnitt vorzugsweise quadratischen Luftführungskanals
in quadratischer Konstellation angeordnet sind. Die quadratische
Konstellation bezieht sich dabei auf eine derartige Anordnung der
vier Gebläse, dass deren Schwerpunkt auf einer Ebene liegt,
die senkrecht auf der mittleren Strömungsrichtung des Luftstroms steht.
Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass eine besonders
homogene Verteilung des Luftstroms erreicht wird.
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Vorzugsweise
ist/sind das/die Gebläse in einem vertikalen Abschnitt
des Luftführungskanals ausgebildet. Dies berücksichtigt
besonders die eingeschränkte Verfügbarkeit von
Grundfläche, wie sie beispielsweise in Vergnügungsparks
vorliegt. Da die Gebläse einschließlich notwendiger
Zu- und Ableitung eine relativ lange Erstreckung in Strömungsrichtung
aufweisen, ist es daher sinnvoll, diese in vertikaler Anrichtung
einzufügen, so dass die sowieso aufgrund der Schwebekammer
notwendige Höhe des Freifallsimulators ausgenutzt wird
und gleichzeitig der Bedarf an Grundfläche auf ein Minimum
reduziert wird. Im Übrigen bleibt in diesem Fall Freiraum
für die Anbringung von Luftauslass- und/oder Lufteinlassöffnungen
in einem oberen, vorzugsweise horizontal verlaufenden Abschnitt
des Luftführungskanals.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist die Bodenfläche
der Schwebekammer als Polygon, vorzugsweise als 10- bis 14-Eck,
insbesondere als 12-Eck ausgebildet. Diese Form erlaubt einen Kompromiss
zwischen einer möglichst „runden” Ausformung
der Schwebekammer und einer relativ unaufwendigen Glas-/Stahlkonstruktion
der Schwebekammer. Darüberhinaus lässt sich ein
Sicherheitsnetz vergleichsweise gut verankern.
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Vorzugsweise
erweitert/erweitern sich die Schwebekammer und/oder der Querschnitt
eines sich an die Schwebekammer anschließenden trichterförmigen
Diffusors nach oben. Ist die Schwebekammer derart ausgestaltet,
dass sie sich nach oben erweitert, so nimmt der Druck auf eine in
der Schwebekammer schwebende Person nach oben hin ab, so dass ein
inhärenter Sicherheitsmechanismus geschaffen ist, der eine
schwebende Person davon abhält, über einen Grenzbereich
hinaus an Höhe zu gewinnen. Das Vorsehen eines trichterförmigen
sich nach oben erweiternden Diffusors erlaubt eine Reduktion der
Strömungsgeschwindigkeit, was auch mit einer Reduktion
der entstehenden Reibungswärme verbunden ist.
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Alternativ
zu einer sich nach oben erweiternden Schwebekammer kann diese auch
einen von unten nach oben konstanten Querschnitt aufweisen. Dadurch
werden konstante, von der Höhe unabhängige Bedingungen
geschaffen, was am besten die Verhältnisse eines echten
Freifalls simuliert.
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Vorzugsweise
geht/gehen der Querschnitt der Schwebekammer und/oder der Querschnitt
eines sich an die Schwebekammer anschließenden trichterförmigen
Diffusors von unten nach oben von einem Polygon höherer
Ordnung in ein Polygon niedrigerer Ordnung, insbesondere von einem
12-Eck in ein 4-Eck über. Dadurch gelingt es auf einfache
Weise trotz verschiedener Anforderungen an die Geometrie der Schwebekammer
und die Querschnittsgeometrie des Luftführungskanals eine
möglichst laminare Strömung aufrechtzuerhalten.
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In
einer bevorzugten Ausführung ist mindestens ein Sicherheitsnetz
zur Absicherung von Menschen innerhalb oder zur Begrenzung der Schwebekammer
vorgesehen, an dessen Netzaufhängungen Dämpfungselemente
zur Stoßdämpfung vorgesehen sind. Die Stoßdämpfung
verhindert, dass sich Menschen beim Herabfallen auf das Sicherheitsnetz
verletzen.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt wird die oben genannte Aufgabe auch durch einen Freifallsimulator mit
in sich geschlossenem Luftkreislauf gelöst, umfassend eine
Schwebekammer, in welcher Personen in Folge eines vertikal aufwärts
gerichteten Luftstromes schweben können, mit einer unteren Öffnung
an einem unteren Ende und einer oberen Öffnung an einem
oberen Ende, einen im Wesentlichen geschlossenen Luftführungskanal
mit mindestens einem Gebläse, welcher die untere Öffnung
und die obere Öffnung der Schwebekammer verbindet und Umlenkvorrichtungen,
insbesondere Umlenklamellen, welche einen Luftstrom innerhalb des
Luftführungskanals in Eckbereichen oder Bereichen hoher
Krümmung umlenken, wobei mindestens eine Umlenklamelle über
eine Kühlvorrichtung abkühlbar ist.
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Der
Freifallsimilator nach dem zweiten Aspekt der Erfindung ermöglicht
eine wirkungsvolle Reduktion der Temperatur im Inneren des Freifallsimulators,
welche mit einem relativ geringen Kostenaufwand verbunden ist. Insbesondere
wird auch eine sehr leise Bauweise ermöglicht. Druckschleusen werden
nicht benötigt. Insbesondere in warnen Regionen ist der
Freifallsimulator nach dem zweiten Aspekt der Erfindung vorteilhaft,
da ein Herunterkühlen der Innenluft unter die Außentemperatur
möglich ist.
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Vorzugsweise
weist mindestens eine Umlenklamelle einen Hohlraum auf, in den ein
Kühlmedium, welches durch die Kühlvorrichtung
bereitgestellt wird, einführbar ist. Dadurch kann die mindestens
eine Umlenklamelle auf konstruktiv einfache und effektive Weise
gekühlt werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens eine Umlenklamelle
aus Aluminium, insbesondere aus einem Aluminiumstrangpressprofil gefertigt.
Die mindestens eine Umlenklamelle kann dann einfach gefertigt werden
und ist geeignet, effektiv im Inneren des Freifallsimulators erzeugte
Wärme aufzunehmen und abzuführen. Alternativ können auch
geschweißte Stahlbleche od. dgl. zum Einsatz kommen.
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Der
Freifallsimulator nach dem ersten Aspekt der Erfindung kann mit
dem Freifallsimulator nach dem zweiten Aspekt der Erfindung kombiniert werden.
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Weiterhin
wird die obengenannte Aufgabe vorzugsweise durch eine Belüftungsvorrichtung
für einen Windkanal, insbesondere für einen Freifallsimulator
gelöst, welche mindestens eine Lufteinlassöffnung
und mindestens eine Luftauslassöffnung zum Austausch von
Luft innerhalb des Windkanals und Umlenkvorrichtungen, insbesondere
Umlenklamellen, welche einen Luftstrom innerhalb des Windkanals
in Eckbereichen oder Bereichen hoher Krümmung umlenken,
wobei mindestens eine Luftauslassöffnung innerhalb einer
Umlenkvorrichtung angeordnet ist, umfasst.
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Weitere
Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Nachfolgend
wird die Erfindung auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile
anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die anhand
der Abbildungen näher erläutert werden.
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Hierbei
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Freifallsimulators;
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2 eine
Schnittansicht einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Freifallsimulators;
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3 eine
alternative Ausführungsform des Freifallsimulators in Schnittansicht;
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4 eine
schematische Ansicht einer alternativen Ausführungsform
des Freifallsimulators;
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5 eine
schematische Ansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform
des Freifallsimulators;
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6 eine
schematische Ansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform
des Freifallsimulators;
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7 eine
schematische Ansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform
des Freifallsimulators; und
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8 einen
schematischen, horizontalen Schnitt durch eine alternative Ausführungsform
der Schwebekammer mit Vorkammern.
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In
der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleichwirkende
Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.
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1 zeigt
einen Freifallsimulator mit in sich geschlossenem Luftkreislauf,
der einen ersten und zweiten vertikalen Abschnitt 10, 11 sowie
einen ersten und zweiten horizontalen Abschnitt 12, 13 umfasst.
Die zwei vertikalen Abschnitte 10, 11 sowie die zwei
horizontalen Abschnitte 12, 13 bilden einen quaderförmigen
Grundriss mit einer ebenfalls quaderförmigen Aussparung 14 des
Quaders aus. In einzelnen Bereichen weicht die tatsächliche
geometrische Gestalt der Einheit aus den beiden vertikalen und horizontalen
Abschnitten 10 bis 13 von der eben beschriebenen
Grundform ab. Die zwei vertikalen Abschnitte 10, 11 und
die zwei horizontalen Abschnitte 12, 13 bilden
einen im Wesentlichen geschlossenen Luftführungskanal 4 aus.
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Im
ersten vertikalen Abschnitt 10 befindet sich eine Schwebekammer 15,
die im Betrieb des Freifallsimulators derart von einem vertikal
aufwärtsgerichteten Luftstrom durchströmt wird,
dass Personen in der Schwebe gehalten werden können. Der Luftstrom
strömt über eine untere Öffnung 16,
welche sich an einem unteren Ende 18 der Schwebekammer befindet,
in die Schwebekammer 15 ein und über eine obere Öffnung 17,
welche sich an einem oberen Ende 19 der Schwebekammer 15 befindet,
aus der Schwebekammer hinaus.
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Die
Schwebekammer 15 weist einen 12-eckigen vom unteren Ende 18 bis
zum oberen Ende 19 konstanten horizontalen Querschnitt
auf. Alternativ kann der Querschnitt auch (nicht in 1) von
unten nach oben zunehmen, so dass die auf eine schwebende Person
wirkende Kraft von unten nach oben abnimmt, was einem inhärenten
Sicherheitsmechanismus entspricht. Ein freier Fall kann jedoch am
besten mit konstantem Querschnitt der Schwebekammer 15 simuliert
werden.
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Die
Schwebekammer 15 wird durch die untere Öffnung 16,
die obere Öffnung 17 und eine Seitenwand 20 begrenzt.
Im Bereich der unteren und oberen Öffnung 16, 17 können
Sicherheitsnetze (welche nicht in 1 gezeigt
sind) angebracht sein, die in der Schwebekammer 15 schwebende
Personen an einer zu hohen oder zu niedrigen oder zu weit vom Zentrum
entfernten Flugposition hindern können und außerdem
die Person vor Verletzungen bei plötzlichen Positionsveränderungen,
beispielsweise aufgrund einer veränderten Körperposition
oder Veränderungen des Luftstroms, schützen. Ein
Sicherheitsnetz 36 ist (im vorliegenden Fall horizontal)
unterhalb der Luftauslassöffnung 28 angeordnet,
wodurch verhindert wird, dass Gegenstände oder Personen
aus der Luftauslassöffnung 28 durch den Luftstrom
hinausbefördert werden.
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Unterhalb
der Schwebekammer 15 ist eine Düse 21 angeordnet,
welche einen von unten nach oben abnehmenden horizontalen Querschnitt
zur Beschleunigung des Luftstroms aufweist. Die entsprechende sich
von unten nach oben verringernde Querschnittsfläche der
Düse 21 geht von einem Rechteck sukzessive in
ein unregelmäßiges 12-Eck und schließlich
in einem Übergangsbereich zur Schwebekammer 15 in
ein regelmäßiges 12-Eck über.
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Am
oberen Ende 17 der Schwebekammer 15 schließt
sich ein Diffusor 22 an, um den aus der Schwebekammer 15 austretenden
Luftstrom zu verlangsamen und dadurch Reibungsverluste und die Überhitzung
des Luftstroms zu verringern. Der horizontale Querschnitt des Diffusors 22 geht
von einem regelmäßigen 12-Eck in ein sich von
unten nach oben vergrößerndes, unregelmäßiges
12-Eck und schließlich in ein Rechteck über.
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An
den Diffusor 22 schließt sich stromabwärts
(die Strömungsrichtung ist durch die Pfeile 3 gekennzeichnet)
ein erster Umlenkbereich 23 an, in welchem der aus dem
Diffusor 22 austretende, im Wesentlichen vertikal gerichtete
Luftstrom um etwa 90° umgelenkt wird. Analog wird der Luftstrom
im zweiten Umlenkbereich 24, dritten Umlenkbereich 25 und schließlich
vierten Umlenkbereich 26 jeweils um etwa 90° in
seiner Richtung geändert, so dass der Luftstrom in die
Schwebekammer 15 zurückgeführt wird.
Umlenkvorrichtungen in Form von Umlenklamellen 27 sorgen
für ein möglichst homogenes und reibungsarmes
Umlenken des Luftstromes in den Umlenkbereichen 23 bis 26.
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Im
ersten Umlenkbereich 23 ist eine Luftauslassöffnung 28 vorgesehen,
aus welcher ein Teil des Luftstroms austreten kann. Die Luftauslassöffnung 28 ist
in einer oberen, horizontal verlaufenden Begrenzung 29 des
ersten Umlenkbereichs 23 angeordnet. Weiter unten wird
anhand der 9 bis 11 aufgezeigt,
wie der austretende Teil des Luftstroms bevorzugt dosiert werden
kann. Zwischen erstem Umlenkbereich 23 und zweitem Umlenkbereich 24,
im ersten horizontalen Abschnitt 12 befindet sich eine Lufteinlassöffnung 30,
durch die im Betrieb des Freifallsimulators Umgebungsluft zur Kühlung
des Luftstroms eintreten kann. Die Lufteinlassöffnung 30 ist in
einer Seitenwand 31 des ersten horizontalen Abschnittes 12 angeordnet. Über
die Umlenkvorrichtung 27 des zweiten Umlenkbereiches 24 wird
der Luftstrom um 90° umgelenkt, so dass er in einen zweiten
Diffusor 32 des zweiten vertikalen Abschnittes 11 eintritt.
Der zweite Diffusor 32 weist einen sich von oben nach unten
vergrößernden etwa rechteckigen Querschnitt auf
und verringert die Geschwindigkeit des auf die im zweiten vertikalen
Abschnitt 11 eingebrachten Gebläse 33 auftreffenden
Luftstroms.
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Die
vier Gebläse 33 sind innerhalb des – in einem
entsprechenden Bereich, in dem die Gebläse vorgesehen sind,
im Querschnitt quadratischen – Luftführungskanals 28 in
quadratischer Konstellation angeordnet.
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Vorzugsweise
sind die Gebläse 33 mindestens teilweise aus Carbon
gefertigt. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn rotierende Teile,
wie Gebläseblätter (nicht in 1 gezeigt)
aus Carbon gefertigt sind. Dadurch kann ein (im Vergleich zu beispielsweise
Blättern aus Stahl) homogener Luftstrom erzeigt werden
und die Schallbelastung reduziert werden. Da es sich bei Carbon
um ein besonders leichtes Material (beispielsweise im Vergleich
zu Stahl od. dgl.) handelt, weisen Gebläse 33 mit
rotierenden Teilen aus Carbon ein relativ geringes Trägheitsmoment
auf und sprechen deshalb besonders schnell auf eine Steuerung an.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Gebläse zumindest
teilweise durch Aramid, insbesondere Aramid-Fasern beschichtet werden.
Dies erhöht die Lebensdauer der Gebläse.
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Durch
die Gebläse 33 wird der Luftstrom beschleunigt
und vertikal nach unten ausgestoßen. In einem dritten Diffusor 34,
welcher ebenso wie der zweite Diffusor, einen von oben nach unten
zunehmenden rechteckigen Querschnitt aufweist, wird die Geschwindigkeit
des Luftstroms wieder zur Verringerung von Reibungsverlusten und
einer Überhitzung des Luftstroms herabgesetzt. Durch die
Umlenklamellen 27 des dritten und vierten Umlenkbereiches 25, 26 wird
der Luftstrom wieder der Düse 21 und somit der
Schwebekammer 15 zugeführt.
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2 zeigt
eine bevorzugte Ausgestaltung des Freifallsimulators in einer Schnittansicht,
wobei der Schnitt in eine vertikal verlaufende Ebene gelegt wurde.
Der zweite horizontale Abschnitt 13 des Freifallsimulators
ist vorzugsweise unterhalb einer Oberfläche eines Geländes
angeordnet. Der erste und zweite vertikale Abschnitt 10, 11 sowie
der erste horizontale Abschnitt 12 befinden sich vorzugsweise oberhalb
der Oberfläche des Geländes. Durch eine derartige
Bauweise wird die Höhe des Freifallsimulators bezogen auf
die Oberfläche des Geländes reduziert.
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Personen,
die den Freifallsimulator nutzen wollen, können die Schwebekammer 15 über
eine Eingangshalle 35 erreichen. Für den Fall,
dass die Eingangshalle 35 gegenüber der Oberfläche
des Geländes erhöht ist, kann ein Zwischenraum
zwischen einem Boden der Eingangshalle 35 und der Oberfläche
des Geländes frei bleiben oder ausgefüllt werden.
Alternativ kann die Eingangshalle 35 sowie die Schwebekammer 15 auch
auf der Höhe der Oberfläche des Geländes
liegen, was die Benutzung des Freifallsimulators erleichtert.
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An
der Luftauslassöffnung 28 ist ein Luftauslassdiffusor 37 angeordnet.
Der Luftauslassdiffusor 37 im vorliegenden Ausführungsbeispiel
erweitert sich nach oben und sorgt dafür, dass der austretende Teil
des Luftstroms nach dem vollständigen Austritt einen relativ
großen Abstand gegenüber dem Freifallsimulator
bzw. einer Außenhülle des Freifallsimulators aufweist.
Der hier vorliegende Luftauslassdiffusor 37 weist einen
trapezförmigen vertikalen Querschnitt auf.
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3 zeigt
eine weitere, bevorzugte Ausführungsform des Freifallsmnulators.
Die Luftauslassöffnung 28 ist hier durch eine
Schließvorrichtung 38 mit einer Verschiebeklappe 39 variabel
einstellbar. Der Luftauslassdiffusor 37 weist zwei parallele
gebogene Abschnitte 40a, 40b an seiner Außenfläche
auf. Innerhalb des Luftauslassdiffusors 37 sind gebogene Führungslamellen 41 eingebracht,
um den aus der Luftauslassöffnung 28 austre tenden
Teil des Luftstroms möglichst laminar von der Außenhülle
des Freifallsimulators wegzuleiten.
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Anstelle
nur einer Lufteinlassöffnung, wie beispielsweise in 1,
sind in der Ausführungsform von 3 mehrere,
konkret 6 (von denen in 3 nur drei
zu sehen sind), Lufteinlassöffnungen 30 vorgesehen.
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Die
Lufteinlassöffnungen 30 sind vorzugsweise durch
verschwenkbare Einlassklappen (nicht in Figuren gezeigt), welche
Bestandteil von Einlassschließvorrichtungen sind, verschließbar.
Die Einlassklappen sind beispielsweise nach Außen verschwenkbar
und bilden mit der Außenhülle des Freifallsimulators
einen spitzen Winkel, beispielsweise 45°, aus.
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Die 4 bis 7 zeigen
alternative Ausführungen des Freifallsimulators in schematischer Ansicht.
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In 4 wird
die Lufteinlassöffnung 30 durch eine Verschiebeklappe 52 teilweise
verschlossen. Durch Verschieben der Verschiebeklappe 52 kann der
austretende Teil des Luftstroms im stationären Zustand
indirekt gesteuert werden. Die Luftauslassöffnung 28 kann
durch die Verschiebeklappe 39 verschlossen werden, wobei
diese Verschiebung entsprechend synchron auf die Verschiebung der
Verschiebeklappe 52 der Lufteinlassöffnung 30 erfolgen kann.
Dafür bietet sich eine elektronische Steuerung bzw. Regelung
an, welche allerdings auch bereits bei einer nicht-synchronen Einstellung
der Lufteinlassöffnung 30 bzw. Luftauslassöffnung 28 vorteilhaft
ist.
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Die
synchrone oder voneinander unabhängige Steuerung bzw. Regelung
der Lufteinlassöffnung 30 bzw. der Luftauslassöffnung 28 kann über
einen Zentralrechner (nicht in den Figuren gezeigt) erfolgen. Insbesondere
können Messeinrichtungen (welche ebenfalls nicht in den
Figuren gezeigt sind) vorgesehen werden, die beispielsweise die
Strömungsgeschwindigkeit, Temperatur und/oder Luftfeuchte des
Luftstroms messen, um die Lufteinlassöffnung 30 und
Luftauslassöffnung 28 optimal einstellen zu können.
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In 5 sind
die Gebläse 33 (nur zwei der Gebläse 33 sind
in 5 zu sehen) im zweiten horizontalen Abschnitt 13 untergebracht.
Insbesondere wenn der zweite horizontale Abschnitt 13 unterhalb einer
Oberfläche des Geländes 2 (nicht in 5 gezeigt)
zu liegen kommt, wird dadurch die Schallbelastung wesentlich reduziert.
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In 5 sind
vier Lamellen 27 des ersten Umlenkbereiches 23 (gestrichelt
gezeichnet) entfernt. Durch das Entfernen der Umlenklamellen 27 wird
der Anteil des austretenden Luftstroms vergrößert.
Entsprechend verringert das Hinzufügen von Umlenklamellen 27 den
Anteil des austretenden Luftstroms. Alternativ zu einem vollständigen
Entfernen der Lamellen können diese auch nur teilweise,
beispielsweise in Richtung senkrecht auf die Zeichenebene in 5 (in
horizontaler Richtung) verschoben werden, was einer partiellen Entfernung
der Umlenklamellen 27 bzw. einer Vergrößerung
des Anteils des austretenden Luftstroms entspricht.
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Alternativ
zu der Ausführungsform aus 5 zeigt 6 eine
besonders bevorzugte Ausführungsform des Freifallsimulators.
Hier sind die Umlenklamellen 27 in ihrer Gesamtheit radial
nach Innen verschiebbar. Im in 6 gezeigten
Zustand sind die ersten drei Umlenklamellen (hier und im Folgenden immer
radial von Innen nach Außen gezählt) innerhalb
eines Druckraums 43 angeordnet. Die vierte Umlenklamelle 27 verschließt
eine Öffnung 44 zwischen dem Druckraum 43 und
dem ersten Umlenkbereich 23.
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Der
Druck innerhalb des Druckraums 43 ist vorzugsweise so einstellbar,
dass zwischen dem Druckraum 43 und dem Luftführungskanal 4 eine
minimale Druckdifferenz vorliegt. Dadurch wird ein Druckverlust
innerhalb des Luftführungskanals minimiert.
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Die
Umlenklamellen sind in 6 um den 5-fachen Abstand zweier
nebeneinanderliegender Umlenklamellen 27 bezogen auf einen
Grundzustand (siehe 4) verschoben. Generell ist
es vorteilhaft, wenn die Umlenklamellen 27 jeweils um ein
Vielfaches (die Zahl 1 einschließend) des Abstandes
zweier Umlenklamellen 27 verschiebbar sind. Dadurch kann
erreicht werden, dass stets, d. h. in jedem beliebigen Zustand der
Gesamtheit der Umlenklamellen 27, die Öffnung 44 verschlossen
ist.
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Die
Gesamtheit der Umlenklamellen 27 wird durch einen Antrieb 42 in
Form eines Elektromotors radial verschoben.
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Wie
in 7 zu sehen, kann der Anteil des austretenden Luftstroms
auch durch ein Verschwenken einer oder auch mehrerer Umlenklamellen 27 erfolgen.
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8 zeigt
einen schematischen, horizontalen Schnitt durch eine alternative
Ausführungsform der Schwebekammer 15 mit Vorkammern.
Der Grundriss der Schwebekammer 15 mit einem Sicherheitsnetz 45 ist
achteckig. Die Schwebekammer 15 kann über einen Schwebekammer-Eingang 58 betreten
werden. Über einen Schwebekammer-Ausgang 59 kann
die Schwebekammer 15 wieder verlassen werden.
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Der
Schwebekammer-Eingang 58 sowie der Schwebekammer-Ausgang 59 trennen
die Schwebekammer 15 von einem Eingangsbereich 55 ab.
Der Eingangsbereich 55 ist von der Eingangshalle 35 (nicht
in 8 gezeigt) durch eine Luftschleuse 54 getrennt.
Die Luftschleuse 54 ist sowohl gegenüber dem Eingangsbereich 55 als
auch gegenüber der Eingangshalle 35 durch Schließvorrichtungen 56 luftdicht
abriegelbar. Seitlich an der Schwebekammer 15 befindet
sich weiterhin ein Kontrollbereich 57. In diesem Kontrollbereich 57 kann
die Schwebekammer 15 überwacht werden und zugleich
die Steuerung des Freifallsimulators kontrolliert werden.
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In
einer konkreten Weiterbildung umfasst der Freifallsimilator alternativ
oder zusätzlich eine Kühlvorrichtung, über
die ein Kühlmedium abkühlbar ist, welches den
Umlenklamellen zugeführt werden kann. In diesem Fall können
die Umlenklamellen aus Aluminium bzw. Aluminiumstrangpressprofilen
gefertigt sein. Die Umlenklamellen weisen einen Hohlraum auf, durch
den das Kühlmedium strömen kann. Denkbar ist es,
das Kühlmedium über Splitterplatten zuzuführen,
wobei diese Splitterplatten ebenfalls mit einem Hohlraum versehen
werden können. Bei dem Kühlmedium kann es sich
insbesondere um Wasser handeln, es ist aber vorstellbar, andere
Flüssigkeiten oder auch Gase oder auch Festkörper
mit vorteilhaften wärmeleitenden Eigenschaften einzusetzen.
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Die
Ausführungsform mit einer Kühlvorrichtung und
Umlenklamellen, welche einen Hohlraum aufweisen, eignet sich besonders
gut, die Lärmbelästigung der Umgebung zu reduzieren
und die Luft im Inneren des Freifallsimulators unter Umgebungstemperatur
abzukühlen. Der letztgenannte Aspekt ist besonders in heißen
Regionen vorteilhaft. Die mit einem Hohlraum versehenen Umlenklamellen übernehmen
also mindestens zwei Funktionen, nämlich einerseits die
Umlenkung des Luftstroms und andererseits die Abkühlung
desselben. Dadurch kann ein zusätzliches Bauteil zur Wärme-
bzw. Kälteübertragung eingespart werden, außerdem
werden zusätzliche Druckverluste, die durch separate in
den Luftstrom einzusetzende Kühlaggregate entstehen würden,
vermieden.
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An
dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebenen
Teile für sich alleine gesehen und in jeder Kombination,
insbesondere den in den Zeichnungen dargestellten Details als erfindungswesentlich
beansprucht werden. Abänderungen hiervon sind dem Fachmann
geläufig.
-
- 3
- Pfeil
- 4
- Luftführungskanal
- 10
- Erster
vertikaler Abschnitt
- 11
- Zweiter
vertikaler Abschnitt
- 12
- Erster
horizontaler Abschnitt
- 13
- Zweiter
horizontaler Abschnitt
- 14
- Aussparung
- 15
- Schwebekammer
- 16
- Untere Öffnung
- 17
- Obere Öffnung
- 18
- Unteres
Ende
- 19
- Oberes
Ende
- 20
- Seitenwand
- 21
- Düse
- 22
- Diffusor
- 23
- Erster
Umlenkbereich
- 24
- Zweiter
Umlenkbereich
- 25
- Dritter
Umlenkbereich
- 26
- Vierter
Umlenkbereich
- 27
- Umlenkvorrichtung
(Umlenklamelle)
- 28
- Luftauslassöffnung
- 29
- Begrenzung
- 30
- Lufteinlassöffnung
- 31
- Seitenwand
- 32
- Zweiter
Diffusor
- 33
- Gebläse
- 34
- Dritter
Diffusor
- 35
- Eingangshalle
- 36
- Sicherheitsnetz
- 37
- Luftauslassdiffusor
- 38
- Schließvorrichtung
- 39
- Verschiebeklappe
- 40a,
40b
- Abschnitt
- 41
- Führungslamelle
- 42
- Antrieb
- 43
- Druckraum
- 44
- Öffnung
- 45
- Sicherheitsnetz
- 52
- Verschiebeklappe
- 54
- Luftschleuse
- 55
- Eingangsbereich
- 56
- Schließvorrichtungen
- 57
- Kontrollbereich
- 58
- Schwebekammer-Eingang
- 59
- Schwebekammer-Ausgang
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 1964776
A1 [0005]
- - EP 1539572 B1 [0006]
- - WO 2006/012647 A2 [0007]