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Druckpumpenanlage für Gase.
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Gemäss vorliegender Erfindung gelangt ein Heissluftmotor zur Verwendung, bei welchem ein Verdränger innerhalb eines Zylinders hin-und herbewegt wird, welcher aussen an dem einen Ende mit einer Heiz- und am entgegengesetzten Ende mit einer Kühlvorrichtung versehen ist, wobei dieser Motor zum Antrieb einer Pumpe dient.
Die Erfindung bezweckt die Verbesserung ähnlicher Heissluftmotore und Druckanlagen.
Dieselbe zeichnet sich besonders durch einfache Konstruktion und hohe Leistungsfähigkeit aus, bei welcher eine teilweise oder vollständige Einstellung des Bedarfes an Druckgas oder aber die umgekehrte Wirkung eines ungewöhnlich starken Herabgehens des Druckes in der Verbrauchs- anlage lieder ein Stillstehen des Motors noch ein Rennen desselben verursacht.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Pumpenanlage, welche aus einer Pumpe und einem Heissluftmotor besteht. Der zylinder des letzteren ist mit einer durch den Verdränger betätigten Membran ausgerüstet, welche durch Zugorgane, d. h. nicht starr oder zwangsläufig, mit der Pumpe verbunden ist. Der Motor ist so eingerichtet, dass, infolge des im Zylinder erzeugten \acuums Luft oder Gas durch die Pumpe angesaugt wird.
Der Verdränger des Motors wird vermittels eines beweglichen Teiles desselben unter Kontrolle des Treibmittels innerhalb des Zylinders durch eine biegsame Verbindung betätigt, vermöge welcher die Bewegungen des Verdrängers und genannter Membran des Kolbens oder dergl, die gleiche Dauer erhalten, welche jedoch eine r erälldcrung in Bezug auf einander aus den im nachfolgenden näher bezeichneten Gründen gestattet.
Infolge der Veränderungen des absoluten Druckes innerhalb des Zylinders erhält, gemäss der Erfindung die im Vorstehenden erwähnte Membran eine kontinuierliche der Bewegung des Verdrängers folgende Bewegung; und wenn sich der Apparat in Tätigkeit befindet, ist die Anzahl der Hin- und Herbewegungen oder Stösse der Membran gleich der Anzahl der Hin-und Herbewegungen des Verdränger. Der Betrag jedoch, um welchen die Membran hinter, dem Ver- dranger beim gegenseitigen Verfolgen dieser beiden Teile während des Saughubes zurückbleibt, ändert sich mit der Belastung.
Bei vorliegender Erfindung ist die Motormembran mit der Pumpe durch ein Zugorgan, z. B. eine Kette, Seil oder dergl. gelenkige Verbindung, welche nur in einer Richtung Kräfte zu übertragen vermag, verbunden und die Pumpe ist so eingerichtet, dass ihr Hub in einer Richtung unter der Wirkung eines Gewichtes, einer Feder oder dergl. stattfindet. Eine Folge hiervon ist, dass die Betätigungsmembran, wenn die Anforderung an die Pumpe aufhört, sich verändert oder plötzlich steigt, zu arbeiten fortfährt, ohne auf den Pumpenkolben oder Membran einzuwirken und den Pumpenkolben oder die Membran durch einen solchen Teil der Bahn bewegt, als in bezug auf den veränderten Bedarf notwendig ist.
DerimVorstehendenerwähntegelenkigeVerbindungsmechanismusvonMotormembran
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Auf den beifolgenden Zeichnungen sind mehrere Ausfiihrungsformen der Erfindung veranschaulich, und es ist : Fig. 1 ein Längsschnitt durch einen mit einer Pumpe vereinigten Motor gemäss einer Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 eine ähnliche Ansicht gemäss einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 3 ist euHonzontaiachnitt durch einen Teil der elastischen Verbindungsvorrichtung für den Verdränger und die Membran, Fig. 4 ist ein Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, Fig. 5 ist eine teilweise Endansicht der Fig. 4, die zur Verwendung gelangende elastische Verbindung darstellend, Fig.
6 ist ein Längsschnitt in vergrössertem Massstabe der elastischen, bei den Ì. 1 Fig. 4 und 5 dargestellten Apparaten verwendeten
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vermittels eines ringförmigen Brenners b erhitzt und an seinem entgegengesetzten Ende entweder durch Ausstrahlung oder vermittels eines Wassermantels abgekühlt wird. Der Boden des Zylinders ist durch eine Membran d verschlossen, während das obere Ende desselben durch den Teil e verschlossen ist, der eine rohrförmige Verlängemng./trägt. Innerhalb des Zylinders befindet sich ein Verdränger oder Kolben g, welcher vermittels einer elastischen Vorrichtung mit einem, den Schwankungen des absoluten Druckes innerhalb des Zylinders ausgesetzten Teil des Apparates verbunden ist.
In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung trägt der Verdränger eine durch eine Stopfbüchse am oberen Teil der Verlängerung f hindurchführende Stange h, welche von einer über ein Rad p gehende Kette l herabhängt, welche an ihrem Ende mit einem Gegengewicht t versehen ist. Die röhrenförmige Verlängerung steht in Verbindung mit einer Kammer i, die an ihrem oberen Fnde durch eine Membran j verschlossen ist. Die elastische Verbindung setzt sich aus folgenden Teilen zusammen : Eine Stange c verbindet die Membran j mit einem drehbar gelagerten Hebel k, dessen Ende vermittels einer Stange m mit einem Ende eines oszillierenden Hebels n verbunden ist, welcher mit dem anderen Ende auf der'Velle 0 deR Ketten- rades p drehbar gelagert ist.
Auf dem Hebel n ist ein Zahnrad oder ein Quadrant q frei gelagert welcher mit einem auf der Welle o sitzenden und mit dem Kettenrad p in Antriebsverbindung stehenden Rad r kämmt. Eine auf der Welle o und dem Zahnrad q bei 20 befestigte Feder s voll-
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Die Membran d des Motors ist mit einem Pumpenteil verbunden, welcher eine Membran oder ein Kolben sein kann, im vorliegenden Falle als Membran !,'ausgebildet ist und ein muldenförmiger Pumpengehäuse w verschliesst. Die Membran v ist fortwährend durch ein Gewicht oder durch eine Feder x belastet, welche sich gegen einen Querbalken y und einen am Rahmen drehbar gelagerten und an einem von der Membran v getragenen Kreuzkopf 9 befestigten Hebel 7 anlegt.
Die Verbindung zwischen den Arbeitsteilen des Motors und der Pumpe ist derartig, dass die durch Vacuum
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Fortsetzung der nach innen gehenden Bewegung der Membran d gestattet, nachdem die Bewegungskraft Infolge dieser nach innen gehenden Bewegung der Membran d und der dadurch bewirkten Verminderung des Zylinderfassungsvermögens beträchtlich abgenommen hat, während die Verbindung gleichzeitig ein Weiterlaufen des Motors gestatten muss, auch wenn die Pumpe nicht
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der Membran d und an einem Paar Gelenkhebeln 3, 4 befestigten Glied 2, von deren mittleren
Drehpunkten Gelenke 6 herabhängen, deren untere Enden mit Langlöchern 7 versehen sind, durch welche der Stift 8 des Krenzkopfes 9 hindurchgeht.
Anstatt die Verbindung vermittels
Schlitzes 7 gelenkig, d. h. nicht starr zu machen, kann auch jedes andere Mittel hierzu verwendet werden, wodurch ein Stillstehen des Motors durch die Pumpe verhindert wird, wenn der Bedarf
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durch das, in dem Motorzylinder in der im Nachstehenden beschriebenen Weise erzeugte Vacuum t an, gehoben wird, hebt sich auch die Pumpenmembran v und die Luft bezw. das Gas wird durch das Ventil 11 angesaugt. In dem Masse, wie die Membran d sich hebt, wird der durch die Gelenk- hebel erzielte mechanische Vorteil mehr und mehr bestrebt sein, die infolge des Herabgehens des Ya l. uums im Motor hervorgerufene verminderte Zugwirkung zu unterstützen.
Die durch
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I und durch einen Kanal Jo mit einer Vorrichtung zum Verhindern des Pulsieren, welche bbp ! ti- weisc aus einer von eine"Feder beeinflussten Membran 16 besteht, welche den elastischen Boden einer Kammer bildet, deren oberes Ende eine nach oben durchgebogene Platte 17 bildet. Ein geeignetes, für diese Ausführungsform der Erfindung zu verwendendes Rückströmventil ist in
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Das Ventil ist an einer Membran 23 befestigt, welche den Einwirkungen des Hochdruckgases ausgesetzt ist.
Der Motor arbeitet in der folgenden Weise : Die Wärme des ringförmigen Brenners b verursacht eine Expansion des anfänglichen Luftvolumens im Zylinder und eine kleine Druckzunahme welche sich an der Membran j bemerkbar macht, wodurch der Hebel k angehoben und letzterer, durch die elastische Verbindung bestrebt sein wird, den Verdränger nach dem erwähnten Ende des Zylinders hin zu verdrängen. Die in Bewegung gesetzten Teile erhalten ein die Bewegung förderndes Moment, wodurch der Verdränger die Verschiebung eines Volumens erwärmter Luft von dem oberen Ende des Zylinders nach dem unteren abgekühlten Ende hin bewirkt. Hierdurch wird ein Vakuum erzeugt, welches, da es sich an der Membran j bemerkbar macht, die Bewegung des Verdrängers und der zugehörigen Teile aufhebt, bezw. eine Bewegung in entgegengesetzter Richtung bewirkt.
Diese Umkehrung bringt aber wiederum einen geringen Druck hervor. Hiermit ist der Kreislauf der Operation beendet. Um zu verhindern, dass das Spiel aussergewöhnlich gross wird, ist das Rad p mit Einhaltestiften 13 versehen, und da der Saughub mächtiger ist, kann die normale Lage des Verdrängers so angeordnet werden, dass derselbe sich nur um ein Geringes über diesen Punkt hinaus anheben, aber auf eine beträchtliche Strecke unter demselben herab-
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Um nun die Wirkungsweise der oben erwähnten elastischen Verbindung noch näher zu beschreiben, so wird auf die zu Fig. 1 gehörenden Nebenfiguren verwiesen, von denen Fig. 1 a die ungefähre Stellung der Teile des Apparates gerade beim Anlassen desselben darstellt. Es wird angenommen, dass der Druck im Zylinder allmählich steigt und dadurch die Membran j nach aufwärts drückt. Sobald sich jedoch die Membran) nach aufwärts bewegt, verursacht dieselbe ein Aufwärtsbewegen des Verdrängers (siehe Fig. 1b, welche die Membran in ihrer obersten Stellung veranschaulicht).
Obwohl die Membran aufgehört hat, sich nach oben zu bewegen
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dem Kettenrad und den Rädern r und q sich um eine kleine Strecke in der durch die Pfeile 10, us angedeuteten Richtung weiter zu drehen, bis der Befestigungspunkt 20 für die Feder ungefähr die in punktierte Linien gezeichnete Stellung 200 eingenommen hat. Unmittelbar bevor der Punkt 20 die in Fig. lb gezeichnete Stellung einnimmt, beginnt die Membran j sich nach unten zu bewegen, da die heisse Luft von dem erhitzten Ende des Zylinders nach dem kalten Ende desselben verdrängt worden ist, wodurch ein Vakuum gebildet wird.
Nachdem sich die Membran eine kurze Strecke nach unten bewegt hat, nehmen die verschiedenen Teile ungefähr die in Fig. 1c veranschaulichte Stellung ein. Der Verdränger hat hier gerade seine Abwärtsbewegung begonnen, obgleich sich die Membran j schon eine beträchtliche Strecke nach unten bewegt hat. Diese Wirkung wird durch die elastische Verbindung hervorgerufe) !. Fig. la stellt die ungefähre Stellung der Teile dar, in dem Augenblicke, wenn die Membran j ihre unterste Steliung erreicht hat.
Obwohl sich die Membran nicht weiter na, h unten bewegt, ermöglicht die Trägheit des Verdrängers und seines Gegengewichtes t, sowie die kleine in der Feder s aufgespeicherte Energie, dem Ver-
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Stellung erreicht hat, beginnt der Druck zu steigen und fängt an, die Membran j nach aussen, d. h. nach oben zu drücken, wie dies aus Fig. le ersichtlich ist. Der Kreislauf ist vollendet, wenn die Membran j und die übrigen Teile die in Fig. lf veranschaulichte Stellung erreicht haben.
Beim Anlassen des Motors, wenn der Verdränger noch nicht die volle Grösse seiner Be- wegungsbahn erreicht hat, kann es vorkommen, dass das auf die Motonnembran deinwirkende Vakuum nicht genügt, um die auf der Pumpenmembran v befindliche Last anzuheben. Die Feder-
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tindet. Nach Verlauf einer gewissen Zeit ist ein genügend hohes Vakuum zwecks Uberwindens der Belastung erreicht worden und die Motormembran folgt nunmehr den Bewegungen des Ver- drängers, indem dieselbe sich beim Saughub in die Höhe hebt und dadurch die Pumpenmembran entgegen dem Druck der Feder anhebt und alsdann infolge des durch die Kraft der Feder oder des Gewichtes bewirkten Druckhubes der Pumpe herabgeht.
Wenn die von der Pumpe den Ver- brauchsstellen unter Druck zugeführte Lu ; t bezw. das Gas nicht gänzlich verbiaucht wird, wird die Luft bezw. das Gas vermittels des Rückstromventiles dem Einlassrohr wieder zugeführt, wodurch den Membranen t'und d gestattet ist in die tiefe Lage zurückzukehren. Es ist kIf. dass falls ein Rückströmventil fehlt, die Pumpenmembran in ihrer erhöhten Lage verharren wird, wenn die Verbrauchsstellen ihre Anforderungen an die Pumpe einstellen, wodurch das Gewieht. ez'. die Feder x einen konstanten Druck in der Pumpe aufrecht erhält, ohne die Pumpenmembran
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dem Verdränger elastisch verbunden wird.
Eine derartige biegsame Verbindung wird den gegebenen Verhältnissen angepasst, während die übrigen Teile des Motors, sowie der Pumpe unverändert bleiben.
Eine geeignete Ausführungsform der biegsamen Verbindung, für den Fall, dass ein Rück- atrömventi ! nicht verwendet wird, ist in der Fig. 2 veranschaulicht.. Der Hebel k ist nahe seiner Mitte drehbar gelagert und nahe seinem äusseren Ende durch ein aus einer Kette und Führungs-
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Richtung hervorzubringen, wenn kein Vakuum mehr im Zylinder vorhanden ist.
Die Feder s ist an einem, über dem Drehmittelpunkt 31 des Rades q hinausliegenden Punkt 20 befestigt, welcher beim Heben und Senken des inneren Hebels n, und der dadurch bedingten Rollung des Rades q auf dem Rade r eine verkürzte epizykloidische Bahn beschreibt, so dass, falls der Befestigungspunkt sich über der durch den Mittelpunkt des Rades q gelegten Horizontalebene befindet, die Feder s derart gespannt ist, dass sich das Rad r sowie das Kettenrad p in der Richtung drehen, welche dem Herabgehen des Verdrängers entspricht.
Dieses Herabgehen des Verdrängers hebt das Vakuum im Zylinder auf, sowie den auf'das Gelenk 25 ausgeübten Zug und gestattet der Feder 28 die Bewegung des Hebels n umzukehren, bis die Drehbewegung des Rades q den Befestigungspunkt 20 der Feder soweit herunterbringt, dass die Feder s sich unterhalb der Achse 31 befindet. Infolge dieser Anordnung folgt die Membran d immer mit grösserem oder kleinerem Abstand hinter dem Verdrängerkolben g her, oder sie bewegt sich vor ihm her. In beiden Fällen jedoch findet eine abwechselnde Aufspeieherung und Ausgabe von Energie in bezw. durch die Feder statt. Fig. 4-6 veranschaulichen abgeänderte Ausführungsformen des Apparates und der elastischen Verbindung.
Bei dieser elastischen Verbindung besteht das federnde Element aus einer in dem Gehäuse 34 untergebrachten Uhrfeder 33 (Fig. 6), deren eines Ende am Gehäuse 34 und deren anderes Ende am Kettenrad J5 befestigt ist, auf welchem die obere Kette des Gelenkes 25 angebracht, bezw. aufgewickelt wird.
Das Kettenrad 35 besitzt eine Sperrklinke 36, die mit einem. auf dem Gehäuse 38 ausgebildeten Sperrad 37 in Eingriff steht und unter Vermittlung der der Feder s entsprechenden und an der entgegengesetzten Seite dieses Gehäuses angebrachten Uhrfeder 39 das ebenfalls um die Achse 42 drehbare Zahnrad 41 stets in einer Richtung weiter dreht.
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klinke 36 zurückgestossen und eine Feder aufgewunden, deren Spannung zur Wirkung gelangt, wenn die auf das Gelenk 25 ausgeübte Zugwirkung nachlässt und ein Aufwinden der Feder J9 erfolgt, die sich stets in einer Richtung dreht, während die in derselben aufgespeicherte Spannung zurRückbewegungdesVerdrängersdient,
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Falls keine Entnahme von Druckluft aus der Pumpe stattfindet, nachdem die Membran derselben angehoben worden ist. findet kein Stillstehen des Motors statt, da die Schlitze/in
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des Motors von denen der Pumpe Gewähr leisten.
Wenn die Antricbsmaschine nur in geringem Masse belastet ist, d. h. wenn die Pumpen- membran nur um einen kleinen Teil ihrer Gesamtarbeitshube angehoben zu werden braucht,
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bleiben, bis letztere einen genügend grossen Weg zurückgelegt hat, um dasjenige Vakuum zu erzeugen, welches notwendig ist, um die Pumpenmembran bis zu ihrer maximalen Höhe zu heben.
Die zwischen dem Verdränger und der Membran vorgesehene, dem inneren Drub sel ausgesetzte, elastische Verbindung gestattet ein selbsttätiges Einstellen der Motorkraft und der jeweiligen Last zu einander und verhindert ein Rennen des Motors, wenn die Last gering und ein Stillstehen, bezw. stark verlangsamtes Laufen desselben, wenn die Last gross ist.
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Aus vorstehendem ist zu ersehen, dass bei allen beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung die in Zeiträumen erfolgende Bewegung eines im Innern des Zylinders erfolgenden Druokwechsels ausgesetzten Maschinenteiles eine Hin-und Herbewegung des Verdrängers unter Zuhilfenahme einer elastischen Verbindung derart bewirkt, dass die Zeitdauer beider beweglicher Teile gleich gehalten wird, jedoch Veränderungen der Phase oder der Entfernung der Membran von dem Verdränger bei dem Hintereinanderbewegen oder gegenseitigen Verfolgen dieser beiden Teile gemäss der Veränderlichkeit der Last selbsttätig erfolgen kann.
Wenn zwischen dem Verdränger und den Betätigungsteilen desselben eine starre Verbindung vorgesehen wäre, würde dieses Ergebnis nicht erzielt werden können und da während des Arbeitens des Motors praktisch dieselbe Ladung des elastischen Treibmittels in dem Zylinder verbleibt, würde die Verwendung einer starren Verbindung ein Aufhören der Bewegung zur Folge haben.
Wenn der Verdränger in seinem Zylinder herabsinkt, mag derselbe für eine kurze Zeitdauer die Membran beinahe berühren, wodurch irgend ein Spielraum kaum gelassen wird, so dass das ganze Luftvolumen nach dem Oberteil des Zylinders gedrängt wird, woselbst dasselbe auf eine viel höhere Temperatur gebracht werden kann, als dies statthaft wäre, wenn dasselbe in erhitztem Zustande mit dem Kolben eines Zylinders in direkte Berührung gebracht werden würde, wie dies bei den gewöhnlichen Heissluftmaschinen der Fall ist. Ausserdem werden die in letzterem Falle durch den fortwährenden Temperaturwechsel im Zylinder bedingten Wärmeverluste vermieden und da nur das durch Kondensation hervorgerufene Vakuum verwendet wird, kommt nur kalte Luft mit der Membran in Berührung.
Dieser Apparat kann deshalb auch unter einer Temperatur arbeiten, welche ausserhalb des Temperaturbereiches vieler Heissluftmaschinen liegt. Es ist eben so einleuchtend, dass, da bei den bisher zur Verwendung gelangten Apparaten Luft oder Gas in einen Verdränger-Zylinder eingesaugt worden ist, und darauf durch Ausdehnung eines Teiles dieser Luft oder solcher Gase durch Hitze ausgetrieben wurde, die
Saugkraft unbenutzt geblieben ist und somit eine Kraftverschwendung stattgefunden hat.
Bei den in bezug auf die Fig. 1-6 beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung wird der obere Teil des Zylinders der Wärmewirkung ausgesetzt und der Unto-tel desselben gekühlt.
Weitere Verluste, wie solche durch Aufsteigen der Hitze von einem unteren Niveau nach einem höher gelegenen hervorgerufen werden und wie dies bei manchen Arten der Heissgasmotore der
Fall ist, werden somit vermieden. Für die vorliegende Erfindung ist es jedoch unbedingt erforderlich, dass diese Wärmeverteilung strenge inne gehalten wird und so ist in Fig. 7 eine Druckpumpen- anlage gemäss vorliegender Erfindung veranschaulicht, bei welcher die Anordnung eine um- gekehrte ist, so dass der Unterteil des Zylinders durch Brenner 60, welche zweckmässig von der
Hochdruckleitung gespeist werden, der Hitzewirkung ausgesetzt sind, während das obere Ende des Zylinders gekühlt wird.
Die Pumpenmembran befindet sich oberhalb des Verdrängerzylinders und eine, der schon beschriebenen, elastischen Verbindung ähnliche Federvorricbtung ist durch die Grundplatte 61 des Brenners hindurchgeführt, wobei die, den bereits beschriebenen Teilen entsprechenden Elemente der Fig. 7 mit denselben Bezugszeichen versehen worden sind. Dem
Verdränger wird durch ein Gewicht t das Gleichgewicht gehalten. Letzteres bewegt sich in
Führungen und sitzt auf einer Stange 62, an deren Ende die Kette 1 befestigt ist, welche über das Kettenrad p nach der Verdrängerstange führt. Geeignete Konsolen oder Füsse sind an der
Anlage vorgesehen, um dieselbe in der Vertikalstellung zu unterstützen.
Wenn Druckluft zugeführt wird, kann dieselbe zur Aufnahme von Petroleumdampf oder einer ähnlichen zerstäubten Flüssigkeit für Leucht-oder Heizzwecke in demselben Masse wie Steinkohlengas verwendet werden oder aber, der Saughub des Apparates kann Luft von einem Karburator ansaugen und die Mischung alsdann unter Druck auf die Leitung verteilen.
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