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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verdampfen von
Flüssigkraftstoff.
Der verdampfte Kraftstoff wird verschiedenen Arten von Brennern,
Verbrennungsmotoren oder ähnlichen
Vorrichtungen zugeführt.
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Verdampfer
für Flüssigkraftstoff
zum Zuführen
von verdampften Kraftstoff zu Brennern oder dergleichen sind bekannt
und offenbart beispielsweise in
JP 6-265 111 A und
JP 4-177 011 A . Der in diesen Veröffentlichungen
offenbarte Verdampfer weist eine Verbrennungskammer, in der Flüssigkraftstoff
verbrannt wird, und eine Verdampfungskammer auf, in der Flüssigkraftstoff
mittels der in der Verbrennungskammer erzeugten Wärme erhitzt
und verdampft wird. Beide Kammern sind separat ausgebildet, und die
Verdampfungskammer ist stromabwärts
der Verbrennungskammer angeordnet. Der Flüssigkraftstoff wird sowohl
der Verbrennungskammer also auch der Verdampfungskammer von jeweiligen
Kraftstoff-Injektoren
aus zugeführt.
Weil beide Kammern separat hergestellt sind und weil zwei Kraftstoff-Injektoren
bei dieser Bauweise notwendig sind, ist die Vorrichtung sperrig
und kostspielig und nicht leicht an einer Vorrichtung anzubringen,
der verdampfter Kraftstoff zugeführt
wird.
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DE 2 453 469 A beschreibt
einen Ölverdampfungsbrenner,
bei welchem das Öl
vor der Verbrennung vergast wird.
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JP 55003505 A beschreibt
einen Verdampfer für
Flüssigkraftstoff,
bei welchem die Verdampfung über
Zufuhr elektrischer Energie erfolgt.
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US 3 914 096 beschreibt
einen Verdampfer für
Flüssigkraftstoff,
bei welchem zwei Brennstoff-Injektoren hintereinander angeordnet
sind.
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Die
vorliegende Erfindung ist in Hinblick auf die oben angegebenen Probleme
gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
verbesserten Verdampfer für
Flüssigkraftstoff
zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch den Verdampfer gemäss Anspruch 1 gelöst, bei
dem sowohl die Verbrennungskammer als auch die Verdampfungskammer
in einem Gehäuse
untergebracht sind und ein einziger Kraftstoff-Injektor zum Zuführen von
Kraftstoff zu beiden Kammern verwendet wird.
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Ein
Verdampfer für
Flüssigkraftstoff
gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst ein Gehäuse, eine
Verbrennungskammer, eine Verdampfungskammer und einen Kraftstoff-Injektor.
Sowohl die Verbrennungskammer als auch die Verdampfungskammer sind
in einem Gehäuse
angeordnet, und Flüssigkraftstoff,
beispielsweise Benzin, wird von einem gemeinsamen Kraftstoff-Injektor
aus den beiden Kammern zugeführt.
Der der Verbrennungskammer zugeführte
Flüssigkraftstoff
wird zur Erzeugung von Wärme
verbrannt. Der der Verdampfungskammer zugeführte Flüssigkraftstoff wird mittels
der in der Verbrennungskammer erzeugten Wärme erhitzt und verdampft.
Der verdampfte Kraftstoff wird einer Vorrichtung, beispielsweise
einem Brenner, der mit dem Verdampfer für Flüssigkraftstoff verbunden ist,
zugeführt.
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Vorzugsweise
sind sowohl die Verbrennungskammer als auch die Verdampfungskammer zylindrisch
gestaltet, wobei die Verbrennungskammer koaxial innerhalb der Verdampfungskammer
angeordnet ist und beide Kammern über einen Kanal für verbranntes
Gas miteinander verbunden sind. Das verbrannte Gas in der Verbrennungskammer
wird der Verdampfungskammer über
den Kanal für
das verbrannte Gas zugeführt
und heizt den Flüssigkraftstoff in
der Verdampfungskammer auf, um den dort befindlichen Flüssigkraftstoff
zu verdampfen. Der Kanal für das
verbrannte Gas dient zum Einführen
des verbrannten Gases in die Verdampfungskammer und zur Verhinderung
des Eintretens der Verbrennungsflamme in die Verbrennungskammer.
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Vorzugsweise
ist eine Injektorplatte mit einem Satz kleiner Löcher und einem weiteren Satz großer Löcher an
dem Kraftstoff-Injektor angebracht. Der durch die kleinen Einspritzlöcher eingespritzte Kraftstoff
wird in kleinere Partikel aufgespalten und dann der Verbrennungskammer
zugeführt,
wodurch die Zündfähigkeit
des Kraftstoffs in der Verbrennungskammer verbessert wird. Der durch
die großen Einspritzlöcher eingespritzte
Kraftstoff wird der Verdampfungskammer direkt zugeführt.
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Der
Flüssigkraftstoff
kann durch einen einzigen Satz von Einspritzlöchern eingespritzt und beiden
Kammern zugeführt
werden. In diesem Fall ist ein Kraftstoff-Aufprallblock rund um
den Injektor herum angeordnet, sodass ein Teil des Flüssigkraftstoffs mit dem
Block zusammentrifft, wobei er in kleine Partikel aufgespalten wird
und dann die kleinen Partikel des Kraftstoffs der Verbrennungskammer
zugeführt werden,
um die Zündfähigkeit
zu verbessern. Andererseits wird der Flüssigkraftstoff direkt der Verdampfungskammer
zugeführt,
ohne mit dem Block zusammenzutreffen. Ein Kraftstoff-Absorber kann
an dem Kraftstoff-Aufprallblock vorgesehen sein, sodass Flüssigkraftstoff,
der an dem Block anhaftet, bei seinem Zusammentreffen mit dem Block
vorübergehend absorbiert
und durch die Wärme
aus der Verbrennungskammer verdampft wird. Eine Reihe von Vertiefungen
und Vorsprüngen
kann anstelle des Kraftstoff-Absorbers für den gleichen Zweck ausgebildet sein.
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Das
Verhältnis
von Luft zu Kraftstoff in der Verbrennungskammer wird in einem brennbaren
Bereich geregelt, während
das Verhältnis
von Luft zu Kraftstoff in der Verdampfungskammer in einem Bereich
geregelt wird, der außerhalb
des brennbaren Bereichs liegt, um so sicherzustellen, dass in der
Verdampfungskammer keine Verbrennung auftritt. Alternativ kann das
verbrannte Gas, das von der Verbrennungskammer aus der Verdampfungskammer
zugeführt
wird, durch Kühlen
mit Luft auf eine Temperatur niedriger als der Level abgekühlt werden,
bei der der Kraftstoff in der Verdampfungskammer gezündet wird.
Eine Mischung aus brennbarem Flüssigkraftstoff
und nicht-brennbarem Fluid kann sowohl der Verbrennungskammer als
auch der Verdampfungskammer anstelle von Flüssigkraftstoff zugeführt werden,
um eine Verbrennung des verdampften Kraftstoffs in der Verdampfungskammer
zu verhindern.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die Gesamtstruktur des Verdampfers für Flüssigkraftstoff vereinfacht,
weil sowohl die Verbrennungskammer also auch die Verdampfungskammer
gemeinsam in einem Gehäuse
untergebracht sind und ein einziger Injektor Kraftstoff beiden Kammern
zuführt.
Weiter ist die Verbrennung von verdampftem Kraftstoff in der Verdampfungskammer
garantiert verhindert.
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Weitere
Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich leichter
auf Grund eines besseren Verständnisses
der bevorzugten Ausführungsformen,
die nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben
werden, in denen zeigen:
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1 eine
Schnittansicht mit der Darstellung der Gesamtstruktur eines Verdampfers
für Flüssigkraftstoff
einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2A eine
Draufsicht mit der Darstellung einer bei der ersten Ausführungsform
verwendeten Kraftstoff-Injektorplatte;
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2B eine
Schnittansicht mit der Darstellung der Kraftstoff-Injektorplatte entlang
der Linie IIB-IIB in 2A;
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3 eine
Teil-Schnittansicht mit der Darstellung des oberen Bereichs des
Verdampfers, in dem ein Kraftstoff-Injektor und eine Zündkerze
eingebaut sind;
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4B und 4B Schnittansichten
mit der Darstellung eines Verdampfers für Flüssigkraftstoff als eine zweite
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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5 eine
Schnittansicht mit der Darstellung einer Anordnung eines Verdampfers
für Flüssigkraftstoff
als eine dritte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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6A, 6B und 6C Zeichnungen mit
der Darstellung eines Kraftstoff-Aufprallblocks, der bei der dritten
Ausführungsform
verwendet wird;
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7 eine
Schnittansicht mit der Darstellung einer modifizierten Form des
Kraftstoff-Aufprallblocks;
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8 eine
Schnittansicht mit der Darstellung einer weiteren modifizierten
Form des Kraftstoff-Aufprallblocks;
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9 eine
Schnittansicht mit der Darstellung einer noch weiteren modifizierten
Form des Kraftstoff-Aufprallblocks;
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10 eine
Schnittansicht mit der Darstellung eines Verdampfers für Flüssigkraftstoff
als eine vierte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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11 eine
Schnittansicht mit der Darstellung einer modifizierten Form der
vierten Ausführungsform;
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12 eine
Schnittansicht mit der Darstellung eines Verdampfers für Flüssigkraftstoff
als eine fünfte
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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13 eine
Schnittansicht mit der Darstellung eines Verdampfers für Flüssigkraftstoff
als eine sechste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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14 eine
Schnittansicht mit der Darstellung einer modifizierten Form der
sechsten Ausführungsform;
und
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15 eine
Schnittansicht mit der Darstellung eines Verdampfers für Flüssigkraftstoff
als eine siebte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Nachfolgend
wird eine erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 3 beschrieben.
Der in 1 dargestellte Verdampfer 1 für Flüssigkraftstoff
wird zum Zuführen
von verdampftem Kraftstoff zu einem Verbrennungsmotor verwendet,
kann jedoch auch für
andere Zwecke, beispielsweise zum Zuführen von verdampftem Kraftstoff
zu einer Brennereinrichtung, verwendet werden. Der Verdampfer 1 für Flüssigkraftstoff besteht
aus: einem zylindrischen Gehäuse 7,
in dem alle Bauteile untergebracht sind; aus einem inneren Zylinder 3 zur
Ausbildung einer Verbrennungskammer 2 im Inneren; aus einem äußeren Zylinder 5,
der außenseitig
des inneren Zylinders 3 mit einem dazwischenliegenden Raum
angeordnet ist; aus einem Kanal 4 für verbranntes Gas, der zwischen
dem inneren Zylinder und dem äußeren Zylinder 3 bzw. 5 ausgebildet
ist; aus einer Verdampfungskammer 6, die zwischen dem äußeren Zylinder 5 und
dem Gehäuse 7 ausgebildet
ist; aus einem elektromagnetischen Kraftstoff-Injektor 10,
der an dem Oberteil des Verdampfers angebracht ist; aus ersten Luft-Einspritzanschlüssen 14 zum
Zuführen
von Luft in die Verbrennungskammer 2; und aus zweiten Luft-Einspritzanschlüssen 15 zum
Zuführen
von Luft in die Verdampfungskammer 6.
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Der
innere Zylinder 3 ist an seinem oberen Ende offen und weist
untere Öffnungen 8 an
seiner zylindrischen Wand in der Nähe des unteren Endes auf. Das
verbrannte Gas, das in der Verbrennungskammer 2 verbrannt
worden ist, wird in den Kanal 4 für das verbrannte Gas durch
die unteren Öffnungen 8 hindurch
eingeführt.
Der äußere Zylinder 5 ist
koaxial zu dem inneren Zylinder 3 angeordnet, wobei zwischen
diesen der Kanal 4 für
das verbrannte Gas gebildet ist, und weist obere Öffnungen 9 in
einer Position in der Nähe
des oberen Endes auf. Das verbrannte Gas wird in die Verdampfungskammer 6 durch
die oberen Öffnungen 9 hindurch
eingeführt. Das
verbrannte Gas in der Verbrennungskammer 2 strömt durch
die unteren Öffnungen 8 hindurch
in den Kanal 4 für
das verbrannte Gas aus und strömt
von dem Brenngas-Kanal 4 aus in die Verdampfungskammer 6 durch
die oberen Öffnungen 9 hindurch aus.
Der Kanal 4 für
das verbrannte Gas dient als ein Kanal zum Führen des Brenngases in die
Verdampfungskammer 6 und als eine Flammen-Auffangeinrichtung
zur Verhinderung des Eintritts der Flamme in der Verbrennungskammer 2 in
die Verdampfungskammer 6 hinein.
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Das
Gehäuse 7 ist
zylindrisch gestaltet, wobei sein oberes Ende geschlossen und sein
unteres Ende offen ist. Der elektromagnetische Kraftstoff-Injektor 10 ist
an dem geschlossenen oberen Ende des Gehäuses 7 angebracht.
Flüssigkraftstoff,
beispielsweise Benzin, Leichtöl,
Kerosin oder Methanol, wird sowohl der Verbrennungskammer 2 als
auch der Verdampfungskammer 6 zugeführt. Verdampfter Kraftstoff
strömt
von dem Gehäuse 7 aus
durch sein offenes unteres Ende hindurch. Eine Kraftstoffpumpe ”P” ist mit
dem Kraftstoff-Injektor 10 zum Zuführen von unter Druck gesetztem
Kraftstoff zu dem Kraftstoff-Injektor 10 verbunden. Der
Flüssigkraftstoff
wird der Kraftstoffpumpe von einem Kraftstoffbehälter ”F” zugeführt. Der Kraftstoff-Injektor 10 spritzt
den Kraftstoff entsprechend diesem zugeführter elektrischer Signale
ein.
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Der
Kraftstoff-Injektor 10 weist eine Injektorplatte 11 auf,
die an seinem unteren Ende angeordnet ist. Einzelheiten der Injektorplatte 11 sind
in 2A und 2B dargestellt,
wobei 2A eine Draufsicht zeigt und 2B eine
Schnittansicht entlang der Linie IIB-IIB in 2A zeigt.
Erste Einspritzlöcher 12 zum
Einspritzen von Kraftstoff in die Verbrennungskammer 2 und
zweite Einspritzlöcher 13 zum
Einspritzen von Kraftstoff in die Verdampfungskammer 6 sind
in der Injektorplatte 11 ausgebildet. Die ersten Einspritzlöcher 12 sind
entlang eines kleinen inneren Kreises ausgebildet, während die
zweiten Einspritzlöcher 13 entlang
eines großen äußeren Kreises
ausgebildet sind. Wie in 2B dargestellt ist,
bilden die ersten Einspritzlöcher 12 einen
kleineren Einspritzwinkel α zum
Einspritzen von Kraftstoff in Richtung zu der Verbrennungskammer 2 hin,
die innenseitig der Verdampfungskammer 6 angeordnet ist,
während
die zweiten Einspritzlöcher 13 einen
größeren Einspritzwinkel β zum Einspritzen
von Kraftstoff in Richtung zu der Verdampfungskammer 6 hin bilden.
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Die
Lochgröße der ersten
Einspritzlöcher 12 ist
kleiner als diejenigen der zweiten Einspritzlöcher 13. Entsprechend
wird Flüssigkraftstoff ”A” in Form von
kleinen Partikeln der Verbrennungskammer 2 zugeführt, und
wird Flüssigkraftstoff ”B” mit großen Partikeln
der Verdampfungskammer 6 zugeführt, wie in 1 dargestellt
ist. Wie in 3 dargestellt ist, ist eine
Zündkerze 17 an
dem oberen Bereich des Gehäuses 7 in
der Nähe
des Kraftstoff-Injektors 10 eingebaut, und ist ihre Zündspitze ”X”, an der
der Kraftstoff ”A” kleiner
Partikelgröße, der
von den ersten Einspritzlöchern 12 aus
eingespritzt wird, gezündet wird,
innerhalb des Einspritzwinkels α angeordnet. Daher
wird der Kraftstoff an der Zündspitze ”X” wirksam
gezündet.
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Erste
Luft-Einspritzanschlüsse 14 sind
an dem oberen Bereich des Gehäuses 7 installiert,
sodass Luft, die von einer Luftpumpe ”P” stammt, in die Verbrennungskammer 2 durch
die ersten Luft-Einspritzanschlüsse 14 hindurch
eingeblasen wird. Zweite Luft-Einspritzanschlüsse 15 sind an dem
Gehäuse 7 so
installiert, dass Luft in die Verdampfungskammer 6 in Richtung
zu ihrem offenen unteren Ende hin geblasen wird, wodurch der verdampfte
Kraftstoff in der Verdampfungskammer 6 herausgedrückt wird.
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Die
Arbeitsweise des oben beschriebenen Verdampfers 1 für Flüssigkraftstoff
wird nachfolgend beschrieben. Flüssigkraftstoff ”A” mit kleiner
Partikelgröße wird
in Richtung zu der Verbrennungskammer 2 hin eingespritzt.
Der Kraftstoff wird an der Zündspitze ”X” gezündet und
in die Verbrennungskammer 2 eingeblasen, wo der Kraftstoff
verbrennt. Verbranntes Hochtemperatur-Gas in der Verbrennungskammer 2 strömt von dort
aus aus und wird der Verdampfungskammer 6 über die
unteren Öffnungen 8,
den Kanal 4 für
das verbrannte Gas und die oberen Öffnungen 9 zugeführt. Andererseits
wird Flüssigkraftstoff ”B” mit großer Partikelgröße der Verdampfungskammer 6 von
deren oberen Bereich aus zugeführt. Der
Flüssigkraftstoff
wird dem heißen
Brenngas in der Verdampfungskammer 6 ausgesetzt, und hierdurch
wird der Flüssigkraftstoff
erhitzt und verdampft. Der verdampfte Kraftstoff wird nicht gezündet, weil die
Zündspitze ”X” in einem
Abstand von dem verdampften Kraftstoff angeordnet ist. Der verdampfte Kraftstoff
wird durch das offene untere Ende des Gehäuses 7 hindurch entlang
des Luftstroms herausgedrückt,
der von den zweiten Luft-Einspritzanschlüssen 14 aus zugeführt wird,
und wird einer Einrichtung, beispielsweise einem Brenner, zugeführt, der mit
dem Verdampfer 1 verbunden ist.
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Weil
der verdampfte Kampfkraftstoff der Vorrichtung, die mit dem Verdampfer 1 verbunden
ist, zugeführt
wird, wird der Kraftstoff in der Vorrichtung vollständig verbrannt,
wodurch eine von der Vorrichtung ausgehende gefährliche Emission verhindert
ist. Weil die Verbrennungskammer 2 und die Verdampfungskammer 6 gemeinsam
in dem Gehäuse 7 ausgebildet
sind, ist die Struktur des Verdampfers 1 vereinfacht, und
wird der Kraftstoff in der Verdampfungskammer 6 gleichmäßig erhitzt.
Weil der Flüssigkraftstoff
sowohl der Verbrennungskammer als auch der Verdampfungskammer von
einem einzigen Kraftstoff-Injektor aus zugeführt wird, kann der Verdampfer 1 zu
geringen Kosten hergestellt werden. Weil kleinere Partikel des Kraftstoffs
der Verbrennungskammer 2 zugeführt werden, wird der Kraftstoff
an der Zündspitze
leicht gezündet.
Weil größere Partikel des
Kraftstoffs der Verdampfungskammer zugeführt werden, ist eine Verbrennung
in der Verdampfungskammer 6 verhindert.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 4A und 4B eine
zweite Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei dieser Ausführungsform
besitzt die Kraftstoff-Einspritzplatte 11 nur eine einzige
Art von Kraftstoff-Einspritzanschlüssen, die einen großen Einspritzwinkel β abdecken,
und sind Kraftstoff-Einspritzanschlüsse, die einen kleinen Einspritzwinkel α abdecken,
weggelassen. Außenluft
wird abwechselnd von den ersten Luft-Einspritzanschlüssen 14 und
von den zweiten Luft-Einspritzanschlüssen 15 aus zugeführt. 4A zeigt
einen ersten Zustand, bei dem die Luft von den ersten Luft-Einspritzanschlüssen 14 aus
in Richtung zu der Verbrennungskammer 2 hin zugeführt wird, während 4B einen
zweiten Zustand zeigt, bei dem die Luft von den zweiten Luft-Einspritzanschlüssen 15 aus
in die Verdampfungskammer 6 eingeführt wird.
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Bei
dem in 4A dargestellten ersten Zustand
wird Flüssigkraftstoff ”C”, der von
dem Kraftstoff-Injektor 10 aus eingespritzt wird, mittels
der Luft, die von den ersten Luft-Einspritzanschlüssen 14 aus zugeführt wird,
in die Verbrennungskammer 2 eingeblasen. Von den zweiten
Luft-Einspritzanschlüssen 15 wird
bei diesem Zustand keine Luft zugeführt. Der Kraftstoff wird an
der Zündspitze ”X” gezündet, die
innerhalb des Einspritzwinkels β angeordnet
ist. Die Mischung aus Luft und Kraftstoff, die in die Verbrennungskammer 2 eingeführt wird,
wird dort verbrannt.
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Bei
dem in 4B dargestellten Zustand wird
Außenluft
der Verdampfungskammer 6 von den zweiten Luft-Einspritzanschlüssen 15 aus
zugeführt, während die
Luftzuführung
von den ersten Luft-Einspritzanschlüssen 14 aus angehalten
ist. In diesem Zustand wird zusätzliche
Luft von Hilfsluft-Einspritzanschlüssen 16 aus in die
Verbrennungskammer 2 eingeführt, um das verbrannte Gas
in der Verbrennungskammer 2 in Richtung zu der Verdampfungskammer 6 hin
herauszudrücken.
Gleichzeitig wird das heiße
verbrannte Gas in der Verbrennungskammer 2 in die Verdampfungskammer 6 mittels
der Luft herausgedrückt,
die von den Hilfsluft-Einspritzanschlüssen 16 aus zugeführt wird.
Der Flüssigkraftstoff,
der der Verdampfungskammer 6 zugeführt wird, wird dem verbrannten
Gas ausgesetzt und dadurch erhitzt und verdampft. Der verdampfte
Kraftstoff wird von dem Verdampfer 1 aus mittels der Luft,
die von den zweiten Luft-Einspritzanschlüssen 15 aus
zugeführt
wird, herausgeblasen. Der verdampfte Kraftstoff in der Verdampfungskammer 6 wird
nicht gezündet, weil
die Zündspitze ”X” in einem
Abstand von dem verdampften Kraftstoff angeordnet ist.
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Nachfolgend
wird eine dritte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 5, 6A, 6B und 6C beschrieben. Bei
dieser Ausführungsform
besitzt die Kraftstoff-Einspritzplatte 11 Kraftstoff-Einspritzlöcher 13a,
die den großen
Einspritzwinkel β bilden,
der sowohl die Verbrennungskammer 2 als auch die Verdampfungskammer 6 abdeckt,
und sind keine Einspritzlöcher, die
den kleinen Einspritzwinkel α bilden,
vorgesehen. Ein Kraftstoff-Aufprallblock 20 ist zusätzlich rund
um die Kraftstoff-Einspritzplatte 11 herum angeordnet. Ein
Teil des Flüssigkraftstoffs,
der von dem Kraftstoff-Injektor 10 aus zugeführt wird,
trifft mit dem Aufprallblock 20 zusammen. Hierdurch wird
der Flüssigkraftstoff
in kleine Partikel aufgespalten, und wird seine Einspritzrichtung
zu einer Richtung in Richtung zu der Verbrennungskammer 2 hin
verändert.
Der andere Teil des Flüssigkraftstoffs,
der von dem Injektor 10 aus eingespritzt wird, wird der
Verdampfungskammer 6 direkt zugeführt.
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Einzelheiten
des Aufprallblocks sind in 6A, 6B und 6C dargestellt.
Wie in 6A dargestellt ist, sind acht
Einspritzlöcher 13a in
der Einspritzplatte 11 ausgebildet. Der Flüssigkraftstoff,
der von zwei Löchern
(einem oberen Loch und einem unteren Loch in 6A) aus
eingespritzt wird, trifft mit zwei scharfen Rändern 20a zusammen, die
an dem Aufprallblock 20 ausgebildet sind, wodurch seine
Richtung zu der axialen Richtung des Injektors 10 hin verändert wird,
wie 6B dargestellt ist. Der Flüssigkraftstoff, der von den
anderen sechs Einspritzlöchern 13a aus
eingespritzt wird, wird der Verdampfungskammer 6 direkt
zugeführt,
ohne mit den scharfen Rändern 20a zusammenzutreffen,
wie in 6C dargestellt ist. Die Zündspitze ”X”, die durch
die Zündkerze 17 gebildet
ist, ist stromabwärts des
scharfen Randes 20a angeordnet, wie in 5 dargestellt
ist.
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Wie
in 6 dargestellt ist, sind die scharfen Ränder 20a an
zwei Bereichen entlang des Umfangs des zentralen Lochs des Aufprallblocks 20 ausgebildet,
und ist eine Vertiefung 20b hinter jedem scharfen Rand 20a ausgebildet.
Ein Teil des Flüssigkraftstoffs, der
mit den scharfen Rändern 20a zusammentrifft, haftet
an den scharfen Rändern
an, breitet sich an der äußeren und
der inneren Oberfläche
der scharfen Ränder 20a und
an der Oberfläche
der Vertiefung 20b aus. Mit anderen Worten breitet sich
der Flüssigkraftstoff
an einem verhältnismäßig großen Oberflächenbereich
aus, und daher wird der Flüssigkraftstoff mittels
der Wärme
von der Verbrennungskammer 2, ohne zu einem Tropfen zu
wachsen, leicht verdampft. Die Menge des Kraftstoffs, die an den
scharfen Rändern 20a anhaftet,
ist durch die Vertiefung 20b, die hinter den scharfen Rändern 20a ausgebildet
sind, verkleinert.
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Wie
in 5 dargestellt ist, wird Außenluft nur der Verbrennungskammer 2,
nicht aber der Verdampfungskammer 6 zugeführt. Vertikale
Luft-Einspritzanschlüsse 21 sind
außenseitig
des Aufprallblocks 20 angeordnet, um Luft in die Verbrennungskammer 2 vertikal
einzuspritzen, und horizontale Luft-Einspritzanschlüsse 22 sind
eine dem inneren Zylinder 3 installiert, um Luft in die
Verbrennungskammer 2 horizontal einzuspritzen. Die Außenluft wird
mittels jeweiliger Pumpen unter Druck gesetzt, die mit den Luft-Einspritzlöchern verbunden
sind. Die horizontalen Luft-Einspritzanschlüsse 22 sind so gestaltet,
dass ein kreisförmiger
Luftstrom in der Verbrennungskammer 2 erzeugt wird, um
die Wirksamkeit der Verbrennung zu verbessern.
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Weil
der Flüssigkraftstoff
der Verbrennungskammer 2 zugeführt wird, nachdem der Flüssigkraftstoff
in kleinere Partikel durch das Zusammentreffen mit dem Kraftstoff-Aufprallblock 20 aufgespalten
worden ist, ist die Wirksamkeit der Verbrennung verbessert, und
ist die Emission von gefährlichem
Abgas herabgesetzt. Die Zündfähigkeit
ist dadurch verbessert, dass der Flüssigkraftstoff zu kleinen Partikeln gemacht
worden ist. Weil das Anhaften des Flüssigkraftstoffs an dem Aufprallblock 20 durch
die Ausbildung von Vertiefungen 20b hinter den scharfen
Rändern 20a ausgeschaltet
bzw. überwunden
ist, wachsen keine Kraftstofftröpfchen
an dem Aufprallblock 20. Entsprechend werden auch keine
solchen Tröpfchen
der Verbrennungskammer 2 zugeführt, und hierdurch ist die
Wirksamkeit der Verbrennung verbessert.
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Der
Kraftstoff-Aufprallblock 20, der oben beschrieben ist,
kann zu unterschiedlichen Formen modifiziert sein. Einige Beispiele
des modifizierten Aufprallblocks werden nachfolgend unter Bezugnahme 7, 8 und 9 beschrieben.
Bei dem in 7 dargestellten Aufprallblock 20 sind
die Vertiefungen 20b, die hinter den scharfen Rändern 20a ausgebildet
sind, durch einen Kraftstoff-Absorber 23 entsetzt, der
außenseitig
der scharfen Ränder 20a angeordnet
ist. Der Kraftstoff-Absorber 23 ist
aus einem hitzebeständigen
Material, das Flüssigkraftstoff in
sich absorbiert, beispielsweise aus poröser Keramik, aus porösem metallischen
Material oder aus metallischen Maschen, hergestellt. Der Flüssigkraftstoff, der
an dem Aufprallblock 20 anhaftet, wird durch den Kraftstoff-Absorber 23 absorbiert
und durch die in der Verbrennungskammer 2 erzeugte Wärme verdampft, wodurch
das Zusammenwachsen des Flüssigkraftstoffs
zu Tröpfchen
verhindert ist.
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Bei
dem in 8 dargestellten Aufprallblock 20 sind
die scharfen Ränder 20a zu
rechteckigen Vorsprüngen 20a' modifiziert,
und sind die Vertiefungen 20b durch mehrere Gräben bzw.
Nuten 20c ersetzt, die hinter den Vorsprüngen 20a' ausgebildet sind.
Der Flüssigkraftstoff,
der mit dem Aufprallblock 20 zusammentrifft, breitet sich über den
mehreren Gräben
bzw. Nuten 20c aus und wird durch die Wärme von der Verbrennungskammer 2 leicht
verdampft. Die Menge des Kraftstoffs, der an dem Block 20 anhaftet,
ist durch die mehreren Gräben
bzw. Nuten 20c herabgesetzt.
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Eine
weitere Form des Aufprallblocks 20 ist in 9 dargestellt,
bei der die scharfen Ränder 20a etwas
zu schärferen
Rändern 20a'' modifiziert sind und die Vertiefungen 20b durch
mehrere scharfe Vorsprünge 20d ersetzt
sind. Der Kraftstoff, der an dem Block 20 anhaftet, breitet
sich über
die mehreren scharfen Vorsprünge 20d aus
und wird leicht verdampft, und hierdurch ist die Bildung von Kraftstofftröpfchen an
dem Block verhindert. Selbst wenn ein Tröpfchen an der Spitze der scharfen
Vorsprünge 20d ausgebildet
wird, tropft es von der Spitze herunter, bevor es zu einem großen Tröpfchen wächst. Kleine
Tröpfchen
werden in der Verbrennungskammer 20 ohne Vergrößerung der
Emission von gefährlichem
Abgas leicht verbrannt.
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Nachfolgend
wird eine vierte bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 10 beschrieben.
Bei dieser Ausführungsform
wird das Verhältnis
von Luft zu Kraftstoff in der Verbrennungskammer 2 zu der
Seite mit magerem Kraftstoffgehalt innerhalb eines brennbaren Bereichs
geregelt, während
das Verhältnis
von Luft zu Kraftstoff in der Verdampfungskammer 6 zu der
weit entfernt gelegenen Seite mit magerem Kraftstoffgehalt, die
außerhalb
des brennbaren Bereichs liegt, geregelt wird. Die Außenluft
wird der Verbrennungskammer 2 von den vertikalen Luft-Einspritzanschlüssen 21 und
von den horizontalen Luft-Einspritzöffnungen 22 aus in
der gleichen Weise wie bei der dritten Ausführungsform zugeführt. Die
Menge der Luft, die von den horizontalen Luft-Einspritzanschlüssen 22 aus
zugeführt
wird, wird so geregelt, dass das Verhältnis von Luft zu Kraftstoff
in der der Verbrennungskammer 2 innerhalb des brennbaren
Bereichs zu einem solchen mit einem magerem Kraftstoffgehalt wird.
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Um
das Verhältnis
von Luft zu Kraftstoff in der Verdampfungskammer 6 innerhalb
eines Bereichs außerhalb
des brennbaren Bereichs zu einem solchen mit einem magerem Kraftstoffgehalt
zu machen, wird Außenluft
direkt der Verbrennungskammer 6 von zusätzlichen Luft-Einspritzanschlüssen 27 aus
zugeführt,
die an dem oberen Ende des Gehäuses 7 angeordnet
sind. Die Luft, die von den Anschlüssen 27 aus zugeführt wird,
wird mit Kraftstoff und mit dem verbrannten Gas gemischt, das von
der Verbrennungskammer 2 kommt, wodurch das Verhältnis von
Luft zu Kraftstoff zu einem solchen mit einem sehr magerem Kraftstoffgehalt
gemacht wird. Die Kraftstoff-Einspritzplatte 11, die bei
dieser Ausführungsform
verwendet wird, ist die gleiche wie die bei der ersten Ausführungsform,
d. h., die Einspritzplatte weist einen großen Einspritzwinkel und einen kleinen
Einspritzwinkel auf. Jedoch kann die Einspritzplatte 11 auch
durch die gleiche Einspritzplatte 11 ersetzt werden, die
bei der dritten Ausführungsform
verwendet wird, d. h. durch die Einspritzplatte mit einem ausschließlich großen Einspritzwinkel,
und ein Teil des Flüssigkraftstoffs
kann der Verbrennungskammer 2 in der gleichen Weise wie
bei der dritten Ausführungsform
zugeführt werden.
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Weil
das Verhältnis
von Luft zu Kraftstoff in der Verdampfungskammer 6 zu der
Seite mit sehr magerem Kraftstoffgehalt geregelt wird, die außerhalb
des brennbaren Bereichs liegt, wird verdampfter Kraftstoff in der
Verbrennungskammer 6 selbst dann nie gezündet, wenn
das heiße
verbrannte Gas, das eine Temperatur höher als die Zündtemperatur
besitzt, von der Verbrennungskammer 2 aus der Verdampfungskammer 6 zugeführt wird.
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Die
in 10 der gestellte vierte Ausführungsform kann zu der in 11 dargestellten
Form modifiziert werden. Bei dieser Modifikation ist ein Temperatursensor 24 in
dem Kanal 4 für
das verbrannte Gas angeordnet, um die Temperatur des verbrannten
Gases, das der Verdampfungskammer 6 zuzuführen ist,
zu messen. Die Menge der Luft, die von den Luft-Einspritzanschlüssen 27 aus
der Verdampfungskammer 6 zugeführt wird, wird entsprechend
der Temperatur des verbrannten Gases geregelt, die mittels des Temperatursensors 24 gemessen
wird. D. h., die Menge der Luft wird vergrößert, um das Verhältnis von
Luft zu Kraftstoff in der Verbrennungskammer 6 zu einem
solchen mit sehr magerem Kraftstoffgehalt auszubilden, wenn die
Temperatur des verbrannten Gases höher als ein vorbestimmter Level
ist, d. h. ein voreingestellter Level niedriger als die Selbstzündungstemperatur.
Auf diese Weise kann eine unnötige
Luftzuführung
unterbunden werden, und hierdurch wird immer die Energie für den Antrieb
der Luftpumpe eingespart. Die Menge der Luft kann beispielsweise
unter Verwendung einer Luftpumpe mit veränderlicher Kapazität oder durch
den Einbau eines Regelungsventils in einem Kanal verändert werden,
der die Luftpumpe und die Luft-Einspritzanschlüsse 27 verbindet.
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Nachfolgend
wird eine fünfte
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 12 beschrieben.
Bei dieser Ausführungsform wird
das Verhältnis
von Luft zu Kraftstoff in der Verbrennungskammer 2 zu der
Seite mit einem fetten Kraftstoffgehalt innerhalb des brennbaren
Bereichs geregelt, während
das Verhältnis
von Luft zu Kraftstoff in der Verdampfungskammer 6 zu der
Seite mit sehr fetten Kraftstoffgehalt geregelt wird, die außerhalb
des brennbaren Bereichs liegt.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist es notwendig, gesichert Luft in die Verbrennungskammer 2 von den
Luft-Einspritzanschlüssen 21 aus
einzuführen und
keine Luft in die Verdampfungskammer 6 einzuführen. Zu
diesem Zweck sind die Luft-Einspritzanschlüsse 21 innerhalb eines
geneigten Winkels gerichtet zu der Verbrennungskammer 2 hin
angeordnet, und ist eine Trennplatte 25 an dem oberen Ende des
inneren Zylinders 3 angeordnet. Die Trennplatte 25 dient
auch zur Verhinderung des Eintritts der Verbrennungsflamme in der
Verbrennungskammer 2 in die Verdampfungskammer 6 hinein.
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Weil
bei dieser Ausführungsform
das Verhältnis
von Luft zu Kraftstoff in der Verbrennungskammer 2 zu der
Seite mit fettem Kraftstoffgehalt innerhalb des brennbaren Bereichs
geregelt wird und das Verhältnis
von Luft zu Kraftstoff in der Verdampfungskammer 6 auf
der Seite mit sehr fettem Kraftstoffgehalt außerhalb des brennbaren Bereichs
gehalten wird, indem dort keine Luft zugeführt wird, zündet der verdampfte Kraftstoff
in der Verdampfungskammer 6 selbst dann nie, wenn heißes verbranntes Gas,
das eine Temperatur höher
als der Selbstzündungslevel
aufweist, der Verdampfungskammer 6 zugeführt wird.
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Nachfolgend
wird eine sechste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 13 beschrieben.
Bei dieser Ausführungsform wird
Außenluft
zum Kühlen
des verbrannten Gases in dem Kanal 4 für verbranntes Gas von zusätzlichen Luft-Einspritzanschlüssen 26 aus
eingeführt.
Die Luft, die von den Luft-Einspritzanschlüssen 26 aus zugeführt wird,
wird mittels einer Luftpumpe unter Druck gesetzt. Die Temperatur
des verbrannten Gases, das in die Verdampfungskammer 6 einzuführen ist,
wird herabgesetzt, indem die Kühlluft
mit dem verbrannten Gas auf einen Level vermischt wird, der niedriger
als die Kraftstoff-Selbstzündungstemperatur
ist. Daher wird der verdampfte Kraftstoff in der Verdampfungskammer 6 selbst
dann nie verbrannt, wenn das Verhältnis von Luft zu Kraftstoff
in der Verdampfungskammer 6 innerhalb des brennbaren Bereichs
liegt.
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Die
sechste Ausführungsform,
die oben beschrieben worden ist, kann zu der in 14 dargestellten
Form modifiziert werden. Bei dieser Modifikation ist ein Temperatursensor 24 zum
Messen der Temperatur des verbrannten Gases in dem Kanal 4 für das verbrannte
Gas eingebaut. Die Menge der Kühlluft,
die von den Luft-Einspritzanschlüssen 26 aus
zugeführt
wird, wird entsprechend der Temperatur des verbrannten Gases geregelt.
D. h., wenn die Temperatur des verbrannten Gases höher als
ein vorbestimmter Level ist, wird die Menge der Kühlluft vergrößert, und
wenn die Temperatur des verbrannten Gases niedrig ist, wird die
Menge der Kühlluft
herabgesetzt. Die Menge der Kühlluft
kann auf verschiedene Weise geregelt werden, beispielsweise mittels
einer Luftpumpe mit veränderlicher
Kapazität
oder mittels eines Luftstrom-Regelungsventils.
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Weil
die Menge der Kühlluft
entsprechend der Temperatur des verbrannten Gases bei dieser Ausführungsform
geregelt wird, ist eine übermäßige und
unnötige
Luftzuführung
vermieden, und wird hierdurch Energie für den Antrieb der Luftpumpe
eingespart.
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Nachfolgend
wird eine siebte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 15 beschrieben.
Die Struktur des Verdampfers 1 für Flüssigkraftstoff selbst ist für die gleiche
wie diejenige der ersten Ausführungsform.
Jedoch wird der Flüssigkraftstoff,
der von dem Kraftstoff-Injektor 10 aus zugeführt wird,
zu einer Mischung aus Flüssigkraftstoff
und nicht-brennbarem Fluid verändert. Der
Flüssigkraftstoff
kann Diesel, Leichtöl,
Kerosin, Methanol oder dergleichen sein, und das nicht-brennbare
Fluid kann Flüssigkeit,
beispielsweise Wasser, oder gasförmiges
Fluid, beispielsweise Inertgas beispielsweise Argon, sein. Sowohl
der Kraftstoff D, der der Verbrennungskammer 2 zugeführt wird,
also auch der Kraftstoff E, der der Verdampfungskammer 6 zugeführt wird,
werden bzw. sind mit dem nicht-brennbaren Fluid vermischt. Das Vermischungsverhältnis von
Kraftstoff zu nicht-brennbarem Fluid wird entsprechend der Art des
Kraftstoffs und des nicht-brennbaren Fluids verschieden bzw. unterschiedlich
gewählt.
Bei dieser besonderen Ausführungsform
werden Kraftstoff und Wasser mit gleichem Volumen vermischt.
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Die
Verbrennungstemperatur in der Verbrennungskammer 2 wird
durch Zuführen
einer solchen Mischung zu der Verbrennungskammer 2 herabgesetzt,
und die Selbstzündungstemperatur
in der Verdampfungskammer 6 erhöht sich durch Zuführen einer
solchen Mischung zu der Verdampfungskammer 6. Entsprechend
wird die Temperatur des verbrannten Gases, das der Verdampfungskammer 6 zugeführt wird,
herabgesetzt. Die Verbrennung des verdampften Kraftstoff in der
Verbrennungskammer 6 ist durch Verbundwirkungen der niedrigeren
Temperatur des verbrannten Gases und der höheren Selbstzündungstemperatur
verhindert. Die Mischung von Kraftstoff und nicht-brennbarem Fluid
kann an der Stelle von Kraftstoff bei den oben beschriebenen anderen Ausführungsformen
ebenfalls verwendet werden.
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Obwohl
die Verbrennungskammer 2 im Inneren der Verdampfungskammer 6 bei
allen oben beschriebenen Ausführungsformen
angeordnet ist, können
sie auch in umgekehrter Weise angeordnet sein, d. h., die Verbrennungskammer 2 kann außerhalb
der Verdampfungskammer 6 angeordnet sein. Obwohl sowohl
die Verbrennungskammer und als auch die Verdampfungskammer durch
koaxial angeordnete Zylinder gebildet sind, können sie durch Aufteilen des
Innenraums des Gehäuses 7 in
zwei Kammern gebildet sein, die miteinander über den Kanal 4 für verbranntes
Gas verbunden sind.
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Obwohl
die Erfindung unter Bezugnahme auf die vorstehend angegebenen bevorzugten
Ausführungsformen
dargestellt und beschrieben worden ist, ist es für den Fachmann selbstverständlich,
dass Änderungen
in Form und im Detail durchgeführt
werden können,
ohne den Umfang der Erfindung gemäß Definition in den beigefügten Ansprüchen zu
verlassen.