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Die
Erfindung betrifft einen Einspritzkopf zur Zuführung von eine Verbrennung
in einem Brennraum bewirkenden Medien.
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Derartige
Einspritzköpfe
haben die primäre Aufgabe,
bei der Zuführung
der Medien in den Brennraum die optimale Mischung der Komponenten
zu erreichen. Dies wird bei den bislang bekannten Einspritzköpfen beispielsweise
nach den Koaxial-Impinging- oder Swirl-Verfahren erreicht, wobei
das jeweilige Verfahren von dem Aggregatzustand der Medien abhängt.
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Alle
diese Verfahren haben jedoch den Nachteil, daß die konstruktive Ausführung des
Einspritzkopfes komplex ist und daher auch komplexe Herstellungs-
und Montagetechniken erfordert.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Einspritzkopf
zur Zuführung
der Medien zu einem Brennraum möglichst
einfach herstellbar auszubilden.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Einspritzkopf der eingangs beschriebenen
Art erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß der
Einspritzkopf aus mindestens zwei koaxial zu einer Achse ineinandergreifenden
Segmenten aufgebaut ist, daß die
mindestens zwei Segmente mindestens einen Verteilkanal mit einem
zugeordneten langgezogenen Auslaßbereich für einen Strom eines ersten
Mediums und mindestens einen Verteilkanal mit einem zugeordneten
langgezogenen Auslaßbereich
für einen
Strom eines zweiten Mediums begrenzende Wandbereiche aufweisen und
daß der
langgezogene Auslaßbereich
für das
erste Medium und der langgezogene Auslaßbereich für das zweite Medium koaxial
zueinander und mindestens in einem Winkelbereich von 360° um die Achse
umlaufend ausgebildet sind.
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Der
Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist
darin zu sehen, daß diese
ein neues Konzept dahingehend schafft, daß die Medien über mindestens zwei
oder mehr langgezogene Auslaßbereiche
zugeführt
werden, so daß der
gesamte Aufbau des Einspritzkopfes wesentlich vereinfacht werden
kann.
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Insbesondere
ist bei der erfindungsgemäßen Lösung ein
Transport der Medien in den Brennraum mit geringem konstruktiven
Aufwand realisierbar, wobei die in den Verteilkanal eintretenden
und zu den Auslaßbereichen
strömenden
Medien noch eine günstige
Möglichkeit
zur Temperierung der Segmente eröffnen.
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Insbesondere
lassen sich bei der erfindungsgemäßen Lösung die Verteilkanäle in einfacher
Weise so ausführen,
daß in
diesen die Medienströme
als subsonische oder transsonische oder supersonische oder hupersonische
Medienströme
geführt
werden können
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Besonders
günstig
läßt sich
ein derartiger Einspritzkopf dadurch aufbauen, daß die Segmente sich
in Richtung der Achse erstreckende und die Verteilkanäle mit den
Auslaßbereichen
begrenzende Wandbereiche aufweisen und mit diesen sich in Richtung
der Achse erstreckenden Wandbereichen ineinandergreifen. Damit besteht
die Möglichkeit,
in einfacher Weise um die Achse herum verlaufende Auslaßbereiche,
insbesondere auch mehr als zwei derartiger Auslaßbereiche zu realisieren.
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Ferner
ist es günstig,
um ausreichend Raum entweder für
die Verteilkanäle
oder die Auslaßbereiche
zu schaffen, wenn die Segmente sich quer zu der Achse erstreckende
und die Verteilkanäle
mit den Auslaßbereichen
begrenzende Wandbereiche aufweisen.
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Hinsichtlich
der Art der Wirkung der Auslaßbereiche
auf den Strom des austretenden Mediums sind die unterschiedlichsten
Möglichkeiten
denkbar.
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Eine
Möglichkeit
sieht vor, daß der
mindestens eine Auslaßbereich
den Strom des ersten Mediums mit einer Komponente in Richtung auf
die Achse zu austreten läßt.
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Eine
andere Möglichkeit
sieht vor, daß der mindestens
eine Auslaßbereich
den Strom des ersten Mediums mit einer Komponente in Richtung von der
Achse weg austreten läßt.
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Eine
weitere Möglichkeit
sieht vor, daß der mindestens
eine Auslaßbereich
den Strom des ersten Mediums mit einer Komponente in Richtung der Achse
austreten läßt.
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In
gleicher Weise ist vorgesehen, daß der mindestens eine Auslaßbereich
den Strom des zweiten Mediums mit einer Komponente in Richtung auf die
Achse zu austreten läßt.
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Eine
weitere Möglichkeit
sieht vor, daß der mindestens
eine Auslaßbereich
den Strom des zweiten Mediums mit einer Komponente in Richtung von der
Achse weg austreten läßt.
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Ferner
sieht ein weiteres Ausführungsbeispiel
vor, daß der
mindestens eine Auslaßbereich den
Strom des zweiten Mediums mit einer Komponente in Richtung der Achse
austreten läßt.
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Eine
denkbare Lösung,
welche insbesondere dann von Vorteil ist, wenn nicht unmittelbar
auf den Auslaßbereich
folgend eine Verbrennung erfolgen soll, sieht vor, daß der Strom
des ersten Mediums und der Strom des zweiten Mediums kreuzungsfrei zueinander
verlaufen, so daß damit
die Möglichkeit besteht,
die Verbrennung von den Auslaßbereichen weg
zu halten.
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Soll
jedoch eine intensive Vermischung des Stroms des ersten Mediums
und des Stroms des zweiten Mediums erfolgen, so ist vorteilhafterweise vorgesehen,
daß der
Strom des ersten Mediums und der Strom des zweiten Mediums kreuzend
zueinander verlaufen, so daß sich
die beiden Ströme
in einem geringen Abstand von den Auslaßbereichen vermischen und somit
auch die Verbrennung bereits in geringem Abstand von den Auslaßbereichen
erfolgt.
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Hinsichtlich
des ersten Mediums und des zweiten Mediums sind die unterschiedlichsten
Möglichkeiten
denkbar.
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Im
einfachsten Fall ist das erste Medium ein Brennstoff und das zweite
Medium ein Oxidator. Es besteht aber auch die Möglichkeit, eines der Medien oder
beide bereits teilweise vorreagiert, beispielsweise vorverbrannt,
zuzuführen.
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Des
weiteren bestehen hinsichtlich des Aggregatzustandes, in dem die
Medien zugeführt
werden, alle denkbaren Möglichkeiten.
Beispielsweise ist es denkbar, eines der Medien kryogen und das
andere gasförmig
oder beide Medien kryogen oder beide Medien gasförmig zuzuführen, je nach dem, wie dies für die Führung der
Medien in dem Einspritzkopf und die Verbrennung derselben in dem
Brennraum am günstigsten
ist, um beispielsweise bei Raketenantrieben einen optimalen Schub
zu erhalten.
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Hinsichtlich
der Führung
der Verteilkanäle
in dem Einspritzkopf sind die unterschiedlichsten Möglichkeiten
denkbar. So ist beispielsweise vorgesehen, daß die Verteilkanäle geschlossen
um die Achse umlaufend ausgebildet sind und somit an einer Stelle
eines Verteilkanals eine Zufuhr des jeweiligen Mediums erfolgen
kann, das sich dann über
den geschlossen um die Achse umlaufenden Verteilkanal besonders
günstig
verteilen kann.
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Alternativ
hierzu ist vorgesehen, daß die
Verteilkanäle
im wesentlichen um mindestens 360° spiralförmig um
die Achse umlaufend ausgebildet sind.
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In
gleicher Weise können
die Auslaßbereiche
ausgebildet sein. So sieht ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
vor, daß die
Auslaßbereiche
jeweils geschlossen um die Achse umlaufend ausgebildet sind.
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Alternativ
dazu ist es denkbar, daß die
Auslaßbereiche
jeweils um mindestens ungefähr
360° spiralförmig um
die Achse umlaufend ausgebildet sind.
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Eine
besonders günstige
Lösung
sieht dabei vor, daß Querschnitte
der Auslaßbereiche
durch eine Bewegbarkeit zumindest von Teilen der Segmente relativ
zueinander einstellbar sind.
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Eine
derartige Bewegbarkeit der Segmente wäre beispielsweise eine Relativdrehung
derselben um die Achse.
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Eine
andere Möglichkeit
der Bewegbarkeit der Segmente zur Einstellung der Querschnittsflächen der
Auslaßbereiche
ist eine Bewegung der Segmente relativ zueinander in Richtung der
Achse.
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Es
ist aber auch denkbar, beide Arten von Bewegungen miteinander zu
kombinieren, um die Auslaßbereiche
hinsichtlich ihres Querschnitts einstellbar zu gestalten.
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Ergänzend hierzu
ist es ferner noch denkbar, die Segmente zumindest in Teilbereichen
deformierbar auszubilden, so daß dadurch
ebenfalls eine Einstellung der Querschnitte der Auslaßbereiche
möglich
ist.
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Hinsichtlich
der Achse wurden bislang keine näheren
Angaben gemacht. So sieht ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel vor, daß die Achse
eine Mittelachse des Einspritzkopfes ist.
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Ferner
ist vorgesehen, daß die
Achse eine Mittelachse des Brennraums ist.
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Besonders
günstig
ist es, wenn die Achse eine Symmetrieachse mit derselben Symmetrie
für jeden
der Auslaßbereiche
ist, so daß die
aus den verschiedenen Auslaßbereichen
austretenden Ströme vom
ersten und zweiten Medium stets in derselben Symmetrie auftreten
und in derselben Symmetrie in den Brennraum eintreten.
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Hinsichtlich
der Ausbildung der Auslaßbereiche
sind die unterschiedlichsten Möglichkeiten
denkbar.
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Im
einfachsten Fall können
die langgezogenen Auslaßbereiche
als langgezogene Schlitze ausgebildet sein.
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Besonders
günstig
ist es, wenn die langgezogenen Auslaßbereiche durch eine Vielzahl
von längs
einer Bahn angeordneten Auslaßöffnungen
gebildet sind.
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Eine
besonders vorteilhafte Variante sieht vor, daß die Auslaßbereiche durch einen längs einer Bahn
angeordneten mediendurchlässigen
Materialbereich gebildet sind.
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Ein
derartiger mediendurchlässiger
Materialbereich läßt sich
durch jede Art von für
das jeweilige Medium durchlässigem
Material bilden. Der durchlässige
Materialbereich kann beispielsweise durch einen Materialbereich
mit feinen Kanälen,
einen Materialbereich mit Poren oder ein Materialbereich mit jeglicher
Art von Zwischenräumen
zwischen den Partikeln gebildet sein.
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Hinsichtlich
der Lage der Auslaßbereiche zum
Brennraum wurden bislang ebenfalls keine näheren Angaben gemacht. So sieht
eine vorteilhafte Lösung
vor, daß die
Auslaßbereiche
nahe an einer einen Brennraum begrenzenden Fläche liegen können.
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Besonders
günstig
ist es, wenn die Auslaßbereiche
in einer den Brennraum begrenzenden Injektorfläche liegen.
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Die
den Brennraum begrenzende Injektorfläche kann im einfachsten Fall
eine ebene Fläche
sein. Besonders günstig
ist es jedoch, wenn die den Brennraum begrenzende Injektorfläche eine
gekrümmte
Fläche
ist.
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Noch
vorteilhafter ist es, wenn die den Brennraum begrenzende Injektorfläche eine
gewölbte
Fläche
ist, insbesondere eine vom Brennraum aus gesehen konkav gewölbte Fläche ist.
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Es
sind aber komplexere Strukturen möglich, so ist es beispielsweise
möglich,
die Injektorfläche als
Fläche
auszubilden, die unterschiedliche Bereich aufweist, wie beispielsweise
konkave, konvexe, ebene oder zylindrische Bereiche, die in jeder
Konstellation miteinander zur Bildung der Injektorfläche kombiniert
werden können.
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Insbesondere
um instationäre
Zustände
in dem Brennraum zu vermeiden, hat es sich als vorteilhaft erwiesen,
wenn die den Brennraum begrenzende Injektorfläche eine kalottenähnlich gewölbte Fläche ist.
Eine derartige kalottenähnlich
gewölbte
Fläche
ermöglicht
einen besonders günstigen
Abschluß des
Brennraums mit welchem sich Brennrauminstabilitäten vorteilhaft unterdrücken lassen.
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Hinsichtlich
der Ausbildung des Verteilkanals mit dem jeweils zugeordneten Auslaßbereich
im Zusammenhang mit den Segmenten wurden bislang keine näheren Angaben
gemacht.
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So
sieht ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
vor, daß der
Verteilkanal mit dem zugeordneten Auslaßbereich durch zwei aufeinanderfolgend
angeordnete Segmente begrenzt ist, das heißt also nicht allein in einem
Segment vorgesehen ist, sondern durch die zusammengesetzten aufeinanderfolgenden
Segmente erst in der Form gebildet wird.
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Ein
derartiger Aufbau der Segmente ermöglicht eine besonders einfache
Herstellbarkeit derselben.
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Besonders
günstig
ist es, wenn mindestens eines der Segmente den Verteilkanal auf
einer Seite mit einem seiner Wandbereiche begrenzt.
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Ferner
ist es günstig,
wenn das dem mindestens einen Segment nächstliegende Segment den Verteilkanal
mit einem seiner Wandbereiche begrenzt.
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Eine
konstruktiv besonders günstige
Ausbildung des Verteilkanals sieht vor, daß der Verteilkanal in einen
Wandbereich eines der Segmente eingeformt ist.
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Auch
hinsichtlich der Ausbildung der Auslaßbereiche ist es günstig, wenn
mindestens eines der Segmente den Auslaßbereich auf einer Seite mit
einem seiner Wandbereiche begrenzt.
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Ferner
ist es bei dieser Lösung
besonders von Vorteil, wenn das dem mindestens einen Segment nächstliegende
Segment den Auslaßbereich mit
einem seiner Wandbereiche begrenzt.
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Hinsichtlich
der Ausbildung der Segmente selbst wurden bislang keine näheren Angaben
gemacht.
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So
sieht ein besonders günstiges
Ausführungsbeispiel
vor, daß jedes
Segment einen Mantelkörper
umfaßt
und daß die
Segmente zumindest mit Teilabschnitten ihrer Mantelkörper in
Richtung der Achse ineinander greifen.
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Eine
derartige Ausbildung der Segmente ermöglicht eine besonders einfache
und kostengünstige
Herstellung und somit einen besonders einfachen und kostengünstigen
Aufbau des Einspritzkopfes bei besonders einfacher Führung der
Medien zu den Auslaßbereichen.
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Prinzipiell
wäre es
denkbar, daß sich
die Mantelkörper
nicht bis zur Injektorfläche
erstrecken und somit auch die Auslaßbereiche im Abstand von der
Injektorfläche
liegen, so daß bereits
vor Erreichen der Injektorfläche
eine Vermischung der Medien stattfindet. Dies wäre beispielsweise dadurch möglich, daß zwischen
den Auslaßbereichen
und der Injektorfläche
noch eine Schicht eines porösen
Materials vorgesehen ist, das verhindert, daß die Verbrennung der Medien
bis zu den Auslaßbereichen
zurückschlägt.
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Eine
konstruktiv besonders günstige
Lösung sieht
jedoch vor, daß die
Mantelkörper
sich bis zu einer Injektorfläche
des Einspritzkopfes erstrecken.
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Insbesondere
ist dabei vorgesehen, daß die Mantelkörper den
Verteilkanal und die Auslaßbereiche
begrenzende Wandflächen
bilden.
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Auch
der Aufbau der Mantelkörper
richtet sich insbesondere nach dem Verlauf der Auslaßbereiche.
So ist es besonders günstig,
wenn die Mantelkörper
als geschlossen um die Achse umlaufende Körper ausgebildet sind.
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Derartige
um die Achse umlaufende Körper können beliebige
Querschnittsformen aufweisen. Beispielsweise sind vieleckige, ellipsoide,
sternförmige
oder alle sonst möglichen
um eine Achse geschlossen umlaufenden Körperformen denkbar.
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Eine
besonders einfache Form sieht vor, daß die Mantelkörper zur
Achse konisch umlaufende Abschnitte aufweisen.
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Eine
weitere vorteilhafte Lösung
sieht vor, daß die
Mantelkörper
zylindrische zur Achse verlaufende Abschnitte aufweisen, wobei derartige
zylindrisch zur Achse verlaufende Abschnitte nicht zwingend im Querschnitt
kreiszylindrisch ausgebildet sein müssen, sondern auch elliptische,
sternförmige
oder ähnliche
Querschnittsformen aufweisen können.
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Eine
weitere günstige
Möglichkeit
sieht vor, daß die
Mantelkörper
spiralförmig
zur Achse verlaufen.
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Besonders
günstig
ist es bei allen derartigen, um eine Achse herum verlaufenden Lösungen,
daß dabei
in einfacher Weise ein koaxial zur Achse angeordneter Zünder integriert
werden kann, da dieser Raum für
den Zünder
problemlos freigehalten werden kann.
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Hinsichtlich
der Ausbildung der Segmente selbst wurden bislang keine näheren Angaben
gemacht.
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Beispielsweise
läßt sich
ein erfindungsgemäßer Einspritzkopf
dadurch aufbauen, daß die
Segmente unterschiedlich ausgebildet sind.
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Konstruktiv
und fertigungstechnisch besonders günstig ist es jedoch, wenn die
Segmente aus identischen Ausgangskörpern hergestellt sind, so daß ausgehend
von den identischen Ausgangskörpern
diese zum Einspritzkopf zusammengesetzt werden können.
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Eine
derartige Herstellung des Einspritzkopfes aus identischen Ausgangskörpern für die Segmente
erfordert je nach Ausbildung der Injektorfläche keine Bearbeitung oder
eine Bearbeitung der Ausgangskörper,
wobei die Bearbeitung der Ausgangskörper entweder vor dem Zusammensetzen
derselben erfolgen kann oder nach dem Zusammensetzen.
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Dabei
hat ein Bearbeiten der Segmente nach dem Zusammensetzen der identischen
Ausgangskörper
den Vorteil, daß dadurch
in besonders einfacher Weise die Injektorflächen mit der gewünschten Präzision hergestellt
werden können.
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Des
weiteren wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung
der einzelnen Ausführungsbeispiele
keine näheren
Angaben zu der Abdichtung der Segmente relativ zueinander gemacht.
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So
sieht ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel vor, daß eine für das jeweilige
Medium dichte Verbindung zwischen den Segmenten in einem von dem
Auslaßbereich
entfernt liegenden Abdichtbereich der Segmente erfolgt. Damit ist
in besonders einfacher Weise die Möglichkeit geschaffen, die Abdichtung
der Segmente in einem beim Betrieb des Brenners thermisch und mechanisch
nicht oder nur wenig belasteten Bereich der Segmente Ausführen zu
können.
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Besonders
günstig
ist es dabei, wenn der Abdichtbereich an den Segmenten in einem
dem Auslaßbereich
ungefähr
gegenüberliegenden
Teil der Segmente angeordnet ist.
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Ferner
wurden im Zusammenhang mit den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen
hinsichtlich der dichten Verbindung der Segmente miteinander keinerlei
nähere
Angaben gemacht. So sieht ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel vor, daß die Verbindung
der Segmente im Abdichtbereich durch Fügen erfolgt.
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Eine
andere alternative aber vorteilhafte Lösung sieht vor, daß die Verbindung
der Segmente im Abdichtbereich durch ein Abdichtelement für das jeweilige
Medium dicht ausgebildet ist.
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Des
weiteren sind die Segmente in vorteilhafter Weise als für das jeweilige
Medium dichtes Gebilde ausgebildet, welches sich von dem Abdichtbereich
bis zu dem Auslaßbereich
erstreckt, so daß ausschließlich durch
Abdichten der Segmente relativ zueinander im Abdichtbereich die
gewünschte
Führung
der jeweiligen Medien von dem jeweiligen Verteilkanal in den Auslaßbereich
erfolgt, ohne das weitere Abdichtungen notwendig sind.
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Außerdem wurde
im Zusammenhang mit den bislang beschriebenen Ausführungsbeispielen nichts über eine
mechanische Fixierung der Segmente relativ zueinander ausgesagt.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Lösung sieht
daher vor, daß eine mechanische
Fixierung der Segmente relativ zueinander in einem von dem Auslaßbereich
entfernt liegenden Fixierungsbereich der Segmente erfolgt.
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Der
Fixierungsbereich ist dabei vorzugsweise in einem dem Auslaßbereich
ungefähr
gegenüberliegenden
Teil der Segmente angeordnet.
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Damit
besteht auch die Möglichkeit,
die Fixierung der Segmente relativ zueinander in einem thermisch
und mechanisch gering belasteten Teil derselben auszuführen, so
daß dadurch
auch die Ausführung
der Verbindungstechnik vereinfacht erfolgen kann.
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Besonders
günstig
ist es dabei, wenn der Fixierungsbereich und der Abdichtbereich
im wesentlichen zusammenfallen.
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Darüber hinaus
ist vorzugsweise noch vorgesehen, daß eine Zufuhr des jeweiligen
Mediums in einem vom Auslaßbereich
entfernt liegenden Zufuhrbereich des Verteilkanals erfolgt.
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Zweckmäßigerweise
liegt dabei der Zufuhrbereich nahe dem Abdichtbereich und/oder Fixierungsbereich,
so daß die
Möglichkeit
besteht, den Abdichtbereich und/oder den Fixierungsbereich und insbesondere
auch die gesamten Segmente durch das zugeführte Medium in einem für die Funktionsfähigkeit
desselben geeigneten Temperaturbereich zu halten, insbesondere zu
kühlen.
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Ferner
wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der einzelnen Ausführungsbeispiele
keine näheren
Angaben zur eindeutigen Festlegung der Strömung gemacht, die notwendig ist,
um stabile Verbrennungsverhältnisse
zu erhalten.
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Aus
diesem Grund ist bei einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel
vorgesehen, daß zwischen
dem Verteilkanal und dem Auslaßbereich ein
Strömungsfestlegungselement
angeordnet ist.
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Ein
derartigen Strömungsfestlegungselement
verteilt einerseits die Strömung
im wesentlichen gleichmäßig über den
gesamten Auslaßbereich
und im übrigen
läßt sich
mit einem derartigen Strömungsfestlegungselement
auch der durch die Strömung ausgetragene
Massenstrom bei festgelegtem Druck im Verteilkanal definieren und
somit lassen sich mit einem derartigen Strömungsfestlegungselement auch
die relativen Massenströme
der Medien zueinander bei vorgegebenen Druck im jeweiligen Verteilkanal
festlegen.
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Eine
besonders einfache Form eines derartigen Strömungsfestlegungselements sieht
vor, daß dieses
als ein einen Strömungsquerschnitt
für den Strom
des jeweiligen Mediums reduzierendes Element ist.
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Im
einfachsten Fall ist ein derartiges Strömungsfestlegungselement so
ausgebildet, daß es zum
Auslaßbereich
führende
Kanäle
aufweist.
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Alternativ
dazu ist denkbar, daß ein
derartiges Strömungsfestlegungselement
eine in Richtung des Auslaßbereichs
strömungsdurchlässige Struktur aufweist.
Diese Struktur kann beispielsweise porös sein oder aus einem Material
mit zwischen Partikeln vorgesehenen Kanälen oder Zwischenräumen.
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Ferner
ist bei Einsatz eines derartigen Strömungsfestlegungselements zweckmäßigerweise vorgesehen,
daß das
Strömungsfestlegungselement eine
Strömungsrichtung
des Stroms des jeweiligen Mediums festlegt.
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Das
heißt,
daß in
diesem Fall das Strömungsfestlegungselement
nicht nur dazu dient, dem Massenstrom selbst festzulegen und einen
möglichst gleichmäßigen Massenstrom über den
gesamten Auslaßbereich
festzulegen, sondern auch noch die Strömungsrichtung des jeweiligen
Mediums zu definieren.
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Hinsichtlich
der Anordnung der Strömungsfestlegungselemente
wurden bislang keine näheren Angaben
gemacht. Besonders effizient wirken derartige Strömungsfestlegungselemente,
wenn diese zwischen zwei aufeinanderfolgenden Mantelkörpern angeordnet
sind und somit das zwischen diesen Mantelkörpern strömende Medium führen.
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Um
eine möglichst
wirksame Festlegung der Strömungsverhältnisse
im Brennraum zu erhalten, ist zweckmäßigerweise vorgesehen, daß die Strömungsfestlegungselemente
sich bis zu der Injektorfläche
erstrecken.
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Hinsichtlich
des Aufbaus eines derartigen Strömungsfestlegungselements
wurden bislang keine näheren
Angaben gemacht. So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, daß die Strömungsfestlegungselemente
aus einem für
das jeweilige Medium durchlässigen
Material hergestellt sind.
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Ein
derartiges, für
das jeweilige Medium durchlässiges
Material ist beispielsweise ein poröses Material oder ein feine
Kanäle
oder Zwischenräume zwischen
Partikeln aufweisendes Material.
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Alternativ
dazu ist vorgesehen, daß die
Strömungsfestlegungselemente
Durchbrüche
aufweisen.
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Derartige
Durchbrüche
können
in den Strömungsfestlegungselementen
vorgesehene Kanäle oder
Bohrungen sein.
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Dabei
können
beispielsweise in diesem Fall die Strömungsfestlegungselemente selbst
entweder aus einem massiven Körper
oder auch aus einem porösen
Körper
ausgebildet sein.
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Hinsichtlich
der Fixierung der Strömungsfestlegungselemente
wurden im Zusammenhang mit den bisherigen Ausführungsbeispielen ebenfalls
keine näheren
Angaben gemacht. So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, daß das jeweilige
Strömungsfestlegungselement
sich mindestens an einem der Mantelkörper abstützt.
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Besonders
günstig
ist es jedoch, wenn das jeweilige Strömungsfestlegungselement sich
auf gegenüberliegenden
Seiten jeweils an einem der an dieses angrenzenden Mantelkörper abstützt.
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Zur
Regelung eines Massenstroms des jeweiligen Medium ist es außerdem denkbar,
das Strömungsfestlegungselement
als elastisches Element auszubilden, wobei dessen Strömungsquerschnitt
für das
jeweilige Medium durch Deformation des Strömungsfestlegungselements einstellbar
ist.
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Im
Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der einzelnen Ausführungsformen
wurde bislang bei dem Strömungsfestlegungselement
davon ausgegangen, daß dieses
an jeder Stelle mit Medium unter demselben Druck gespeist wird.
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Ist
jedoch der Verteilkanal relativ lang und hinsichtlich seines Querschnitts
begrenzt, so kann über
die Länge
des Verteilkanals ein Druckabfall auftreten.
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Aus
diesem Grund ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß zwischen
dem Verteilkanal und dem Strömungsfestlegungselement
ein Strömungsverteilelement
vorgesehen ist, welches in der Lage ist, den über die Länge des Verteilkanals auftretenden
Druckabfall zu kompensieren und somit dem Strömungsfestlegungselement das
jeweilige Medium mit einem über
dessen Ausdehnung im wesentlichen konstanten Druck zur Verfügung zu
stellen.
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Ein
derartiges Strömungsfestlegungselement
kann dabei ebenfalls ein massiver Körper mit Bohrungen oder Kanälen sein,
die hinsichtlich ihres Querschnitts an die Druckverhältnisse,
die es auszugleichen gilt, anpassbar sind.
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Alternativ
dazu ist es aber auch denkbar, ein derartiges Strömungsfestlegungselement
aus einem porösen
Material herzustellen, wobei zum Kompensieren eines Druckgradienten
vorzugsweise ein Porengradient vorgesehen werden kann.
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Hinsichtlich
des Materials für
die Ausbildung der Segmente wurden bislang keine näheren Angaben
gemacht. So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, daß die Segmente
in ihren an die Auslaßbereiche
angrenzenden Abschnitten aus einem spanabhebend bearbeitbaren Material
sind.
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Ein
derartiger Aufbau der Segmente schafft die Möglichkeit, die Form der Injektorfläche jeweils durch
spanabhebende Bearbeitung festzulegen und somit die Form der Injektorfläche an die
Gegebenheiten des Brennraums und die Art der Verbrennung im Brennraum
anzupassen. Damit kann in besonders einfacher Weise auf Strömungsinstabilitäten Einfluß genommen
werden.
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Insbesondere
besteht bei dieser Lösung
die Möglichkeit,
die Injektorfläche
so zu gestalten und auf den Brennraum derart Einfluß zu nehmen,
das Verbrennungsinstabilitäten
oder sogenannte Totwasserräume
reduziert oder sogar vermieden werden können.
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Ferner
ist es auch zweckmäßig, wenn
auch die Strömungsfestlegungselemente
aus einem spanabhebend bearbeitbaren Material hergestellt sind,
so daß die
Einheit aus den Segmenten und den Strömungsfestlegungselementen als
Ganzes bearbeitbar ist und somit auch die gesamte Injektorfläche durch spanabhebende
Bearbeitung in einfacher Weise geformt werden kann.
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Günstig ist
es hierbei, wenn das spanabhebend bearbeitbare Material mit der
bei der Bearbeitung entstehenden Oberfläche den Brennraum begrenzt,
so daß keinerlei
weitere Bearbeitungen notwendig sind.
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Ein
spanabhebend bearbeitbares Material kann aus unterschiedlichsten
Materialien hergestellt sein. Derartige Materialien können Keramikmaterialien,
Metalle, geschäumte
Werkstoffe oder Mischwerkstoffe sein.
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Besonders
zweckmäßig für den Einsatz
in einem Einspritzkopf ist es, wenn das spanabhebend bearbeitbare
Material ein Kohlenstoff- oder Oxidfaserverbundkörper ist, da Kohlenstoff- oder
Oxidfaserverbundkörper
ein geringes Gewicht aufweisen, temperaturfest sind und einfach
bearbeitet werden können.
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Im
Rahmen der bisherigen Erläuterung
der einzelnen Ausführungsformen
wurde nicht näher
auf die Anordnung des Brennraums relativ zum Einspritzkopf eingegangen.
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So
kann der Brennraum vollständig
außerhalb
des Einspritzkopfes liegen.
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Günstig ist
es jedoch bei einer Ausführungsform,
wenn sich der Brennraum zumindest teilweise in den Einspritzkopf
hinein erstreckt.
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Besonders
zweckmäßig läßt sich
dies dann realisieren, wenn sich der Brennraum in eine in den Einspritzkopf
eingeformte Ausnehmung hinein erstreckt.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden
Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.
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In
der Zeichnung zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
durch ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Einspritzkopfes;
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2 eine
Darstellung von Ausgangskörpern
für in
dem erfindungsgemäßen Einspritzkopf
gemäß 1 eingesetzte
Segmente mit Strömungsfestlegungselementen
zwischen diesen Segmenten;
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3 eine
Darstellung ähnlich 1 der
in 2 dargestellten zusammengesetzten und mechanisch
zur Bildung einer Injektorfläche
bearbeiteten Segmente längs
Linie 3-3 in 4;
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4 eine
Draufsicht in Richtung des Pfeils X in 4;
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5 einen
Schnitt ähnlich 1 durch
ein zweites Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Einspritzkopfes;
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6 einen
Schnitt längs
Linie 6-6 in 5;
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7 eine
schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Einspritzkopfes;
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8 eine
schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Einspritzkopfes;
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9 eine
schematische Darstellung eines fünften
Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Einspritzkopfes;
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10 eine
schematische Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Einspritzkopfes;
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11 eine
schematische Darstellung eines siebten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Einspritzkopfes;
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12 eine
schematische Darstellung eines achten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Einspritzkopfes;
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13 eine
schematische Darstelllung eines neunten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Einspritzkopfes;
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14 eine
schematische Darstellung eines zehnten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Einspritzkopfes;
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15 eine
ausschnittsweise Darstellung eines Strömungsfestlegungselements bei
einem elften Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Einspritzkopfes;
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16 eine
schematische Darstellung eines Strömungsfestlegungselements bei
einem zwölften Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Einspritzkopfes;
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17 eine
schematische Darstellung eines Strömungsfestlegungselements bei
einem dreizehnten Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Einspritzkopfes;
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18 eine
ausschnittsweise Darstellung zweier Segmente mit integriertem Strömungsfestlegungselement
bei einem vierzehnten Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Einspritzkopfes;
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19 eine
schematische Darstellung eines Strömungsfestlegungselements bei
einem fünfzehnten
Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Einspritzkopfes;
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20 eine
schematische Darstellung eines Strömungsfestlegungselements bei
einem sechzehnten Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Einspritzkopfes;
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21 eine
schematische Darstellung zweier Segmente eines siebzehnten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Einspritzkopfes;
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22 eine
schematische Darstellung eines achtzehnten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Einspritzkopfes;
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23 eine
schematische Darstellung zweier Segmente eines neunzehnten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Einspritzkopfes;
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24 eine
schematische Darstellung eines zwanzigsten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Einspritzkopfes
und
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25 eine
perspektivische schematische Darstellung eines einundzwanzigsten
Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Einspritzkopfes.
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Ein
erstes, in 1 dargestelltes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen, als
Ganzes mit 10 bezeichneten Einspritzkopfes ist auf ein Schubkammergehäuse 12 aufgesetzt,
und bildet mit einer Injektorfläche 14 einen
Abschluß eines
Brennraums 16, so daß aus
der Injektorfläche 14 austretender
Brennstoff und Oxidator in dem Brennraum 16 verbrennen
und sich in einer Schubrichtung 18 zu einer zeichnerisch
nicht dargestellten Auslaßdüse des Brennraums 16 hin
ausbreiten.
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Hierzu
weist das Schubkammergehäuse 12 beispielsweise
eine dem Einspritzkopf 10 zugewandte endseitige Öffnung 20 auf,
an welche sich bei dem auf einen die Öffnung 20 aufweisenden
Endbereich 22 des Schubkammergehäuses 12 aufgesetztem Einspritzkopf 10 eine
in den Einspritzkopf 10 hineinreichende und zumindest einen
Teil des Brennraums 16 aufnehmende Ausnehmung 24 mit
der sich kalottenähnlich
in dem Einspritzkopf 10 hineinerstreckenden Injektorfläche 14 anschließt, so daß sich insgesamt
der Brennraum 16 sowohl im Schubkammergehäuse 12 als
auch in den Einspritzkopf 10 hinein erstreckt. Es ist aber
auch möglich,
die Ausnehmung 24 so auszubilden, daß diese den gesamten Brennraum 16 aufnimmt
und das Schubkammergehäuse 12 nur
die Auslaßdüse trägt. Bei
einer weiteren Variante könnte
im Extremfall auch noch die Auslaßdüse vom Einspritzkopf 10 mit
umfaßt
sein.
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Der
Einspritzkopf 10 ist gebildet aus beispielsweise vier Segmenten 30a, 30b, 30c und 30d und
einem Abschlußkörper 32,
die durch eine Halteeinrichtung 34 zusammengehalten sind.
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Die
Segmente 30a bis 30d und der Abschlußkörper 32 sind
koaxial zu einer Mittelachse 36 angeordnet und greifen
in Richtung der Mittelachse 36 ineinander.
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Wie
in 2 dargestellt, sind dabei die Segmente 30a bis 30d aus
identischen Ausgangskörpern gebildet
und umfassen einen äußeren Ringkörper 40 mit
einem zylindrisch zur Mittelachse 36 verlaufenden Außenring 42 und
einem quer zur Mittelachse 36 verlaufenden Ringboden 44,
welcher in einen sich ausgehend von dem Ringboden 44 in
Richtung der Mittelachse 36 erstreckenden Mantelkörper 46 übergeht,
der sich mit einem konischen Abschnitt 47 von einem an
den Ringboden 44 angeformten Fußbereich 48 mit zunehmender
Erstreckung in Richtung der Mittelachse 36 erstreckt und
sich dabei verjüngt. Der
Mantelkörper 46 liegt
dabei auf einer dem Außenring 42 abgewandten
Seite des Ringbodens 44 und erstreckt sich von diesem weg
entgegengesetzt zur Erstreckung des Außenrings 42.
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Der
Mantelkörper 46 umfaßt dabei
eine der Mittelachse 36 zugewandte Innenfläche 50 und
eine der Mittelachse 36 abgewandte Außenfläche 52, wobei die
Innenfläche 50 und
die Außenfläche 52 vorzugsweise
parallel zueinander und konisch zur Mittelachse 36 verlaufen.
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Jedes
der Segmente 30a bis 30d ist identisch ausgebildet
und koaxial zur Mittelachse 36 angeordnet. Aus diesem Grund
können
die Segmente 30a bis 30d derart zusammengefügt werden,
daß die verschiedenen
Mantelkörper 46a bis 46d ineinandergreifen,
wobei die Innenfläche 50a des
Mantelkörpers 46a des
Segments 30a der Außenfläche 52b des
Mantelkörpers 46b des
nächstfolgenden
Segments 30b zugewandt ist usw.. Ferner sind die Segmente 30a bis 30d derart
zusammensetzbar, daß auf einer
dem Mantelkörper 46 abgewandten
Stirnseite 54 des jeweiligen Ringkörpers 40, beispielsweise
auf der Stirnseite 54a, der jeweils nächstliegende Ringkörper 40,
beispielsweise der Ringkörper 40b,
mit seiner Unterseite 56, beispielsweise der Unterseite 56b,
aufsitzt und mit der Stirnseite 54 dicht abschließend verbindbar
ist, so daß ein
Abdichtbereich 55 der Segmente 30 entsteht.
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Eine
derart dichte Verbindung im Bereich der Stirnseiten 54 und
der Unterseiten 56 läßt sich
durch Einsetzen einer Dichtung oder Anbringen von Dichtungsmaterial
erreichen, sofern die Segmente 30 lösbar miteinander verbunden
sein sollen.
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Alternativ
dazu läßt sich
eine dichte Verbindung im Abdichtbereich 55 auch mit der
mechanisch festen Verbindung der Segmente 30 in einem Fixierungsbereich 57,
welcher gleichzeitig den Abdichtbereich 55 darstellt, kombinieren,
wenn ein Fügen,
das heißt
beispielsweise ein Verschweißen,
Löten oder Verkleben
der Segmente 30 im Bereich der Stirnseiten 54 und
der Unterseiten 56 erfolgt.
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Dies
führt dazu,
daß der
Mantelkörper 46 dieses
nächstfolgenden
Segments, beispielsweise des Segments 30b, sich parallel
jedoch im Abstand zum Mantelkörper 46 des
vorausgehenden Segments, beispielsweise des Segments 30a,
erstreckt, so daß zwischen
beiden Mantelkörpern 46a, 46b ein Zwischenraum
verbleibt, wie in 3 nochmals exemplarisch dargestellt.
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Zur
besseren Fixierung der Segmente 30a bis 30d relativ
zueinander, ist jedes der Segmente 30a bis 30d mit
einer Stufe 58, beispielsweise der Stufe 58b,
versehen, welche beim Einsetzen dieses Segments 30, beispielsweise
des Segments 30b, in das vorhergehende Segment 30,
beispielsweise das Segment 30a, den Außenring 42 im Bereich
seiner Innenseite, beispielsweise der Innenseite 60a, hintergreift
und somit zu einer formschlüssigen
Zentrierung der Segmente 30 relativ zueinander führt.
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Jeder
der Ringkörper 40 begrenzt
mit dem Außenring 42 und
dem Ringboden 44 einen Verteilkanal 62, welcher
in einer zur Mittelachse 36 senkrecht verlaufenden Ebene 64 liegend
geschlossen umläuft
und welcher einen Zufuhrbereich 65 aufweist, welcher über eine
Zufuhröffnung 66 Brennstoff oder
Oxidator zuführbar
ist. In jedem der Segmente 30a bis 30d ist der
Verteilkanal 62 auf einer dem Mantelkörper 46 abgewandten
Seite offen und wird bei zwei aufeinanderfolgenden Segmenten 30 durch den
Ringboden 44 des nächstfolgenden
Segments 30 auf einer dem eigenen Ringboden 44 gegenüberliegenden
Seite verschlossen. Ferner wird der Verteilkanal 62 auf
seiner radial zur Mittelachse 36 verlaufenden Außenseite
durch den Außenring 42 umschlossen
und begrenzt und auf seiner Innenseite durch den Mantelkörper 46,
beispielsweise den Mantelkörper 46b des
nächstfolgenden
Segments begrenzt.
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Somit
kann sich ein über
die Zufuhröffnung 66 zugeführtes Medium
in dem Verteilkanal 62 rings um die Mittelachse 36 umlaufend
verteilen, aus dem Verteilkanal 62 jedoch nur über einen
Zwischenraum 74 entweichen, durch den es geführt zwischen
der Innenfläche 50 des
jeweiligen zum Segment 30, beispielsweise dem Segment 30a,
gehörenden
Mantelkörpers 46,
beispielsweise des Mantelkörpers 46a, und
der Außenfläche 52 des
Mantelkörpers 46,
beispielsweise des Mantelkörpers 46b,
des nächstfolgenden
Segments 30, beispielsweise des Segments 30b,
mit einer Komponente in Richtung der Mittelachse 36 des
Brennraums 16 strömt,
wobei in diesem Fall, wie in 1 dargestellt,
das Medium aus einem Auslaßbereich 70 in
Form eines Stroms 72, welcher ein Oxidatorstrom oder Brennstoffstrom
sein kann, in Richtung der Mittelachse 36 in den Brennraum 16 strömend austritt.
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Der
Auslaßbereich 70 erstreckt
sich dabei vorzugsweise geschlossen rings umlaufend um die Mittelachse 36 und
liegt in der Injektorfläche 14,
welche den Brennraum 16 begrenzt, so daß auch ein die Mittelachse 36 umschließender Strom 72 entsteht.
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Um
ein gleichmäßiges Austreten
des jeweiligen Mediums rings um die Mittelachse 36 zu ermöglichen,
ist in dem Zwischenraum 74 zwischen der Innenfläche 50,
beispielsweise der Innenfläche 50a, des
einen Segments 30 und der Außenfläche 52, beispielsweise
der Außenfläche 52b,
des nächstfolgenden
Segments 30 ein Strömungsfestlegungselement 80 eingesetzt,
welches sich von der den Zwischenraum 74 begrenzenden Innenfläche 50 bis
zu der diesen Zwischenraum 74 ebenfalls begrenzenden Außenfläche 52 erstreckt
und aus porösem
Material oder aus dichtem Material mit Duchlaßkanälen hergestellt ist, das, wie
in 2 dargestellt, beim Zusammensetzen der Segmente 30a bis 30d jeweils zwischen
zwei aufeinanderfolgende Mantelkörper 46,
beispielsweise die Mantelkörper 46a und 46b, eingesetzt
wird. Somit erfolgt über
das Strömungsfestlegungselement 80 noch
eine mechanische Abstützung
der Mantelkörper 46 relativ
zueinander nahe der Auslaßbereiche 70.
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Das
Strömungsfestlegungselement 80 ist dabei
so ausgebildet, daß es
jeweils an der Innenseite 30 und der Außenseite 52 der aufeinanderfolgenden
Mantelkörper 46 anliegt
und so angeordnet, daß eine
Stirnseite 82 desselben im Auslaßbereich und somit auch in
der Injektorfläche 14 liegt,
wobei bei Ausbildung des Strömungsfestlegungselements 80 aus
einem porösen
Material in der Stirnseite 82 Poren liegen, aus denen dann
das jeweilige Medium in Form des Stroms 72 austritt.
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Auch
die Stirnseite 82 des Strömungsfestlegungselements 80 verläuft somit
um die Mittelachse 36 herum und liegt im wesentlichen vollständig in
der Injektorfläche 14,
wobei beiderseits der Stirnseite 82 des Strömungsfestlegungselements 80 Stirnseiten 84,
beispielsweise die Stirnseiten 84a des ersten Segments 30a und 84b des
zweiten Segments 30b ebenfalls in der Injektorfläche 14 liegen
und somit begrenzen die Stirnseiten 84a und 84b der
Mantelkörper 46a und 46b der
Segmente 30a und 30b den Auslaßbereich 70 beiderseits.
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Somit
ist durch die Stirnseiten 84 der Mantelkörper 46 zusammen
mit der zwischen diesen liegenden Stirnseite 82 des jeweiligen
Strömungsfestlegungselements
der Verlauf der Injektorfläche 14 festgelegt.
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Das
in dem Zwischenraum 74 liegende Strömungsfestlegungselement 80 hat
dabei die Aufgabe, das über
den Verteilkanal 62 sich rings um die Mittelachse 36 verteilende
Medium mit einem vorgebbaren Massenstrom rings um die Mittelachse 36 austreten zu
lassen, so daß im
wesentlichen in jedem Abschnitt des diesem Verteilkanal 62 zugeordneten
Auslaßbereichs 70 ungefähr derselbe
vorgegebene Massenstrom des jeweiligen Mediums im Verteilkanal 62 austritt,
so daß insgesamt
aus jedem einzelnen der Auslaßbereiche 70 rings
um die Mittelachse 36 ungefähr identisch und hinsichtlich
der mitgeführten
Masse pro Zeiteinheit bestimmbare Ströme 72 von Brennstoff
oder Oxidator in Richtung auf die Mittelachse 36 hin austreten.
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Das
Strömungsfestlegungselement 80 stellt somit
in diesem Fall eine rings um die Mittelachse 36 verlaufende
Drosselung des zur Verfügung
stehenden Strömungsquerschnitts
dar.
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Wird
nun beispielsweise in den Verteilkanal 62 als Medium der
Brennstoff eingeführt,
so stellt der aus dem Auslaßbereich 70a austretende
Strom einen Brennstoffstrom 72a dar, dessen Massenstrom durch
die Porosität
oder Durchlässigkeit
des Strömungsfestlegungselements 80 festgelegt
ist.
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Wird
im nächstfolgenden
Segment 30b dem Verteilkanal 62b der Oxidator
zugeführt,
so tritt aus dem Auslaßbereich 70b der
Oxidatorstrom 72b aus, welcher näherungsweise in gleiche Richtung
gerichtet ist wie der Brennstoffstrom 72a. Die beiden Ströme, nämlich der
Brennstoffstrom 72a und der Oxidatorstrom 72b,
treten somit nebeneinander aus der Injektorfläche 14 aus, vermischen
sich und verbrennen im Brennraum 16.
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In
gleicher Weise läßt sich
dem Verteilkanal 62c Brennstoff und dem Verteilkanal 62d Oxidator zuführen, so
daß aus
den Auslaßbereichen 70c und 70d ebenfalls
ein Brennstoffstrom 72c und ein Oxidatorstrom 72d austreten,
und in der Brennkammer 16 miteinander verbrennen.
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Da
die Auslaßbereiche 70a, 70b, 70c und 70d sich
rings um die Mittelachse 36 herum erstrecken treten die
Brennstoffströme 72a und 72c und die
Oxidatorströme 72b und 72d ebenfalls
rings um die Mittelachse 36 umlaufend aus der Injektorfläche 14 aus
und vermischen sich alle miteinander, so daß im Brennraum 16 die
Verbrennung erfolgen kann.
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Ferner
werden vorteilhafterweise die Segmente 30a bis 30d durch
die hindurchströmenden Medien
temperiert, wobei je nach eingesetztem Medium ein Aufwärmen oder
Kühlen
der Segmente 30a bis 30d durch die Medien erfolgen
kann.
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Wie
aus 2 und 3 erkennbar, erfolgt der Aufbau
des Einspritzkopfes 10 durch Ineinandersetzen identisch
ausgebildeter Segmente 30a bis 30d mit den zwischen
diesen liegenden Strömungsfestlegungselementen 80a bis 80d und
nachfolgender formgebender Bearbeitung derselben, beispielsweise
durch einen spanabhebenden Bearbeitungsvorgang, welcher dazu führt, daß die Mantelkörper 46a bis 46d sowie
die Strömungsfestlegungselemente 80a bis 80d im
Bereich ihrer Stirnseiten 84 und 82 unterschiedlich
stark abgetragen werden, so daß insgesamt
dann die Ausnehmung 24 mit der für die Injektorfläche 14 und
den gegebenenfalls im Einspritzkopf 10 liegenden Teil des Brennraums 12 gewünschten
Form erzeugbar ist. Vorzugsweise erfolgt dabei vor der formgebenden
Bearbeitung der Mantelkörper 46a bis 46d und
der Strömungsfestlegungselemente 80a bis 80d eine
feste Fixierung der Strömungsfestlegungselemente 80a bis 80d an
den Mantelkörpern 46a bis 46d und
eine Fixierung der Segmente 30a bis 30d relativ
zueinander, beispielsweise durch ein Verbinden derselben miteinander
im Bereich der Außenringe 42,
vorzugsweise der Stirnseiten 54 und der Unterseiten 56 der
Außenringe 42.
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Die
zu einer Einheit miteinander verbundenen Segmente 30a bis 30d lassen
sich dann auf eine Flanschfläche 92 des
Schubkammergehäuses 12 aufsetzen,
und zwar mit der Unterseite 56a des Außenrings 42a und durch
die Halteeinrichtung 34, welche auf eine Abschlußplatte 94 des
Abschlußkörpers 32 wirkt
und in das Schubkammergehäuse 12 einschraubbare
Spannschrauben 96 umfaßt,
welche den Einspritzkopf 10 gegen das Schubkammergehäuse 12 verspannen.
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Die
Endplatte 94 liegt auf der Stirnseite 54d des
Außenrings 42d auf
und überdeckt
dessen Verteilkanal 62d auf einer dem Ringboden 44d gegenüberliegenden
Seite. Ferner begrenzt der Abschlußkörper 32 ebenfalls
noch mit einer Außenfläche 98 seines
konischen Abschnitts 100 den Verteilkanal 62d und
liegt mit dieser auch an dem Strömungsfestlegungselement 80d an,
so daß dieses
zwischen der Außenfläche 98 des
konischen Abschnitts 100 des Abschlußkörpers 32 und der Innenfläche 50d des Mantelkörpers 46d liegt.
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Der
Abschlußkörper 32 erstreckt
sich mit seinem konischen Abschnitt 100 ferner bis zur
Injektorfläche 14 und
bildet mit einer Stirnfläche 102 einen
inneren Bereich der Injektorfläche 14.
Ferner ist der Abschlußkörper 32 noch
mit einem zentralen Durchbruch 104 versehen, durch welchen
eine Zündeinrichtung
in diesen bis zur Injektorfläche 14 einschiebbar
ist, um die aus der Injektorfläche 14 austretenden Brennstoffströme 72a und 72c und
Oxidatorströme 72b und 72d im
Brennraum 16 zu zünden.
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Bei
dem ersten Ausführungsbeispiel
sind die Segmente 30a bis 30d und auch der Abschlußkörper 32 vorzugsweise
aus einem temperaturfesten Material, beispielsweise Metall oder
Keramik oder einem Fasern enthaltenden Material hergestellt, das
allerdings für
den Brennstoff und den Oxidator im wesentlichen gasdicht ausgebildet
ist.
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Die
Herstellung eines temperaturfeste Fasern, beispielsweise Kohlenstofffasern,
umfassenden Materials für
die Segmente 30 und des Abschlußkörpers 32 ist beispielsweise
in dem Forschungsbericht 2001-17 Deutsches Zentrum für Luft- und
Raumfahrt e.V. mit dem Titel: "Faserkeramiken für heiße Strukturen
von Wiedereintrittssfahrzeugen -Simulation, Test und Vergleich mit
experimentellen Flugdaten",
Verfasser Hermann Hald, Institut für Bauweisen- und Konstruktionsforschung, ISSN 1434-8454
beschrieben.
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Je
nach Art des verwendeten Brennstoffs und Oxidators ist vorgesehen,
daß die
Mantelkörper 46 der
Segmente 30 einen Wärmeaustausch
und somit einen Wärmeausgleich
zwischen den in den benachbarten Zwischenräumen 74 geführten Medien herstellen
oder einen Wärmeaustausch
zwischen den in benachbarten Zwischenräumen geführten Medien verhindern.
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Ferner
ist das Material zur Herstellung der Segmente 30 und des
Abschlußkörpers 32 vorzugsweise
ein wärmeausdehnungsneutrales
Material um auch bei thermischen Gradienten und thermischer Wechselbeanspruchung
die geometrischen Verhältnisse
und die Dichtheit zwischen den einzelnen Teilen aufrecht erhalten
zu können.
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Darüber hinaus
sind auch die Strömungsfestlegungselemente 80a bis 80d aus
einem temperaturfesten mediendurchlässigen, beispielsweise porösen Material
hergestellt.
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Die
porösen
Materialien sind vorzugsweise zumindest mit den Materialien der
Segmente 30 wärmeausdehnungskompatibel,
so daß keine
thermischen Probleme bei Temperaturgradienten oder einer thermischen
Wechselbeanspruchung auftreten.
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Insbesondere
sind als Materialien Geflechte oder Filze aus Fasermaterialien,
Metalloxide, geschäumte
Materialien oder Keramiken, wie Sinterkeramiken oder Sintermetalle,
geeignet.
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Besonders
günstig
ist es, ein Kohlenstofffasern und Kohlenstoff enthaltendes poröses Material oder ähnlich strukturierte
oxidische Materialien einzusetzen.
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Derartige
geeignete Materialien sind Faserkeramiken aus C/C, C/SiC, SiC/SiC
oder Al2O3.
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Die
Herstellung eines derartigen Materials mit definierter Porosität ist beispielsweise
in dem Forschungsbericht 2000-04, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
(DLR), mit dem Titel "Entwicklung
eines kostengünstigen
Verfahrens zur Herstellung von Bauteilen aus keramischen Verbundwerkstoffen", Verfasser Dipl.-Ing.
Walter Krenkel, Institut für
Bauweisen- und Konstruktionsforschung, Abteilung keramische Verbundstrukturen,
Pfaffenwaldring 38-40, D-70569 Stuttgart, ISSN 1434-8454, beschrieben.
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Bei
einem zweiten Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Einspritzkopfes 102 , dargestellt in 5 und 6,
sind diejenigen Elemente, die mit denen des ersten Ausführungsbeispiels
identisch sind, mit denselben Bezugszeichen jedoch mit Index 2 versehen,
so daß hinsichtlich
der Beschreibung dieser Elemente vollinhaltlich auf die Ausführungen
zum ersten Ausführungsbeispiel
Bezug genommen werden kann.
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Im
Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel
sind die Segmente 30a2 bis 30f2 nicht identisch ausgebildet, sondern
haben eine unterschiedliche Form, wobei allerdings jedes dieser
Segmente 30a2 bis 30f2 einen Ringkörper 402 aufweist,
von welchem ausgehend sich der Mantelkörper 462 mit
dem konischen Abschnitt 472 in
Richtung der Mittelachse 362 erstreckt.
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Im
Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel
schließen
die konischen Abschnitte 472 der Mantelkörper 462 mit den jeweiligen Ringböden 442 von Segment 30 zu Segment 30 unterschiedliche Winkel
ein, wobei die Winkel zwischen beiden ausgehend vom Segment 30a2 bis zum Segment 30f2 zunehmend
kleiner werden.
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Somit
verlaufen im zusammengebauten Zustand der Segmente 302 die konischen Abschnitte 472 der Mantelkörper 462 nicht
parallel zueinander, sondern zumindest teilweise antiparallel zueinander.
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An
diese unterschiedlichen Winkel sind dann auch die Strömungsfestlegungselemente 802 angepaßt, die jeweils in gleicher
Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel
zwischen den konischen Abschnitten 472 der
Mantelkörper 462 aufeinanderfolgender Segmente 302 liegen.
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Im
Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel
sind bei dem zweiten Ausführungsbeispiel
die Ringkörper 402 derart ausgebildet, daß diese
nicht nur den Ringboden 442 und
den Außenring 422 aufweisen, sondern einen dem Ringboden 442 gegenüberliegenden und an den Außenring 422 angeformten Ringflansch 114,
auf den dann der nächstfolgende Ringkörper 422 aufliegt.
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Bei
dem zweiten Ausführungsbeispiel
sind somit die Verteilkanäle 622 nicht zum nächstfolgenden Ringkörper 402 und zum nächstfolgenden Mantelkörper 462 hin offen, sondern lediglich in Richtung des
nächstfolgenden
Mantelkörpers 462 , welcher mit dem Mantelkörper 462 des jeweiligen Segments 302 zusammenwirkt, um den Zwischenraum 742 zu bilden, durch welchen der Brennstoff
oder der Oxidator in Richtung des jeweiligen Auslaßbereichs 702 strömt.
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Ferner
ist bei diesem Ausführungsbeispiel zwischen
dem Verteilkanal 622 und dem jeweiligen Strömungsfestlegungselement 802 zusätzlich ein Strömungsverteiler 116 vorgesehen,
welcher dazu dient, die Verteilung des dem Verteilkanal 622 zugeführten Brennstoffs oder Oxidators über diesen
Verteilkanal 622 zu optimieren,
um im wesentlichen eine Gleichverteilung des Brennstoffs oder Oxidators
um die Mittelachse 36 herum zu erreichen, bevor der Brennstoff
bzw. Oxidator in das Strömungsfestlegungselement 802 eintritt. Insbesondere dient der Strömungsverteiler 116 zudem
der Vorströmungsfestlegung
vor dem Strömungsfestlegungselement.
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Darüber hinaus
ist beim zweiten Ausführungsbeispiel
der Abstützkörper 322 so ausgebildet, daß dieser mit der einstückig angeformten
Endplatte 942 das letzte Segment 30f2 ebenfalls übergreift und auf dessen Ringflansch 114f aufliegt.
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In
Abwandlung zum ersten Ausführungsbeispiel
umfaßt
die Halteeinrichtung 342 beim zweiten Ausführungsbeispiel
einen Außenmantel 118 und
einen am Außenmantel 118 gehaltenen
unteren Auflagering 120, auf welchem das erste Segment 30a2 mit dem Ringboden 44a2 aufliegt,
wobei der Außenmantel 118 mit
dem Auflagering durch eine Klemmverbindung 122 zugfest
verbunden ist.
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Auf
einer dem Auflagering 120 gegenüberliegenden Seite ist ein
Druckring 124 der Halteeinrichtung 342 vorgesehen,
mit welchem der Abschlußkörper 32 beaufschlagt
ist, der seinerseits wiederum auf den Ringflansch 114f des
letzten Segments 30f2 wirkt. Auch
der Druckring 124 ist mit dem Außenmantel 118 durch
eine Klemmverbindung 126 fest verbunden.
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Bei
dem zweiten Ausführungsbeispiel
besteht die Möglichkeit
bei dem Einspritzkopf 102 durch den
Außenmantel 118 und
den mit diesem verbundenen Auflagering 120 sowie dem Druckring 124 die Segmente 30a2 bis 30f2 sowie
den Abschlußkörper 322 miteinander zu verspannen und somit
insbesondere die Segmente 302 lösbar aufeinandergestapelt gegebenenfalls
mit zwischen diesen liegenden Dichtungen gegeneinander abzudichten.
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Bei
einem dritten Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Einspritzkopfes 103 , lediglich schematisierend dargestellt
in 7, sind die Segmente 30a3 und 30b3 sowie der Abschlußkörper 323 so
angeordnet, daß die
aus den Auslaßbereichen 70a3 und 70b3 austretenden
Ströme 72a3 und 72b3 in Richtung
von der Mittelachse 36 weg gerichtet sind und sich somit
in Richtung einer Außenwand 130 des Brennraums 16 ausbreiten,
so daß die
Verbrennung des Brennstoffs und des Oxidators nahe der Außenwand 130 des
Brennraums 16 erfolgt.
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Bei
dem dritten Ausführungsbeispiel
sind die Segmente 30a3 und 30b3 lediglich durch die konischen Abschnitte 47a3 und 47b3 der
Mantelkörper 46a3 und 46b3 gebildet.
Die zugehörigen
Ringkörper 40 sind
hier nicht dargestellt, da nur die Illustration der Zufuhr der Medien
zum Brennraum dargestellt werden soll. Die Ringkörper 40 sind beispielsweise ähnlich wie
beim ersten Ausführungsbeispiel
ausgebildet und schließen
sich an die Fußbereiche 48 an.
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Bei
allen folgenden Ausführungsbeispielen sind
diejenigen Elemente, die mit den voranstehenden Ausführungsbeispielen
identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen und tragen
zusätzlich
einen dem Ausführungsbeispiel
entsprechenden Index, wobei hinsichtlich der Beschreibung dieser Elemente
vollinhaltlich auf die voranstehenden Ausführungsbeispiele Bezug genommen
wird.
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Ein
viertes Ausführungsbeispiel,
dargestellt in 8, basiert auf dem Konzept des
dritten Ausführungsbeispiels,
wobei die Segmente 30a4 und 30b4 nicht nur die konischen Abschnitte 47a4 und 47b4 der Mantelkörper 46a4 und 46b4 aufweisen,
sondern im Anschluß an
diese sich erstreckende zylindrische Abschnitte 136a und 136b der
Mantelkörper 46a4 und 46b4 .
Darüber
hinaus umfaßt
auch der Abschlußkörper 324 neben dem konischen Bereich 1004 und einen zylindrischen Abschnitt 140,
wobei der konische Bereich 100 im Bereich des konischen
Abschnitts 47b4 des Mantelkörpers 30b4 angeordnet ist und der zylindrische
Abschnitt 140 im Bereich der zylindrischen Abschnitte 136a und 136b.
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Auch
bei dem vierten Ausführungsbeispiel sind
die Ströme 72a4 und 72b4 von
der Mittelachse 36 weg in Richtung der Außenwand 130 des
Brennraums 16 gerichtet.
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Bei
dem vierten Ausführungsbeispiel
sind außerdem
die Segmente 30a4 und 30b4 im Bereich ihrer zylindrischen Abschnitte 136a und 136b miteinander
verbunden. Dabei weisen die zylindrischen Abschnitte an ihren den
Auslaßbereichen 70a4 und 70b4 abgewandten
Enden 138a und 138b Endflansche 139a und 139b auf,
wobei der Endflansch 139a am Ende 138a des zylindrischen
Abschnitts 136a durch eine Fügeverbindung mit dem zylindrischen
Abschnitt 136b verbunden ist, während der Endflansch 139b des
zylindrischen Abschnitts 136b durch eine Fügeverbindung
mit dem zylindrischen Abschnitt 140 des Abschlußkörpers 324 ebenfalls über eine Fügeeinrichtung verbunden ist.
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Ferner
sind die Segmente 30a4 und 30b4 über
die Halteeinrichtung 344 mit dem
Abschlußkörper 324 verbunden, wobei die Halteeinrichtung 344 beispielsweise am Segment 30a4 angreift und an dem Abschlußkörper 324 und das Segment 30b4 einerseits über den
Endflansch 139 gegenüber
dem Segment 30a4 fixiert ist sowie über den
Endflansch 139b an dem Abschlußkörper 324 fixiert
ist.
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Bei
einem fünften
Ausführungsbeispiel,
dargestellt in 9 umfaßt der Mantelkörper 46a5 in gleicher Weise wie beim vierten
Ausführungsbeispiel den
konischen Bereich 47a5 und den
zylindrischen Bereich 140a5 , wobei
der zylindrische Bereich 140a5 zu
dem Auslaßbereich 70a5 führt
und diesen begrenzt. Ferner ist auch der Mantelkörper 46b5 mit dem
zylindrischen Bereich 140b5 und
einem konischen Abschnitt 47b5 versehen,
wobei auch der zylindrische Abschnitt 140b5 bis
zum Auslaßbereich 70b5 führt.
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Somit
treten aus den Auslaßbereichen 70a5 und 70b5 Ströme 72a5 und 72b5 aus,
die ungefähr
parallel zur Mittelachse 36 gerichtet sind.
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Bei
einem sechsten Ausführungsbeispiel, dargestellt
in 10 finden unterschiedlich ausgebildete Segmente 30 Verwendung.
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So
sind die Segmente 30a6 und 30b6 so ausgebildet, daß sie Ströme 72a6 und 72b6 erzeugen, die in Richtung der Mittelachse 36 strömen, während weitere
Segmente, 30d6 und 30e6 vom Prinzip her so ausgebildet sind,
daß sie
Ströme 72d6 und 72e6 erzeugen,
die von der Mittelachse 36 weg gerichtet sind, so daß sich die
Ströme 72a6 und 72b6 sowie
die Ströme 72d6 und 72e6 überkreuzen.
Dadurch ist eine verbesserte Vermischung von Oxidator und Brennstoff
erreichbar, wenn beispielsweise die Ströme 72a6 und 72b6 Brennstoffströme und die Ströme 72de und 72e6 Oxidatorströme sind.
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Bei
dem sechsten Ausführungsbeispiel
sind die Segmente 30d6 , 30e6 und der Abschlußkörper 326 in
gleicher Weise miteinander verbunden, wie dies beispielsweise im
Zusammenhang mit dem vierten Ausführungsbeispiel gemäß 8 erläutert wurde, während die
Segmente 30a6 , 30b6 und 30c6 in einer Art und Weise miteinander
verbunden sind, welche beispielsweise der im Zusammenhang mit dem
ersten Ausführungsbeispiel
dargelegten Art und Weise entspricht.
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Bei
einem siebten Ausführungsbeispiel,
dargestellt in 11, sind ebenfalls sich kreuzende
Ströme
von Medien generierbar, nämlich
einerseits die Ströme 72a7 und 72b7 sowie
andererseits 72c7 und 72d7 .
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
ist es denkbar, daß die
Ströme 72a7 und 72b7 Brennstoffströme sind
und die Ströme 72c7 und 72d7 Oxidatorströme.
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Ferner
liegen bei diesem Ausführungsbeispiel
die Auslaßbereiche 70a7 und 70b7 auf
einem Teilbereich 14a7 der Injektorfläche 147 , welcher konvex ausgebildet ist, während die
Auslaßbereiche 70c7 und 70d7 auf
einem Teilbereich 14b7 der Injektorfläche 147 liegen, der konkav ausgebildet ist,
so daß in
diesem Fall die Injektorfläche 147 insgesamt eine aus einem konvexen
Teilbereich 14a7 und einem konkaven
Teilbereich 14b7 zusammengesetzte
Injektorfläche
ist.
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Im übrigen wird
hinsichtlich der weiteren Merkmale auf die Ausführungen zum sechsten Ausführungsbeispiel
sowie den vorangehenden Ausführungsbeispielen
verwiesen.
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Bei
einem achten Ausführungsbeispiel,
dargestellt in 12 sind die Segmente 30a8 , 30b8 und 30c8 mit scheibenförmigen Abschnitten 142a, 142b und 142c versehen,
welche Auslaßbereiche 70a8 und 70b8 aufweisen,
die bezüglich
der Mittelachse 368 radial nach
außen
gerichtet sind, so daß auch
die austretenden Ströme 72a8 und 72b8 sich
im wesentlichen in radialer Richtung quer zur Mittelachse 368 ausbreiten.
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An
die scheibenförmigen
Bereiche 142 sind bei den Segmenten 30a8 bis 30b8 noch zylindrische Abschnitte 140a8 , 140b8 und 140c8 angeformt, die sich in Richtung der
Mittelachse 368 erstrecken und
in welchen die Verteilkanäle 628 liegen.
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Das
achte Ausführungsbeispiel
entspricht dabei hinsichtlich der Anordnung der zylindrischen Abschnitte 140a8 , 140b8 und 140c8 vom Prinzip her dem vierten Ausführungsbeispiel
gemäß 8,
jedoch mit dem Unterschied, daß an
die Stelle der konischen Bereiche 47 die scheibenförmigen Bereiche 142 treten
und somit die austretenden Ströme 72a8 und 72b8 im
wesentlichen radial zur Mittelachse 368 verlaufen.
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Im übrigen sind
die zylindrischen Abschnitte 140a8 bis 140c8 in gleicher Weise miteinander verbunden,
wie dies beispielsweise im Zusammenhang mit dem vierten Ausführungsbeispiel
erläutert
wurde.
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Ein
neuntes Ausführungsbeispiel,
dargestellt in 13, basiert vom Grundprinzip
her auf dem vierten Ausführungsbeispiel,
mit dem Unterschied, daß nunmehr
die austretenden Ströme 729 einen Winkel mit der Mittelachse 369 aufweisen, welcher kleiner als 90° ist (13).
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Ferner
sind die zylindrischen Abschnitte 140a9 und 140b9 in ähnlicher Weise miteinander
verbunden wie im Zusammenhang mit dem vierten Ausführungsbeispiel
erläutert.
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Bei
einem zehnten Ausführungsbeispiel,
dargestellt in 14, weisen die Segmente 30a10 und 30b10 lediglich
die zylindrischen Abschnitte 140a10 und 140b10 , und an diese angeformte Ringkörper 40a10 und 40b10 auf,
in denen die Verteilkanäle 62a10 und 62b10 liegen.
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Die
Segmente 30a10 und 30b10 dienen dabei zur Erzeugung von Strömen 72a10 und 72b10 ,
die ungefähr
parallel zur Mittelachse 3610 gerichtet
sind und somit ungefähr
parallel zur Außenwand 13010 in die Brennkammer 1610 eintreten.
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Bei
einem elften Ausführungsbeispiel,
dargestellt in 15 entspricht der konstruktive
Aufbau des Einspritzkopfes dem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
dargestellt in 1 bis 4.
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Im
Zusammenhang mit der Ausbildung des Strömungsfestlegungselements 80 wurde
beim ersten Ausführungsbeispiel
lediglich dargelegt, daß dieses
aus porösem
Material ausgebildet sein soll.
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Bei
dem elften Ausführungsbeispiel
ist das Strömungsfestlegungselement 8011 aus Faserwerkstoff ausgebildet, wobei
die Orientierung der Fasern durch Lagen 143 aus Flachmaterial,
hergestellt aus derartigen Fasern, festgelegt ist.
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Die
Lagen 143 des Flachmaterials verlaufen beim elften Ausführungsbeispiel
beispielsweise parallel zu einer Außenseite 144 und einer
Innenseite 146 des Strömungsfestlegungselements 8011 und um die Mittelachse 3611 herum, wobei in den Lagen 143 des
Flachmaterials die Fasern im einfachsten Fall ungefähr senkrecht
zueinander verlaufen, das heißt, daß die ersten
Fasern mit einer ersten Orientierungsrichtung 152 um die
Mittelachse 3611 umlaufend ausgerichtet
sind und die zweiten Fasern mit einer zweiten Orientierungsrichtung 154 in
einer durch die Mittelachse 3611 hindurchverlaufenden
Ebenenschar und in einem Winkel zur Mittelachse 3611 verlaufen.
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Ein
zwölftes
Ausführungsbeispiel,
dargestellt in 16, basiert ebenfalls auf dem
konstruktiven Konzept des ersten Ausführungsbeispiels gemäß 1 bis 4.
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Bei
dem zwölften
Ausführungsbeispiel,
dargestellt in 16 sind die einzelnen Lagen 143' des Flachmaterials
aus Faserwerkstoff so ausgerichtet, daß diese parallel zu durch die
Mittelachse 3612 verlaufenden Ebenen
liegen und sich somit in näherungsweise
radialer Richtung zur Mittelachse 3612 erstrecken.
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Damit
laufen die Fasern in der ersten Richtung 152' quer zu der Außenseite 144 und der
Innenseite 146 und in der zweiten Richtung 154' in einem Winkel
zur Mittelachse 36 oder parallel zur Mittelachse.
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Das
zwölfte
Ausführungsbeispiel
läßt sich vorzugsweise
aus einzelnen in einer Umfangsrichtung 148 aufeinanderfolgenden
Sektoren 150 herstellen, welche aus einem Plattenmaterial
herausgearbeitet werden, wobei die Lagen 143' ungefähr parallel zu Plattenoberflächen verlaufen.
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Durch
Bearbeiten der Plattenoberflächen entstehen
dann die Oberflächen,
mit welchen aufeinanderfolgende Sektoren 150 in der Umfangsrichtung 148 aneinander
anliegen und miteinander durch einen Fügeprozeß, beispielsweise durch Verkleben verbunden
sind.
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Abschließend erfolgt
dann das Herstellen einer Endkontur durch Schleifen der Außenseite 144 und
der Innenseite 146.
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Bei
einem dreizehnten Ausführungsbeispiel, dargestellt
in 17, das ebenfalls auf dem konstruktiven Konzept
des ersten Ausführungsbeispiels basiert,
verlaufen die Lagen 143'' des Flachmaterials aus
Faserwerkstoff in senkrecht zur Mittelachse 3613 gerichteten
Ebenen, so daß die
Fasern sowohl in der ersten Richtung 152'' und
der zweiten Richtung 154'' jeweils quer
zur Mittelachse 3613 ausgerichtet
sind.
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Bei
dem elften, zwölften
und dreizehnten Ausführungsbeispiel
erfolgt vorzugsweise die Fertigung der Segmente 30 aus
Rohkörpern
mit Geweben, UD-Gelegen,
Rovings oder Halbzeugen, die durch geeignete Bindemittel, beispielsweise
Harze, miteinander verklebt werden.
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Bei
einem vierzehnten Ausführungsbeispiel, dargestellt
in 18, sind die Segmente 30a14 und 30b14 komplett aus einem porösen Körper 160 aufgebaut,
welcher allerdings auf einer Seite, beispielsweise der die Außenfläche 5214 bildenden Seite 162, derart
verdichtet ist, daß er
für das
jeweilige Medium, beispielsweise den Brennstoff oder den Oxidator
undurchlässig
ist. Die Dichtheit kann auch durch eine Beschichtung gewährleistet
werden.
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Die
undurchlässige
Seite 162 erstreckt sich dabei jeweils längs des
Mantelkörpers 4614 und auch auf einer Außenseite
des Ringkörpers 4014 bis zu der Stirnseite 5414 desselben, so daß beim Zusammenbau der Segmente 3014 sowohl der Brennstoff als auch der
Oxidator nach außen
dicht geführt
werden können.
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Ferner
sind nach wie vor die Verteilkanäle 62a14 und 62b14 ebenfalls
voneinander getrennt, da der nächstfolgende
poröse
Körper 160 wiederum
an seiner Seite 162 undurchlässig für Brennstoff und Oxidator ist.
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Bei
dieser Lösung
ist eine intensive Temperierung der Segmente 30a14 und 30b14 mittels des diese durchströmenden Mediums,
beispielsweise eine intensive Kühlung,
möglich.
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Bei
einem fünfzehnten
Ausführungsbeispiel, dargestellt
in 19 ist das Strömungsfestlegungselement 8015 als massiver oder poröser Körper ausgebildet,
durch den Bohrungen 164 hindurchgeführt sind, durch welche der
Brennstoff oder Oxidator hindurchtreten kann, wobei die Bohrungen 164 zu
einer Querschnittsreduzierung und, zu einem Ausgleich der Strömung führen und
ein Vorgeben des austretenden Massentroms erlauben.
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Die
Strömungsfestlegungselemente 8015 sind in gleicher Weise wie beim ersten
Ausführungsbeispiel
zwischen die Segmente 30 einsetzbar.
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Bei
einem sechzehnten Ausführungsbeispiel,
dargestellt in 20 ist das Strömungsfestlegungselemente 8016 so ausgebildet, daß dies auf
einer Seite in einen massiven oder porösen Körper desselben eingefräste Kanäle 168 aufweist,
die auf einer Seite offen sind und von einem nächstfolgenden Segment 30 überdeckt
werden.
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Die
Bohrungen 164 oder Kanäle 168 gemäß dem dreizehnten
oder vierzehnten Ausführungsbeispiel
haben nicht nur den Vorteil, daß sich
durch deren Querschnitt der durchtretende Massenstrom in einfacher
Weise festlegen läßt, sondern
auch den Vorteil, daß sich
die Strömungsrichtung
des austretenden Stroms 72 besser festlegen läßt.
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Bei
einem siebzehnten Ausführungsbeispiel, dargestellt
in 21, sind die Segmente 30a17 und 30b17 in gleicher Weise ausgebildet, wie
beim zweiten Ausführungsbeispiel.
Im Gegensatz zum zweiten Ausführungsbeispiel
sind die Außenringe 42a17 und 42b17 aus
elastischem Material ausgebildet, so daß die Möglichkeit besteht, mittels
einer Stelleinrichtung 170, welche beispielsweise auf den
Mantelkörper 46a17 wirkt, den Mantelkörper 46a17 in Richtung der Mittelachse 3617 zu verschieben und beispielsweise dadurch
in Richtung des Mantelkörpers 46b17 zu bewegen, so daß eine Querschnittsfläche der
Auslaßbereiche 70a17 und 17b17 variabel
einstellbar ist und somit auch der aus diesen austretende Massenstrom einstellbar
ist.
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Hierzu
sind beispielsweise die Außenringe 42a17 und 42b17 aus
einem Balg, der aus Metall sein kann, ausgebildet und damit in Richtung
der Mittelachse 3617 verschiebbar.
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Ferner
sind die Außenringe 42a17 und 42b17 durch
eine Fügeverbindung
im Fixierungsbereich 5717 miteinander
verbunden, wobei dieser Fixierungsbereich 5717 auch
gleichzeitig den Abdichtungsbereich 5517 zwischen
den beiden Segmenten 30a17 und 30b17 darstellt.
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Bei
einem achtzehnten Ausführungsbeispiel, dargestellt
in 22 sind die Segmente 30a18 und 30b18 im Prinzip gleich aufgebaut wie beim
siebzehnten Ausführungsbeispiel.
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Desgleichen
sind auch die Außenringe 42a18 und 42b18 in
gleicher Weise ausgebildet.
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Im
Gegensatz zum siebzehnten Ausführungsbeispiel
ist allerdings beim achtzehnten Ausführungsbeispiel im Abdichtbereich 5518 eine Ringdichtung 172 vorgesehen,
welche die Segmente 30a18 und 30b18 gegeneinander abdichtet, wobei die Segmente 30a18 und 30b18 beispielsweise
durch eine nicht dargestellte externe Halteeinrichtung 34 miteinander
verspannt sind, um die notwendige Flächenpressung um Bereich der
Ringdichtung 172 zu erhalten.
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Sowohl
bei dem siebzehnten, als auch bei dem achtzehnten Ausführungsbeispiel
wird ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung deutlich, der darin besteht,
daß der
Abdichtbereich 55 in großer Entfernung von den Auslaßbereichen 70 angeordnet
ist und somit die Probleme mit thermischen und mechanischen Belastungen,
die in den Auslaßbereichen
bestehen, im Abdichtbereich 55 gar nicht auftreten oder
sich in einfacher Weise kompensieren lassen.
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Damit
lassen sich Abdichttechniken im Abdichtbereich 55 einsetzen,
die bei den üblicherweise im
Brennraum 16 herrschenden Temperaturen und mechanischen
Belastungen nicht einsetzbar wären.
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Bei
einem neunzehnten Ausführungsbeispiel,
dargestellt in 23, läßt sich der Abstand zwischen
einander benachbarten Mantelkörpern,
beispielsweise den Mantelkörpern 46a19 und 4619 ,
dadurch variieren, daß einer
der Mantelkörper,
beispielsweise der Mantelkörper 4619 relativ zum Mantelkörper 46a19 in Richtung der Mittelachse 3619 verschiebbar ist, so daß sich ein
Abstand A zwischen den Mantelkörpern 46a19 und 4619 auf
einen Abstand A' reduzieren
läßt, sofern
der Mantelkörper 4619 von seiner in 20 durchgezogen
dargestellten Stellung weiter in Richtung der Mittelachse 3619 in den Mantelkörper 46a19 hineingeschoben
wird und somit der Abstand A auf den Abstand A' reduziert wird, so daß dadurch
auch der Strömungsquerschnitt
und somit auch der Massenstrom einstellbar ist.
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Um
auch bei diesem Ausführungsbeispiel
einen dichten Abschluß zwischen
den einzelnen Mantelkörpern,
beispielsweise den Mantelkörpern 46a19 und 3619 realisieren
zu können,
ist zwischen diesen ein Dichtbalg 180 vorgesehen, welcher
die Relativverschiebung des Mantelkörpers 4619 zum
Mantelkörper 46a19 zuläßt und dennoch den Zwischenraum 74a19 zwischen den beiden Mantelkörpern 46a19 und 4619 abschließt.
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Bei
einem zwanzigsten Ausführungsbeispiel, dargestellt
in 24 sind vorzugsweise unmittelbar aufeinanderfolgende
Segmente, beispielsweise die Segmente 30a20 und 30b20 , miteinander starr verbunden und
ein zwischen diesen liegender Verteilkanal 62a20 ist
durch eine radial außenliegende
Wand 180 abgeschlossen, welche auch die Segmente 30a20 und 30b20 starr
miteinander verbindet.
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Dagegen
ist der Verteilkanal 62b20 , zwischen den
Segmenten 30b20 und 30c20 zu einem Verteilraum 182 hin
offen, über
welchen die Zufuhr des Mediums in diesen erfolgt.
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Außerdem sind
wiederum die Segmente 30c20 und 30d20 starr miteinander verbunden, so daß der Verteilraum 62c20 ebenfalls nach außen abgeschlossen ist, während ein
Teilkanal 6220 zwischen dem Segment 30d20 und dem Abschlußkörper 3220 zum
Verteilraum 182 hin offen ist.
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Somit
besteht die Möglichkeit,
den Verteilkanälen 62b und 62d über den
auch als Reservoir dienenden Verteilraum 182 das Medium
zuzuführen, während in
den Verteilkanälen 62a20 und 62c20 über eine
separate Leitung 184 das Medium zuzuführen ist, wobei die Leitung 184 beispielsweise
von einem auf einer der Injektorfläche 1420 gegenüberliegenden Seite
Zuführraum 186 ausgeht.
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Ist
beispielsweise bei dem zwanzigsten Ausführungsbeispiel die Leitung 184 flexibel,
so besteht bei diesem Ausführungsbeispiel
die Möglichkeit,
die miteinander verbundenen Segmente 30a20 und 30b20 relativ zu den Segmenten 30c20 und 30d20 ,
die wiederum fest miteinander verbunden sind, zu verschieben und
somit einen Querschnitt der Auslaßbereiche 70d20 und 70b20 zu variieren, während die Auslaßquerschnitte 70a20 und 70c20 in
diesem Fall invariabel sind.
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Bei
einem einundzwanzigsten Ausführungsbeispiel,
dargestellt in 25, sind die zwei Segmente 30a21 und 30b21 als
spiralförmige
Körper
ausgebildet, die ineinander eingreifen, wobei in jedem der Segmente 30a21 und 30b21 ein
Verteilkanal 62a21 bzw. 62b21 vorgesehen ist, der in dem spiralförmigen Körper mit
verläuft.
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Die
beiden die Segmente 30a21 und 30b21 bildenden spiralförmigen Körper sind dabei um mehr als
oder gleich 360° um
die Mittelachse 3621 spiralförmig gewickelt
wobei in jedem der Segmente 30a21 und 30b21 von dem jeweiligen Verteilkanal 62a21 bzw. 62b21 ein
Strömungsfestlegungselement 80a21 bzw. 80b21 zu
einem Auslaßbereich 70a21 bzw. 70b21 führt, welcher
dem Brennraum 1621 zugewandt ist,
so daß die
austretenden Ströme 72a21 und 72b21 in
den Brennraum 1621 eintreten und
dort in bekannter Weise eine Verbrennung ergeben.
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Vorzugsweise
sind bei dem einundzwanzigsten Ausführungsbeispiel die Segmente 3021 mehrlagig ausgebildet, so daß beiderseits
des Strömungsfestlegungselements 8021 jeweils ein Mantelkörper 46a21 und 46a'21 bzw. 46b21 und 46b'21 ausgebildet ist,
welcher für
einen gasdichten Abschluß sorgt,
um das durch den jeweiligen Verteilkanal 62 zugeführte Medium
zu den Auslaßbereichen 7021 zu führen.