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Die
Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung zum Mischen von gasförmigen
oder flüssigen Medien nach dem Oberbegriff von Patentanspruch
1. Die Erfindung betrifft auch ein System mit einer Mischvorrichtung
zum Mischen von gasförmigen oder flüssigen Medien
nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 12.
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Gattungsgemäße
Mischvorrichtungen sind hinlänglich bekannt. Die
US 005408978A offenbart einen
Mischer, mittels welchem ein gasförmiger Brennstoff einem
Luftstrom zugeführt werden kann, worauf dieses Gemisch
in einem Verbrennungsmotor mit einem Turbolader verbrannt wird.
Dieser Mischer weist ein Gehäuse auf, welches an ein Rohr
zwischen dem Turbolader und dem Verbrennungsmotor angeschlossen
wird. Zudem umfasst der Mischer einen Einsatz, welcher Bohrungen
aufweist, um den gasförmigen Brennstoff dem Luftstrom zuzuführen.
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Dieser
und die bekannten Mischvorrichtungen haben die Nachteile inne, dass
sie einen komplexen Aufbau aufweisen. Dabei ist eine separate Gaseinheit
notwendig. Austauschbare Mischeinsätze, mittels welchen
beispielsweise der gasförmige Brennstoff einem Luftstrom
auf unterschiedliche Art und Weisen, d. h. unter Ausbildung unterschiedlicher Mischungsströmungen,
zuführbar ist, sind nicht vorgesehen. Zur Ausbildung unterschiedlicher
Mischungsströmungen werden separate, voneinander unterschiedliche
Mischvorrichtungen benötigt, was sowohl Kosten für
diese Mehrzahl an Mischvorrichtungen in die Höhe treibt,
als auch einen Aufwand zum Austausch der unterschiedlichen Mischvorrichtungen,
beispielsweise an Verrohrungen eines Verbrennungsmotors, erhöht.
Besonders zu beispielsweise Testzwecken ist dieser häufige
Austausch wünschenswerterweise zu vermeiden, um unterschiedliche
Mischvorrichtungen bezüglich ihrer Mischeigenschaften zu
testen. Ziel derartiger Testzwecke kann beispielsweise sein, eine
Erzeugung eines möglichst homogenen Luft- Brennstoff-Gemisches
bzw. eines Gemisches aus gasförmigen oder flüssigen
Medien zu realisieren, und zwar möglichst mit einem geringen
Zeit- und Kostenaufwand.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Mischvorrichtung
der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass unterschiedliche Mischvorrichtungen
mit einem geringen Zeit- und Kostenaufwand eingesetzt werden können.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Mischvorrichtung zum Mischen von gasförmigen
oder flüssigen Medien mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 sowie durch ein System mit einer Mischvorrichtung zum Mischen
von gasförmigen oder flüssigen Medien mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen
der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen
angegeben.
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Eine
derartige Mischvorrichtung zum Mischen von gasförmigen
oder flüssigen Medien, insbesondere zum Mischen von Luft
mit einem gasförmigen Brennstoff, weist ein Gehäuse
und ein in dem Gehäuse zumindest teilweise angeordnetes
Mischelement auf, wobei erfindungsgemäß vorgesehen
ist, dass mittels des Gehäuses ein Mischelement aus einer
Mehrzahl unterschiedlicher Mischelemente aufnehmbar ist. Dieser
Aspekt der Erfindung ermöglicht es, dass das Gehäuse
der Mischvorrichtung beispielsweise in einer Verrohrung einer Verbrennungskraftmaschine
befestigt werden kann. Dieses Gehäuse kann an dieser Verrohrung
angeordnet bleiben und dient als eine Aufnahme für unterschiedliche Mischelemente,
die der Mischvorrichtung unterschiedliche Mischverhalten verleihen,
und welche zeit- und damit kostenunaufwendig ausgetauscht werden
können.
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Durch
diese Ausführungsform, nämlich dass die Mischvorrichtung
ein Gehäuse aufweist, mittels dessen unterschiedliche Mischelemente
aufnehmbar sind, ist es möglich, Mischelemente mit unterschiedlichen
Mischeigenschaften schnell auszutauschen. Dies ist insbesondere
bei Testvorgängen vorteilhaft, da durch den schnellen Austausch
unterschiedlicher Mischeinsätze, die der Mischvorrichtung
unterschiedliche Mischverhalten verleihen, Randbedingungen, insbesondere
Umweltbedingungen, konstant gehalten werden, die derartige Tests
stark beeinflussen können.
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Gerade
beim Mischen von gasförmigen Medien ist eine Konstanthaltung
der Randbedingungen bei Tests besonders wichtig für reproduzierbare
und aussagekräftige Testergebnisse. Somit kann eine Mehrzahl
an unterschiedlichen Mischelementen und damit eine Mehrzahl an unterschiedlichen
Mischungsströmungen innerhalb kürzester Zeit untersucht
werden, da ein Austausch der unterschiedlichen Mischelemente mit
der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung schnell
vonstatten gehen kann. Dies bietet große Auslegungsfreiheiten
bezüglich der unterschiedlichen Mischelemente, da eine
Anbindung dieser Mischelemente nicht gesondert berücksichtigt
werden muss, da sie quasi standardisiert durch ein und dasselbe
Gehäuse der Mischvorrichtung aufnehmbar sind.
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Die
Aufnehmung der Mischelemente mittels des Gehäuses kann
dabei beispielsweise durch eine einfache Steckverbindung erfolgen.
Dabei kann vorgesehen sein, dass diese Steckverbindung mittels eines
Flansches und mittels zumindest eines Befestigungselements verstärkt
werden kann. Das Befestigungselement ist vorteilhafterweise beispielsweise ein
Schraubelement, welches schnell und einfach montiert werden kann,
wodurch einerseits weiter Zeit eingespart wird, andererseits ist
dadurch eine Verwendung eines Spezialwerkzeugs nicht nötig,
was auch Kosten reduziert. Weitere Schnellverschlussverbindungen
wie beispielweise Clipse oder Einrastverbindungen sind dabei ebenso
vorstellbar.
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Ein
weiterer kosteneinsparender Aspekt der Erfindung ist, dass bei der
erfindungsgemäßen Mischvorrichtung nicht die gesamte
Mischvorrichtung ausgetauscht und damit beschafft werden muss, da – wie
beschrieben – das Gehäuse der Mischvorrichtung
an der Verrohrung der Verbrennungskraftmaschine verbleiben kann.
Lediglich unterschiedliche Mischelemente sind vonnöten.
Durch die Tatsache, dass diese Mischelemente mittels des Gehäuses aufnehmbar
sind, reduziert sich eine Komplexität einer Montage und
eines gesamten Aufbaus aus Verbrennungskraftmaschine, Verrohrung
und Mischvorrichtung, was in einer Reduzierung eines Zeitaufwandes
für beispielsweise Testzwecke resultiert, wodurch Entwicklungszeiten
und damit insbesondere Entwicklungskosten besonders gering gehalten
werden. Nichtsdestotrotz sind eine Vielzahl an unterschiedlichen
Mischelementen mit unterschiedlichen Mischeigenschaften zur Ausbildung
unterschiedlicher Mischungssströmungen untersuchbar.
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Dabei
kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Gehäuse der
Mischvorrichtung zur Aufnahme unterschiedlicher Mischelemente beispielsweise zweiteilig
ausgeführt ist. Somit kann ein Teil des Gehäuses,
das im Folgenden als Deckel bezeichnet wird, abgenommen werden,
ein Mischelement aus einer Mehrzahl an unterschiedlichen Mischelementen
kann in das Gehäuse eingesetzt werden, worauf der Deckel
wieder geschlossen wird.
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Alternativ
kann vorgesehen sein, dass – wie angedeutet – ein
Mischelement aus einer Mehrzahl unterschiedlicher Mischelemente
beispielsweise von einer Seite des Gehäuses, insbesondere
von einer Seite senkrecht zur Strömungsrichtung der zu
mischenden Medien, in das Gehäuse zumindest teilweise eingeschoben
wird. Dieser Einschub kann durch eine oder durch eine Kombination
der beschriebenen Verbindungsmöglichkeiten fixiert werden.
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Im
ersten Fall mit dem Deckel ist es ermöglicht, dass eine
Verrohrung sowohl stromauf- als auch stromabwärts in der
Mischvorrichtung nicht demontiert werden muss, was ein Zeit- und
damit Kostenreduzierung zur Folge hat.
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Im
zweiten Fall des Einschiebens eines Mischelements aus einer Mehrzahl
an unterschiedlichen Mischelementen ist zwar die Demontage der Verrohrung
beispielsweise stromabwärts der Mischvorrichtung nötig.
Allerdings ist durch diese Variante gegeben, dass das Mischelement
sehr einfach und sehr schnell mittels des Gehäuses aufnehmbar
ist. Eine Demontage des Deckels des Gehäuses ist vermieden,
wodurch beispielsweise Dichtungen beschädigt werden können
und damit eine Dichtwirkung des Gehäuses negativ beeinflusst
werden kann. An dieser Stelle sei erwähnt, dass es sowohl
möglich ist, das Mischelement innerhalb des Gehäuses
der Mischvorrichtung und/oder außerhalb des Gehäuses der
Mischvorrichtung anzuordnen. In jeglicher Hinsicht ist das Mischelement
mittels des Gehäuses aufnehmbar und somit sind die zu mischenden
Medien dem Mischelement zuführbar.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das
Mischelement als Venturi-Mischereinsatz ausgebildet. Durch die Ausbildung
des Mischelements als Venturi-Mischereinsatz ist eine besonders
effiziente Vermischung der beiden zu mischenden Medien, die gasförmig
und/oder flüssig sind, möglich. Der Einsatz eines
Venturi-Mischereinsatzes vermeidet zusätzliche Vermischungselemente wie
beispielsweise Pumpen und sorgt für eine sehr gute Durchmischung
mit relativ einfachen Mitteln, was Kosten für die Mischvorrichtung
und damit für einen gesamten Entwicklungsprozess äußerst
gering hält.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
ist das Mischelement als Wirbel-Mischereinsatz ausgebildet. Mittels
eines Wirbel-Mischereinsatzes ist es möglich, auf möglichst kurzer – in
Strömungsrichtung der zu mischenden Medien – Strecke,
ein möglichst homogenes Gemisch der zu mischenden Medien,
insbesondere ein homogenes Luft-Brennstoff-Gemisch, zu realisieren. Diese
Homogenisierung des Gemisches ist insofern äußerst
wünschenswert, als dass ein homogenes Gemisch in einer
der Mischvorrichtung zugeordneten Verbrennungskraftmaschine besonders
gut und schadstoffarm verbrannt werden kann. Eine Volumenänderungsarbeit
und damit ein Druckanstieg in einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine bei
einem homogenen Gemisch ist sanfter als bei einem nichthomogenen
Gemisch, wodurch für menschliche Ohren unangenehme Geräusche,
die als Diesel-Nageln bekannt sind, vermieden werden können.
Dies bedeutet einen hohen Komfortzugewinn für Insassen
eines Kraftwagens mit einer derartigen Verbrennungskraftmaschine,
der eine erfindungsgemäße Mischvorrichtung zugeordnet
ist. Des Weiteren erlaubt eine Reduzierung der Strecke zur Homogenisierung
des Gas-Luft-Gemisches bzw. des Gemisches der zu mischenden Medien
eine sehr kompakte Bauweise der Mischvorrichtung und der Verrohrung,
mittels derer die Mischvorrichtung und die Verbrennungskraftmaschine
in fluidischem Kontakt stehen, wodurch Packageprobleme reduziert werden,
die in einem äußerst platzkritischen Bereich wie
einem Motorraum, wo die Mischvorrichtung in der Regel zum Einsatz
kommt, immanent sind.
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Zudem
sind aufgrund dieser kompakten Bauweise keine externen Gasleitungen
zwischen Mischvorrichtung und einem Eingassystem nötig, was
sowohl die erwähnten Packageprobleme weiter reduziert als
auch ein Gesamtgewicht des Kraftwagens, bei dem eine derartige Mischvorrichtung
zum Einsatz kommt, gering hält. Diese Reduzierung des Gewichts
ist einerseits Fahreigenschaften des Kraftwagens zuträglich,
die durch ein Mehrgewicht negativ beeinflusst werden würden,
was in diesem Fall vermieden ist. Andererseits ist durch die Vermeidung eines
zu hohen Gewichts ein Kraftstoffverbrauch der der Mischvorrichtung
zugeordneten Verbrennungskraftmaschine reduziert, wodurch auch Emissionen und
insbesondere CO2-Emissionen reduziert werden.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist eines
der beiden zu mischenden Medien, insbesondere der gasförmige
Brennstoff, der in der Regel einem Luftstrom zugeführt
wird, über einen das Mischelement zumindest teilweise in
Umfangsrichtung umlaufenden Ringkanal der Mischvorrichtung zuführbar.
Idealerweise verläuft der Ringkanal über die komplette
Umfangsrichtung des Mischelements, was aber nicht notwendigerweise
der Fall sein muss. Durch diesen möglichst komplett in
Umfangsrichtung des Mischelements verlaufenden Ringkanal ist eine
besonders günstige Zuführung des zu mischenden
Mediums ermöglicht, was eine Homogenisierung des Gemisches
der zu mischenden Medien unterstützt. Durch diesen Aspekt
ist eine noch schnellere Homogenisierung des Gemisches der zu mischenden
Medien möglich, was die Mischvorrichtung weiter kompakt
hält, wodurch die oben genannten Packageprobleme positiv
beeinflusst werden.
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Bei
einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung ist zumindest ein zu mischendes Medium, insbesondere
der gasförmige Brennstoff, über eine Mehrzahl
an Öffnungen, insbesondere Bohrungen, an einem engsten
Querschnitt der Mischvorrichtung zuführbar. Je höher
die Anzahl dieser Öffnungen und je kleiner ihr Öffnungsdurchmesser
ist, desto feiner ist eine Zumischung des zu mischenden Mediums
zu dem anderen zu mischenden Medium möglich. Je feiner
die Zumischung erfolgt, desto besser und schneller erfolgt auch
eine Homogenisierung der zu mischenden Medien mit allen bisher genannten
diesbezüglichen Vorteilen. Die Tatsache, dass diese Öffnungen
an einem engsten Querschnitt angeordnet sind, unterstützt
weiter eine Effizienz der Zumischung, besonders in Verbindung mit
einem Venturi-Mischer, wodurch das zu mischende Medium besonders
effizient und schnell dem anderen zu mischenden Medium zugeführt
wird, was eine Homogenisierung weiter positiv beeinflusst.
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Idealerweise
wird diese Mehrzahl an Öffnungen mittels des oben genannten
Ringkanals versorgt. Dadurch ist eine hohe Anzahl an Bohrungen,
die – wie erwähnt – möglichst
gering im Durchschnitt sind, mit dem zu mischenden Medium zu versorgen.
Diese feine Zudosierung des zu mischenden Mediums ist – wie
erwähnt – der Homogenisierung des Gemisches der
zu mischenden Medien zuträglich, was ebenso die Verbrennung
dieses Gemisches in der der Mischvorrichtung zugeordneten Verbrennungskraftmaschine
positiv beeinflusst hinsichtlich einer geringen Geräusch-
und Emissions-Entwicklung.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der
Ringkanal und/oder die Öffnungen von zumindest einer Dosiervorrichtung,
insbesondere einem Eingasventil, mit einem zu mischenden Medium,
insbesondere dem Brennstoff, versorgbar. Dies ermöglicht
eine bedarfs- und damit situationsgerechte Zumischung des Brennstoffs
bzw. des zu mischenden Mediums, wodurch ein übermäßiger
Verbrauch des zu mischenden Mediums und insbesondere des Brennstoffs
vermieden wird. Dadurch ist der Kraftstoffverbrauch der der Mischvorrichtung
zugeordneten Verbrennungskraftmaschine ebenfalls absenkbar.
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Die
Versorgung mit dem zu mischenden Medium bzw. mit Brennstoff mittels
zumindest eines Eingasventils birgt weiterhin den Vorteil, dass
mittels der Dosiervorrichtung in gewisser Weise bereits eine Vormischung
und damit eine Vorhomogenisierung möglich ist. Handelt
es sich bei dem einen zu mischenden Medium beispielsweise um eine Flüssigkeit,
so ist es mittels der Dosiervorrichtung bereits möglich,
eine möglichst geringe Tropfenform zu realisieren, wodurch
die Homogenisierung des Gemisches besonders vereinfacht ist mit
allen diesbezüglich genannten Vorteilen.
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In
diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass die Dosiervorrichtung
bzw. das Eingasventil direkt in der Mischvorrichtung und ganz besonders
im Gehäuse integriert ist. Dies weist den Vorteil auf,
dass somit die Mischvorrichtung einerseits sehr kompakt gehalten
werden kann, was die Packageprobleme gerade im Motorraum reduziert,
andererseits sind somit zusätzliche Leitungen zur Verbindung
der Dosiervorrichtung mit der Mischvorrichtung obsolet.
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Nichtsdestotrotz
ist es ebenso möglich, die Dosiervorrichtung bzw. das Eingasventil
nicht direkt zu integrieren. Dies kann sich beispielsweise dann als
vorteilhaft erweisen, wenn auch eine Variation der Dosiervorrichtung
zu Testzwecken vorgesehen ist. Durch die nicht direkte Integration
der Dosiervorrichtung in die Mischvorrichtung bzw. in das Gehäuse
zu Zwecken eines Austauschs der Dosiervorrichtung, beispielsweise
um unterschiedliche Dosiervorrichtungen zu testen, ist der Austausch
der Dosiervorrichtung vereinfacht, was Zeit und damit Kosten einspart.
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Vorteilhafterweise
ist in einer Ausführungsform der Erfindung ein zu mischendes
Medium, insbesondere der gasförmige Brennstoff, über
eine dem engsten Querschnitt des Mischelements stromab nachgeordnete
Abrisskante der Mischvorrichtung zuführbar. Dieser Aspekt
der Erfindung ermöglicht eine noch günstigere
Gestaltung der Mischungsströmung der zu mischenden Medien,
besonders im Hinblick auf die Homogenisierung des Gemisches der
zu mischenden Medien mit allen genannten Vorteilen bezüglich
der anschließenden Verbrennung in der Verbrennungskraftmaschine
und der Kompaktheit der Mischvorrichtung.
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Weist
die Mischvorrichtung bzw. das Mischelement Öffnungen auf,
mittels derer ein zu mischendes Medium der Mischvorrichtung zuführbar
ist, so erweist es sich als vorteilhaft, wenn zumindest eine Teilmenge
einer Gesamtanzahl an Öffnungen mit einer in Strömungsrichtung
der zu mischenden Medien liegenden Längsachse des Gehäuses
einen Winkel einschließt. Durch diese Ausführungsform
ist es möglich, das zu mischende Medium gezielt an bestimmte
Stellen innerhalb der Strömung zu leiten, um dadurch beispielsweise
die Homogenisierung des Gemisches weiter zu verbessern. Schließen
die Öffnungen keinen Winkel mit der Längsachse
ein, so kann ungünstigerweise der Fall eintreten, dass
in gewisse Bereiche einer Strömung des Gemisches kein zuzumischender Brennstoff
gelangt, wodurch eine Homogenisierung des Gemisches nicht möglich
ist, was in einer negativen Verbrennung in der Verbrennungskraftmaschine
resultiert. Dies ist durch eine Ausbildung eines Winkels der Öffnungen
mit der Längsachse zu vermeiden.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung sind die Öffnungen,
die mit der Längsachse einen Winkel einschließen,
auf einen gemeinsamen Fluchtpunkt fokussiert. Dabei können
alle oder – wie erwähnt – nur eine Teilmenge
der Gesamtanzahl an Öffnungen auf diesen Fluchtpunkt fokussiert
sein. Diese Fokussierung ermöglicht eine positive Beeinflussung
der Strömung des Gemisches.
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In
einer alternativen Ausführungsform der Erfindung sind zumindest
zwei Teilmengen der Gesamtanzahl an Öffnungen auf jeweils
einen der korrespondierenden Teilmenge an Öffnungen zugeordneten
Fluchtpunkt fokussiert. Diese jeweiligen Fluchtpunkte sind dabei
unterschiedliche Fluchtpunkte. Durch die Fokussierung auf unterschiedliche Fluchtpunkte
kann eine Homogenisierung des Gemisches weiter positiv beeinflusst
werden, da eine Gesamtmenge des zuzumischenden Mediums in unterschiedliche
Bereiche der Strömung aufgeteilt werden kann. Dies ist
der Homogenisierung mit allen bisher genannten diesbezüglichen
Vorteilen zuträglich.
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In
einer alternativen Ausführungsform der Erfindung sind die Öffnungen
diffuswinklig angeordnet. Das heißt, dass die Öffnungen
keinem gemeinsamen Fluchtpunkt zugeordnet sind. Dies ermöglicht eine
Aufteilung des zuzumischenden Mediums an mannigfaltige Stellen in
der Strömung, wodurch eine Homogenisierung des Gemisches
der zu mischenden Medien positiv beeinflussbar ist.
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Ein
System mit einer Mischvorrichtung zum Mischen von gasförmigen
oder flüssigen Medien, insbesondere zum Mischen von Luft
mit einem gasförmigen Brennstoff, mit einem Gehäuse
und mit einem in dem Gehäuse zumindest teilweise angeordneten Mischelement,
und mit einer Mehrzahl an unterschiedlichen Mischelementen, von
welchen wahlweise ein Mischelement durch das Gehäuse aufnehmbar
ist, weist den großen Vorteil auf, dass damit quasi ein
Baukastensystem geschaffen ist, aus welchem beispielsweise ein Entwickler
während eines Entwicklungsprozesses unterschiedliche Mischelemente
auswählen kann, in dem Gehäuse anordnen kann, und
somit unterschiedliche Mischungsströmungen und Ausbildungen
von homogenen Gemischen der zu mischenden Medien untersuchen und
hinsichtlich ihrer Effizienz und Effektivität beurteilen
kann. Dadurch werden Kosten und Zeit des Entwicklungsprozesses eingespart,
wodurch im Endeffekt auch ein Preis für eine Verbrennungskraftmaschine,
für die eine Mischvorrichtung entwickelt wird, gering gehalten
werden kann. Zudem sind kürzere und eine geringere Anzahl
an Testdurchläufen nötig, was Ressourcen, insbesondere
in Form des Brennstoffes, und damit die Umwelt hinsichtlich CO2-Emissionen und Schadstoffemissionen schont.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiels
sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung
genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend
in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine
gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der
jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die
Zeichnungen zeigen in:
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1 eine
Seitenansicht, eine Frontansicht, eine Draufsicht und einen Längsschnitt
einer Mischvorrichtung zum Mischen von gasförmigen oder
flüssigen Medien mit einem Gehäuse und mit einem
mittels des Gehäuses aufgenommenen Mischelement;
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2 eine
Seitenansicht, eine Frontansicht, eine geschnittene Frontansicht,
eine Draufsicht und einen Längsschnitt der Mischvorrichtung
gemäß 1 mit einer alternativen Ausführungsform
des Mischelements;
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3 eine
Seitenansicht, eine Frontansicht, eine Draufsicht und einen Längsschnitt
der Mischvorrichtung gemäß den vorhergehenden
Figuren mit einer alternativen Ausführungsform des Mischelements;
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4 eine
perspektivische Draufsicht der Mischvorrichtung und eine perspektivische
Längsschnittansicht der Mischvorrichtung gemäß den
vorhergehenden Figuren mit einem beispielhaft dargestellten, in
einem Gehäuse der Mischvorrichtung aufgenommenen Mischelement,
sowie abschnittsweise eine perspektivische Ansicht einer Anordnung
der Mischvorrichtung an einer Verbrennungskraftmaschine in einem
Motorraum;
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5 eine
Ausführungsform eines Mischelements für eine Mischvorrichtung
gemäß den vorhergehenden Figuren, bei dem Öffnungen
zur Zuführung eines zu mischenden Mediums auf einen Fluchtpunkt fokussiert
sind; und
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6 eine
Ausführungsform eines Mischelements für eine Mischvorrichtung
gemäß den vorhergehenden Figuren, bei dem eine
Gesamtanzahl an Öffnungen in drei Teilmengen aufgeteilt
sind, wovon jeweils eine Teilmenge auf je einen eigenen Fluchtpunkt
fokussiert ist.
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Während 1 bis 3 eine
Mischvorrichtung zeigen, bei der mittels desselben Gehäuses
unterschiedliche Mischelemente, die der Mischvorrichtung unterschiedliche
Mischeigenschaften verleihen, aufgenommen sind, zeigt 4 eine
Anordnung einer derartigen Mischvorrichtung gemäß 1 bis 3 an
einer der Mischvorrichtung korrespondierenden Verbrennungskraftmaschine
in einem Motorraum eines Kraftwagens. 5 und 6 zeigen Möglichkeiten
auf, Öffnungen zur Zuführung eines zu mischenden
Mediums, beispielsweise eines Brennstoffes, in ein anderes zu mischendes
Medium, beispielsweise einen Luftstrom, auf einen bzw. auf unterschiedliche
Fluchtpunkte auszurichten, um eine entstehende Mischungsströmung
und damit eine Homogenisierung eines Gemisches der zu mischenden Medien
zu beeinflussen.
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1 zeigt
eine Mischvorrichtung 10, bei der mittels eines Gehäuses 12 ein
Mischelement 14 aufgenommen ist. Das Mischelement 14 ist
bei der Mischvorrichtung 10 innerhalb des Gehäuses 12 angeordnet
und mittels eines Bunds 22 zentriert. In axialer Richtung
ist das Mischelement 14 im Gehäuse 12 mittels
eines Flanschs 24 festgelegt.
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Zur
Verhinderung eines Verrutschens gerade in axialer Richtung ist das
Mischelement 14 im Gehäuse 12 beispielsweise
durch Schraubverbindungen fixiert. Alternativ sind aber Einrast-
oder andere Schnellverschlussverbindungen denkbar, um einen Austausch
des Mischelements 14 durch ein alternatives Mischelement
zu beschleunigen. Bei der Mischvorrichtung 10 ist nämlich
vorgesehen, dass mittels des Gehäuses 12 baukastensystemartig
unterschiedliche Mischelemente 14 aufnehmbar sind. Dies
wird anhand der folgenden Figuren erläutert. Das Mischelement 14 in 1 ist
also ein Mischelement aus einer Mehrzahl an Mischelementen, die mittels
des Gehäuses 12 aufnehmbar sind.
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Die
Mischvorrichtung 10 in 1 dient
dem Zweck, ein Mischen von gasförmigen oder flüssigen Medien,
insbesondere ein Mischen von Luft mit einem gasförmigen
Brennstoff, zu ermöglichen, wobei – wie beschrieben – mittels
des Gehäuses 12 ein Mischelement aus einer Mehrzahl
unterschiedlicher Mischelemente aufnehmbar ist. Dabei verleihen
die unterschiedlichen Mischelemente der Mischvorrichtung unterschiedliche
Mischeigenschaften, die es beispielsweise während eines
Entwicklungsprozesses zu untersuchen gilt. Durch die beschriebene
einfache Austauschbarkeit der Mischelemente sind somit unterschiedliche
Mischverhalten in sehr kurzer Zeit und damit kostensparend zu untersuchen.
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Stellvertretend
für eine Mehrzahl an Mischelementen ist also in 1 das
Mischelement 14 im Gehäuse 12 angeordnet.
Die Mischvorrichtung 10 wird in Pfeilrichtung 11 von
einem zu mischenden Medium, im Regelfall von einem Luftstrom, durchströmt.
Diesem Luftstrom soll ein weiteres zu mischendes Medium zugemischt
werden, wobei das weitere zu mischende Medium im Regelfall ein gasförmiger
Brennstoff ist. Der gasförmige Brennstoff wird mittels
Eingasventilen 16 in einen Versorgungskanal 18 eingebracht. Über
Zuströmkanäle 19 kann der eingebrachte
Brennstoff über das Gehäuse 12 dem Mischelement 14 zugeführt
werden. Im Mischelement 14 schließlich wird der
eingebrachte und zugeführte Brennstoff über Öffnungen 20 dem
Luftstrom zugeführt. Die Öffnungen 20 werden
dabei über einen umlaufenden Ringkanal 26 mit
dem eingebrachten Brennstoff versorgt. Dies ermöglicht
eine möglichst gute Homogenisierung eines Luft-Brennstoff-Gemisches.
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Die Öffnungen 20 sind
dabei an einem geringen Querschnitt des Mischelements angeordnet,
das die Form eines Venturi-Mischers aufweist. Anschließend
strömt das so erzeugte Luft-Brennstoff-Gemisch durch eine
nicht dargestellte Verrohrung weiter zu einer Verbrennungskraftmaschine,
in welcher das möglichst gut homogenisierte Gemisch verbrannt wird.
Je besser die Homogenisierung durch die Mischvorrichtung 10 gestaltet
wurde, desto effizienter, geräuschärmer und schadstoffärmer
läuft die Verbrennung ab.
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Weiterhin
in 1 zu sehen ist, dass das Mischelement 14 gegenüber
dem Gehäuse 12 über Dichtungsvorrichtungen 28 abdichtbar
ist, in welche beispielsweise O-Ringe eingebracht werden können.
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1 ist
dabei zu entnehmen, dass das Mischelement 14 in einfacher
Weise in das Gehäuse 12 einschiebbar ist, was
einen beschriebenen Austausch der Mischelemente einfach gestaltet.
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2 zeigt
die Mischvorrichtung 10 gemäß 1,
wobei ein zu dem Mischelement 14 in 1 alternatives
Mischelement 14' mittels des Gehäuses 12 aufgenommen
ist.
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Wie
in 2 deutlich zu sehen, können alle anderen
Elemente wie beispielsweise die Eingasventile 16 beibehalten
werden. Auch das Mischelement 14' ist mittels des Flansches 24 mit
dem Gehäuse in den beschriebenen Möglichkeiten
verbindbar.
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Hierdurch
wird deutlich, dass eine Modularität des erwähnten
Baukastensystems besonders zeit- und kosteneinsparend ist. Das Mischelement 14' in 2 weist
dabei Öffnungen 20' auf, wobei die Öffnungen 20' in
drei Teilmengen aufzuteilen sind, wovon je eine Teilmenge auf je
einen der Teilmenge korrespondierenden Fluchtpunkt ausgerichtet
ist. Das bedeutet, dass beispielsweise der Brennstoff, der durch
eine Teilmenge an Öffnungen strömt, auf einen
Punkt fokussiert dem Luftstrom zugemischt wird, während
die anderen beiden Teilmengen auf andere Fluchtpunkte fokussiert
dem Luftstrom zugeführt werden. Dadurch wird eine Homogenisierung des
Luft-Brennstoff-Gemisches positiv beeinflusst. Auch das Mischelement 14' der
Mischvorrichtung 10 in 2 weist
die Form eines Venturi-Mischers auf, erhält aber aufgrund
der unterschiedlichen Ausrichtungen der Öffnungen 20' einen
Charakter eines Wirbelmischers. Wie erneut in 2 deutlich
wird, können durch den schnellen Austausch unterschiedlicher
Mischelemente unterschiedliche Mischeigenschaften der Mischvorrichtung 10 zeit-
und kostengünstig untersucht werden, was einen Entwicklungsprozess
drastisch verkürzt, wodurch Kosten eingespart werden können.
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3 zeigt
die Mischvorrichtung 10 mit einer alternativen Ausführungsform
eines Mischelements 14''. Auch für die Mischvorrichtung 10 in 3 gelten dieselben
Aussagen bezüglich den Elementen mit denselben Bezugszeichen
bzw. bezüglich den genannten Vorteilen gemäß 1 und 2.
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Bei
der Mischvorrichtung 10 in 3 ist mittels
des Gehäuses das Mischelement 14'' aufgenommen,
das nun eine wiederum alternative Anordnung von Öffnungen 20'' zur
Zumischung des Brennstoffes zum Luftstrom aufweist. Die Öffnungen 20'' sind
dabei alle auf einen gemeinsamen Fluchtpunkt fokussiert, auf den
also der Brennstoff bzw. seine Zuführung ausgerichtet ist.
Auch bei der Mischvorrichtung 10 in 3 wird der
Brennstoff über die Eingasventile 16, den Versorgungskanal 18 und
die Zuströmkanäle 19 dem Mischelement 14'' zugeführt,
woraufhin er über die Öffnungen 20'' dem
Luftstrom zugeführt wird, zur Erreichung eines möglichst
homogenen Luft-Brennstoff-Gemisches.
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4 zeigt
die Mischvorrichtung 10 gemäß den vorhergehenden
Figuren mit einem hier nur beispielhaft dargestellten Mischelement 14''',
welches durch das Gehäuse 12 aufgenommen ist.
Anhand des Mischelements 14''' soll lediglich nochmals
eine Modularität des beschriebenen Baukastensystems verdeutlicht
werden.
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Weiterhin
zeigt 4 eine Anordnung der Mischvorrichtung 10 in
einem Motorraum 40 eines Kraftwagens. Dabei ist die Mischvorrichtung 10 über eine
Verrohrung 32 einer Verbrennungskraftmaschine 30 zugeordnet.
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Die
Verbrennungskraftmaschine 30 saugt Luft an, welche über
eine Drosseleinrichtung 36 und einen nicht dargestellten
Luftfilter in Pfeilrichtung 34 strömt. Der Luftstrom
durchströmt also eine Drosseleinrichtung 36 und
anschließend die Mischvorrichtung 10, die ein
Gehäuse 12 umfasst, welches das Mischelement 14''' aufnimmt. Über
die Eingasventile 16 und eine entsprechende, in Zusammenhang
mit den vorhergehenden Figuren beschriebene Gestaltung eines Innenlebens
des Mischelements 14''' bzw. eines alternativen Mischelements
wird dem Luftstrom gasförmiger Brennstoff zugeführt.
Dabei wird angestrebt, eine möglichst gute Homogenisierung
des Gemisches zu erreichen. Über die Verrohrung 32 strömt das
Luft-Brennstoff-Gemisch in die Verbrennungskraftmaschine 30 ein,
wo es nach Zündung durch Zündkerzen 38 in
korrespondierenden Brennräumen verbrannt wird.
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5 zeigt
das Mischelement 14'' gemäß 3 in
einer perspektivischen Ansicht. Die Zylinderelemente 50 stellen
schematisch eine Strömung des dem Luftstrom zugeführten
Brennstoffs dar, wobei der Brennstoff über Öffnungen
dem Luftstrom zugeführt wird.
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Diese Öffnungen
sind in 5 nicht dargestellt, durch die
Zylinderelemente 50 allerdings soll dargestellt sein, dass
die Öffnungen auf einen gemeinsamen Fluchtpunkt fokussiert
sind, um eine möglichst gute Homogenisierung des Luft-Brennstoff-Gemisches
anzustreben.
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Im
Gegensatz zu 5 zeigt 6 das Mischelement 14' gemäß 2 in
einer perspektivischen Ansicht. Die Zylinderelemente 50' in 6 sollen
auch in diesem Fall die Strömung des dem Luftstrom zugeführten
Brennstoffs schematisch darstellen. Wie zu sehen ist, ist die Gesamtzahl
an nicht dargestellten Öffnungen aufgeteilt in drei Teilmengen, wovon
jede Teilmenge auf einen ihr zugeordneten, eigenen Fluchtpunkt fokussiert
ist. Dadurch soll eine Homogenisierung des Luft-Brennstoff-Gemisches weiter
positiv beeinflusst werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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