DE2552841A1

DE2552841A1 - Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE2552841A1
Application number: DE19752552841
Authority: DE
Inventors: Stephen Horvath
Original assignee: Beeston Co Ltd
Current assignee: Beeston Co Ltd
Priority date: 1974-11-25
Filing date: 1975-11-25
Publication date: 1976-08-12
Also published as: BR7507764A; SU876066A3; SE7513115L; FR2296770A1; ZA757389B; IT1049781B; FR2296770B3; DD123766A5; SU990086A3; CA1055334A; ES442936A1

Description

Die Erfindimg betrifft Verbrennungskraftmaschine!! und insbesondere für Verbrennimgskraftmaschinen vorgesehene Kraftstoff-Zufuhreinrichtungen mit einem Hauptteil, einem ersten von einer Lufteinlaßöffnung zu einer Auslaßöffnung führenden Kanal im Hauptteil, einem zweiten Kanal im Hauptteil, der von einer Einlaßöffnung, in die gasförmiger Kraftstoff einströmt, zu Auslaßeinrichtungen für den gasförmigen Kraftstoff führt, und durch den der gasförmige Kraftstoff zwischen der Lüfteinlaßöffnung und der Aus~ laßöffnung in den ersten Kanal einströmt, wobei der gasförmige Kraftstoff im ersten Kanal Vor Ausströmen aus der Auslaßöffnung mit Luft vermischt wird, und einen im ersten Kanal angeordneten Drosselventil zur Steuerung der Durchflußmenge des Gemisches aus gasförmigem Kraftstoff und Luft durch die Auslaßöffnung. Die Erfindung betrifft insbesondere auch eine Kraftstoffzuführeinrichtung, durch die eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Wasserstoff gas enthaltenden Kraftstoff betrieben werden kann.

Es wurden bereits verschiedene Vorschläge gemacht, um eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Wasserstoff enthaltenden Kraftstoff zu betreiben. Derartige Einrichtungen sind beispielsweise in den US-PSen 1. 275 481, 2 183 674, 3 471 274 und in den britischen Patentanmeldungen 353 570 und 364 179 beschrieben. Weiterhin wurde bereits vorgeschlagen, Wasserstoff durch die

elektrolytische Zersetzung von Wasser zu erzeugen. Keine dieser bekannten Einrichtung gibt jedoch einen Hinweis auf die gemäß der vorliegenden Erfindung durchzuführende Mischung des Wasserstoffs mit aus der.Atmosphäre eingesaugter Luft, und mit keiner" dieser bekannten Einrichtungen ist es möglich, Wasserstoff in einer solchen Menge pro Zeiteinheit zu erzeugen, daß der Wasserstoff ohne Zwischenspeicherung direkt der Verbrennungskraftmaschine zugeführt werden kann. Aufgrund der vorliegenden Erfindung ist es möglich, Wasserstoff und.Sauerstoff enthaltenden Kraftstoff durch ständige Zersetzung von Wasser in einer solchen Menge pro Zeiteinheit zu erzeugen, daß eine Verbrennungskraftmaschine fortlaufend betrieben werden kann. D^es ermöglicht ein verbessertes elektrolytisches Verfahren, das in einer vom selben Anmelder eingereichten Patentanmeldung beschrieben ist.

Bei einem elektrolytisehen Verfahren wird zwischen eine mit einem elektrolytischen Leiter in Berührung stehende Anode und Kathode eine Spannung angelegt, so daß durch den elektrolytischen Leiter ein elektrischer Strom fließt. ' .,

Viele Salzschmelzen und Hydroxide sind elektrolytische Leiter. Üblicherweise besteht der elektrolytische Leiter jedoch aus einer Lösung einer Substanz, die in der Lösung dissoziiert und Ionen bereitstellt. Mit dem Ausdruck "Elektrolyt" soll nachfolgend eine Substanz bezeichnet werden, die wenigstens zu einem gewissen Grade in Ionen dissoziiert, wenn sie in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst wird. Die sich ergebende Lösung wird nachfolgend als "Elektrolytlösung" bezeichnet.

Bei einem einfachen, normalen Elektrolysevorgang ist die Masse des an der Anode oder Kathode freigesetzten Stoffes entsprechend den Faraday¹sehen Gesetzen streng proportional der Elektrizitätsmenge, die zwischen der Anode und Kathode fließt."Die Zersetzungsgeschwindigkeit des Elektrolyten ist daher begrenzt und es ist normalerweise unwirtschaftlich, beispielsweise Wasserstoff und Sauerstoff in größerem Maßstab und zu kommerziellen Zwecken mittels des Elektrolysevorgangs aus Wasser'zu gewinnen.

609823/07 0S

Es ist bekannt, daß Verbindungen, einschlieBlich Elektrolyten, also beispielsweise auch Wasser, durch Bestrahlung mit kurzwelliger · elektromagnetischer Strahlung in die Elemente, aus denen sie aufgebaut sind, zerlegt werden können. Eine aufgrund von Strahlung hervorgerufene Dissoziation oder Zerlegung kann mit "Radiolyse" bezeichnet werden« Beispielsweise ist von Akibumi Danno in einem Artikel mit der Überschrift "Producing Hydrogen with Nuclear Energy", der in "Chemical Economy and Engineering Review" im Juni 1974 erschienen ist, die Radiolyse von Wasser und einer Anzahl von Kohlenwasserstoffen im einzelnen beschrieben, wobei die grundlegenden Reaktionen, die bei einer solchen Radiolyse auftreten, erklärt v/erden. Es hat sich - kurz zusammengefaßt - herausgestellt, daß bsi Bestrahlung von Verbindungen mit kurzwelligen Röntgen- oder Gammastrahlen, also mit elektromagnetischer Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner als 10" m, eine direkte Zerlegung der betreffenden Verbindungen auftritt. Wenn beispielsweise Wasser mit Gammastrahlung bestrahlt wird, zerfällt Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff. Danno schlägt vor, als Strahlungsquelle in größerem Maßstabe einen Kernreaktor zu verwenden, er läßt jedoch nicht unerwähnt, daß die Aufspaltung von Wasser mittels Radiolyse kein sehr effektives Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff ist. Er schlägt daher ein Verfahren vor, bei dem die Radiolyse mit Kohlendioxid statt mit Wasser durchgeführt und Kohlenmonoxid und Sauerstoff erzeugt wird. Danach wird das Kohlenmonoxid durch den üblichen Wasser/ Gas-Umsetzungsvorgang in Wasserstoff umgesetzt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß durch Kombination von Elektrolyse und Radiolyse die Ausbeute der Zersetzungsprodukte erhöht werden kann gegenüber dem Verfahren, bei dem entweder nur die Elektrolyse oder nur die Radiolyse angewandt wird. Die Ausbeute kann bei dem kombinierten Elektrolyse- und Radiolyse-Verfahren s.ehr wesentlich dadurch verbessert werden, daß ein magnetisches Feld im elektrolytischen Leiter erzeugt wird. Durch das magnetische Feld werden bevorzugte Bahnen.geschaffen, auf denen sich die durch"die kurzwellige elektromagnetische Strahlung abgelösten Elektronen hoher Geschwindigkeit

6 0 9 8 2 3/0

und auch die Ionen im elektrolytischen Leiter bewegen, so daß die Wahrscheinlichkeit von Zusammenstößen zwischen Elektronen und Ionen größer wird, was zu einer verbesserten Radiolyse-Ausbeute führt.

Der Erfindung liegt irfer anderem die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffzufuhreinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, durch die die Maschine mit gasförmigem, Wasserstoff enthaltenden Kraftstoff betrieben werden kann. Es ist dabei insbesondere auch Aufgabe der Erfindung, eine Kraftstoffzufuhreinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, mit der der durch Kombination von Elektrolyse und Radiolyse aus Wasser gewonnene Wasserstoff und Sauerstoff miteinander vermischt und der Verbrennungskraftmaschine direkt zugeführt v/erden kann.

Ausgehend von der eingangs genannten Kraftstoffzufuhreinrichtung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Dosierventil für den gasförmigen Kraftstoff, mit dem der Strömungsquerschnitt des zweiten Kanals verändert wird, und durch eine Steuerverbindung zwischen dem Drosselventil,, so daß der Durchfluß des gasförmigen Kraftstoffes durch den zweiten Kanal entsprechend der Einstellung des Drosselventils dosiert wird*

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in Aufsicht einen Teil des Automobils mit dem

geöffnetem Motorraum, um die räumliche Anordnung und Lage der Kraftstoffzufuhreinrichtung und die Art und Weise, in der sie mit dem Motor in Verbindung steht, darzustellen,

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung der Kraftstoffzufuhreinrichtung,

Fig. 3 ein Gehäuse in Aufsicht, das elektrische Bauteile der Kraftstoffzufuhreinrichtung trägt,

609823

Fig. 4 das in Fig. 3 dargestellte Gehäuse aus einer anderen Blickrichtung,

Fig. 5 «änen Querschnitt entlang der in Fig. 3 eingezeichneten Schnittlinie 5-5,

Fig. 6 einen Querschnitt entlang der in Fig. 5 eingezeichneten Schnittlinie 6-6,

Fig. 7 einen Querschnitt entlang der in Fig. 5 eingezeichneten Schnittlinie 7-7,

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung eines Kühlkörpers für Dioden, wie er in den in den Fig. 5 und 7 dargestellten Bauteilen verwendet wird,

Fig. 9 eine Transforraator-Spulenanordnung, die eine der innerhalb des Gehäuses angebrachten elektrischen Bauelementen ist,

Fig. 10 e±m Querschnitt entlang der in Fig. 4 dargestellten Schnittlinie 10-10,

Fig. 11 einen Querschnitt entlang der in Fig. 5 dargestellten Schnittlinie 11-11,

Fig. 12 einen Querschnitt durch eine am Boden des Gehäuses angebrachte Anschlußleiste,

Fig. 13 in Aufsicht eine elektrolytische Zelle*, die in der Kraftstoffzufuhreinrichtung enthalten ist,

Fig. 14 einen Querschnitt entlang der in Fig. 13 eingezeichneten Schnittlinie 14-14,

Fig. 14A einen Querschnitt entlang der in Fig. 14 eingezeichneten Schnittlinie 14A-14A,

Fig. 15 einen Querschnitt entlang der in Fig. 14 eingezeichneten Schnittlinie 15-15,

Fig. 16 einen Querschnitt entlang der in Fig. 14 eingezeichneten Schnittlinie 16-16,

Fig. 17 einen Querschnitt entlang der in Fig. 13 einge·? zeichneten Schnittlinie 17-17,

Fig. 18 einen Querschnitt entlang der in Fig. 13 eingezeichneten Schnittlinie 18-18,

Fig. 19 einen senkrechten Querschnitt durch ein Gasventil entlang der in Fig. 13 eingezeichneten Schnitt-

609823/070S

linie 19-19,

Fig· 20 die perspektivische Darstellung einer in der elektrolyt!sChen" Zelle angeordneten Membran-Einrichtung,

Fig. 21 einen Querschnitt durch Teile der Membran-Einrichtung,

Fig. 22 eine perspektivische Darstellung eines in der elektrolytischen Zelle angeordneten Schwimmers,

Fig. 23 ein Teil von Fig. 14 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 24 einen-vergrößerten Querschnitt entlang der in Fig. 16 eingezeichneten Schnittlinie 24-24,

Fig. 25 eine perspektivische Ansicht eines Wassereinlaß-Ventilgliedes, das in den in Fig. 24 dargestellten Bauteilen enthalten ist,

Fig. 26 einen Querschnitt entlang der in Fig. 16 eingezeichneten Schnittlinie 26-26,

Fig. 27 eine Explosionsdarstellung einer Kathode und eines Kathodenringes, der auf dem oberen Ende der Kathode sitzt, teilweise in herausgebrochener Darstellung,

Fig. 28 einen vergrößerten Querschnitt, der einige der in Fig. 15 dargestellten Bauteile wiedergibt,

Fig. 29 eine perspektivische Darstellung eines Ventil-Abdeckteils,

Fig. 30 eine Gasmisch- und Zuführungeinheit der Einrichtung in Seitenansicht, wobei jedoch das Luftfilter, das ein Teil dieser Einheit ist, in einem Querschnitt dargestellt ist,

Fig. 31 einen senkrechten Querschnitt durch die > Gasmisch-und Zuführungeinheit, wobei das Luftfilter weggelassen ist,

Fig. 32 einen Querschnitt entlang der in Fig. 31 eingezeichneten Schnittlinie 32-32,

Fig. 33 die perspektivische Ansicht einer Strahldüsenanordnung, wie sie in der Gasmisch- und Zuführungseinheit verwendet wird,

Fig. 34 einen Querschnitt entlang der in Fig. 31 einge-

609823/0705

zeichneten Schnittlinie 34-34,

Fig. 35 einen Querschnitt entlang der in Fig. 32 eingezeichneten Schnittlinie 35-35,

Fig. 36 einen Teil der Gasmisch- und Zuführungseinheit von hinten,

Fig. 37 einen Querschnitt entlang der in Fig. 34 eingezeichneten Schnittlinie 37-37,

Fig. 38 in Aufsicht den unteren Abschnitt des der Gasmisch- und Zuführungeinheit, die vom oberen Abschnitt entlang des in Fig. 30 eingezeichneten Übergangs 38-38 weggebrochen ist,

Fig. 39 einen Querschnitt entlang der in Fig. 32 eingezeichneten Schnittlinie 39-39,

Fig. 40 in Aufsicht ein unteres Teil der Gasmisch- und Zuführungseinheit«

In Fig. 1 ist eine Anordnung dargestellt, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 31 versehen ist. Diese Anordnung 31 weist einen Motorraum 32 auf, in dem ein Verbrennungsmotor 33 eingesetzt ist. Der Motor 33 ist ein üblicher Motor und kann, wie dargestellt, beispielsweise aus zwei in "V"-Form angeordnete Zylinderreihen aufweisen. Der Motor kann insbesondere ein V8-Motor sein. Üblicherweise besitzt ein solcher Motor - wie auch in Fig. 1 dargestellt - einen Ventilator 5, einen Ventilatorriemen 36 und einen Generator oder eine Lichtmaschine 37. ■

Gemäß der Erfindung wird der Motor nicht mit gewöhnlichem Benzin oder Dieselkraftstoff betrieben, sondern ist mit einer Kraftstoff-Versorgungseinrichtung ausgerüstet, die den Motor mit einer Mischung aus Wasserstoff und Sauerstoff versorgt. Diese Gase werden in der Kraftstoffversorgungseinrichtung mittels Wasser-Elektrolyse und -Radiolyse erzeugt. Die Hauptbestandteile der Kraftstoffversorgungseinrichtung bestehen aus einer elektrolytischen Zelle 41 und einer Gasmisch- und Zuführungseinheit 38, in der die in der Zelle 41 erzeugten Wasserstoff- und Sauerstoff gase gemischt und dem Motor 33 zugeleitet werden. Der elektrolytisch^ Zelle 41 wird Wasser über eine Wasserzuführungsleitung 39 zugeführt. In der elektrolytischen Zelle 41 wird dann die

609823/07QS

Elektrolytlösung gebildet. Die elektrolytische Zelle 41 besitzt eine Anode und eine Kathode, die in die Elektrolytlösung eintauchen, und während des Betriebes . fließt ein Elektrolysestrom zwischen der Anode und der Kathode, während Hochspannungsimpulse zwei Strahlungsquellen bereitgestellt werden, die kurzwellige elektromagnetische Strahlung erzeugen, mit denen der Elektrolyt bestrahlt wird. Einige der elektrischen Bauteile, die zur Bereitstellung der elektrischen Impulse erforderlich sind, um die elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, sind in einem Gehäuse 40 untergebracht, das auf einer Seite des Motorraums 32 angebracht ist. Auf der anderen Seite des Motorraums befindet sich die Fahrzeugbatterie 30.

Bevor der Aufbau der Kraftstoff-Versorgumgseinrichtung im einzelnen beschrieben werden soll wird zunächst die Funktionsweise anhand der in Fig. 2 dargestellten elektrischen Schaltung erläutert.

Die. in Fig. 2 dargestellten Anschlüsse 44, 45, 46 'der Schaltung stehen mit der Plus-Klemme der Fahrzeugbatterie 30 in Verbindung, und der Anschluß 47 ist mit der Minus-Klemme der Batterie verbunden. Der Schalter 48 ist der übliche Zündschalter des Fahrzeugs, und bei Schließen dieses Schalters fließt Strom durch die Spule 49 des Relais 51. Der bewegliche Kontakt 52 des Relais 51 steht mit dem Anschluß 45, an dem 12 Volt anliegen, in Verbindung, und wenn das Relais durch Schließen des Zündschalters 48 betätigt wird, fließt Strom durch diesen Kentakt in die Leitung 53, so daß diese als positive Eingangsleitung und die mit dem Anschluß 47 verbundene Leitung 54 als gemeinsame negative Leitung der Schaltung betrachtet werden kann.

Das Relais 51 ist dazu vorgesehen, die Leitung 53 direkt mit der Plus-Klemme 'der Fahrzeugbatterie zu verbinden, so daß ein positives Signal statt über dem Zündschalter und die Zündleitung direkt anliegt.

Die Schaltung weist eine Impulsgenerator auf, der einen Unijunc-

6 09 8 2 3/

tiens-Transistor Q1 mit damit in Verbindung stehenden Wider- ' ständen ¹RI, R2 und R3, sowie Kondensatoren C2 und C3 aufweist. Dieser Schaltungsteil erzeugt Impulse, die einen npn-Silicium-Leistungstransistor (32 steuern, der seinerseits Steuerimpulse über den Kondensator C4 für eine Thyristor T1 liefert.

Der Widerstand R1 und der Kondensator C2 sind in Reihe über eine Leitung 57 an einen der festen Kontakte des Relais 58 angeschlossen. Die Wicklung 59 des Relais 58 ist zwischen der Leitung 53 und einer Leitung 61 eingeschaltet, die den beweglichen Kontakt des Relais über einen normalerweise geschlossenen Druck betätigten Schalter 62 mit der gemeinsamen negativen Leitung 54 verbindet. Die Drucksteuerleitung 63 des Schalters ist auf die weiter unten beschriebene Weise an die Gassammeikammer der elekbrolytischen Zelle 41 angeschlossen, um eine Steuerverbindung herzustellen, über die der Schalter 62 geöffnet wird, wenn das Gas in der Sammelkammer einen gewissen Druck erreicht. Wenn der Schalter 62 jedoch geschlossen bleibt, stellt das Relais 58 bei Schließen des Zündschalters 48 eine Verbindung zwischen den Leitungen 51 und 61 und damit eine Verbindung zwischen dem Kondensator C2 und der gemeinsamen negativen Leitung 54 her. Der Hauptzweck des Relais 58 besteht darin, bei der ersten Beaufschlagung der Schaltung die gesamte Verbindung zwischen dem Kondensator C2 und der gemeinsamen negativen Leitung 54 mit einer leichten Verzögerung zu versehen, wenn die Schaltung eingeschaltet wird. Dadurch wird die Erzeugung von Triggerimpulsen für den Thyristor T1 verzögert, bis in der weiter unten beschriebenen Transformatorstufe ein erforderlicher elektrischer Zustand erreicht ist. Das Relais 58 ist hermetisch, abgedichtet und v/eist einen ausgeglichenen, sjnnraetrisehen Anker auf, so daß das Relais in jeder Stellung arbeiten und auch größere Stöße, Schwingungen und Vibrationen aushalten kann, wenn das Fahrzeug fährt.

Ist die Verbindung zwischen dem Kondensator C2 und der Leitung 54 über das Relais 58 hergestellt, so arbeitet der Unijunction-Transistor Q1 als Oszillator und erzeugt auf einer Leitung 64

609823/0705

positive Ausgangsimpulse mit einer Impulsfrequenz, die durch das Verhältnis RI:C2 gesteuert wird, und mit einer Impulsstärke, die durch das Verhältnis R2:R3 bestimmt ist. Mit diesen Impulsen wird der Kondensator C3 aufgeladen. Zwischen der gemeinsamen positiven Leitung;53 und der gemeinsamen Leitung 54 ist ein Elektrolytkondensator Ci direkt eingeschaltet, der alles statistische Rauschen aus der Stufe ausfiltert.

Der Widerstand R1 und der Kondensator C2 sind so gewählt, daß die Impulse am Eingang des Transistors Q1 sägezahnförmig sind. Dadurch wird die Form der in der nachfolgenden Stufe erzeugten Impulse gesteuert; die Impulse sind deshalb sägezahnförmig gewählt worden, weil angenommen wird, daß sie die zufriedenstellendste Arbeitsweise des Impulsgenerators ergibt. Es sei jedoch betont, daß auch andere Impulsformen, beispielsweise Rechteckimpulse, verwendet werden können. Der Kondensator C3, der mit den Ausgangsimpulsen des Transistors Q1 aufgeladen wird, entlädt sich über.einen Widerstand R4 und erzeugt Triggersignale für-'den Transistor Q2. Der Widerstand R4 ^ist an die gemeinsame negative Leitung 54 angeschlossen und dient zur Begrenzung des Gateelektroden-Stroms für den Transistor Q2.

Die Triggersignale, die vom Transistor Q1 über, das den Kondensator C3 und einen Widerstand R4 umfassende Schaltungsteil erzeugt werden, haben die Form positiver, scharfer Impulsspitzen. Der Kollektor des Transistors Q2 ist über einen Widerstand R6 an die postive Versorgungsleitung 53 angeschlossen, während der Emitter des Transistors Q2 über einen Widerstand R5 mit der gemeinsamen negativen Leitung 54 verbunden ist. Die Widerstände R5 und R6 steuern die Stärke der dem Kondensator C4 zugeführten Stromimpulse; dieser Kondensator entlädt sich über einen an die gemeinsame negative Leitung 54 angeschlossenen Widerstand R7, wodurch der Gate-Elektrode des Thyristors T1 Triggersignale zugeführt werden. Die Gate-Elektrode des Thyristors T1 erhält außerdem eine negative Vorspannung von der gemeinsamen negativen Leitung 54 über den Widerstand R7, der somit verhindert, daß der Thyristor T1 durch Einschalt-

603823/0705

Stromspitzen getriggert wird.

Bei den der Gate-Elektrode des Thyristors T1 zugeführten Triggerimpulsen handelt es sich um sehr scharfe Spitzen, die mit der gleichen Frequenz wie die vom Unijunction-Transistör Q1 abge~ gebenen sägezahnförmigen Impulse auftreten. Vorzugsweise liegt diese Frequenz in der Größenordnung von 10000 Impulsen pro Sekunde-. Einzelheiten der speziellen Schaltungselemente, die dieses Ergebnis liefern, sind in der weiter unten angegebenen Liste aufgeführt. D6r Transistor Q2 dient als Kopplung zwischen dem Unijunction-Transistor Q1 und dem Thyristor T1 und verhindert, daß eine EMK von der Gate-Elektrode des Thyristors T1 zurückfließt, die sonst die Arbeitsweise des Transistors Q1 stören würde. ¥egen der vom Thyristor T1 geschalteten hohen Spannungen und der an dem Transistor Q2 liegenden hohen Gegen-EMK muß der Transistor Q2 auf einem Kühlkörper montiert sein.

Die Kathode des Thyristors T1 ist über eine Leitung 65 mit der gemeinsamen negativen Leitung 54 verbunden, während seine Anode über eine Leitung 66 mit dem Mittelpunkt der Sekundärwicklung 67 eines zu einer ersten Stufe gehörenden Transformators TR1 in Verbindung steht. Die beiden Enden der Transformatorwicklung sind über Dioden D1 und D2 sowie eine Leitung 68 mit der gemeinsamen Leitung 54 verbunden, so daß eine Zweiweg-Gleichrichtung der Transformator-Ausgangssignale durchgeführt wird.

Der der ersten Stufe angehörende Transformator TR1 besitzt drei Primärwicklungen 71, 72, 73,. die zusammen mit der Sekundärwicklung 67 auf einen gemeinsamen Kern 74 aufgewickelt sind. Der Transformator kann einen herkömmlichen Halbschalen-Aufbau mit einem Ferritkern aufweisen. Die Sekundärwicklung kann dabei auf einen, den Kern umgebenden Spulenkörper aufgewickelt sein, während die Primärwicklungen 71 und 73 bifilar über die Sekundärwicklung gewickelt sein können. Die weitere Primärwicklung 72 kann dann auf die Wicklungen 71 und 73 aufgewickelt sein. Die Primärwicklungen 71 "und 73 sind jeweils mit einem Ende über eine Leitung an die gemeinsame positive Spannung der Leitung 53 und mit ihrem jeweiligen anderen Anschluß über Leitungen 79 und 81

e09823/07QB

an die Kollektoren der Transistoren 03 bzw. Q4 angeschlossen. Die Emitter der Transistoren Q3, Q4 sind ständig über eine Leitung 82 mit der gemeinsamen negativen Leitung 54 verbunden. Zwischen den Leitungen 79 und 81 liegt ein Kondensator C6,' der als Filter wirkt und Spannungsunterschiede zwischen den Kollektoren der Transistoren Q3 und Q4 verhindert.

Die beiden Anschlüsse der Primärwicklung 72 sind über Leitungen 83 und 84 an die Basiselektroden der Transistoren Q3 bzw. 0.4 angeschlossen. Diese Wicklung ist mit einem Mittelabgriff verselienj von dem aus eine Leitung 85 über einen Widerstand R9 an die positive Leitung 53 und über einen Widerstand R10 an die gemeinsame negative Leitung 54 führt.

Wenn die Schaltung das erste Mal mit Leistung beaufschlagt wird, befinden sich die Transistoren Q3 und Q4 im nicht-leitenden Zustand, so daß kein Strom durch die Primärwicklungen 71 und 73 fließt. Der positive Strom an der Leitung 53 liefert jedoch über den Widerstand R.9 ein Triggersignal, daß dem Mittelabgriff der Wicklung 72 zugeführt wird; dieses Signal löst eine abwechselnde Hochfrequenz-Oszillation der Transistoren Q3, Q4 aus, was zu rasch wechselnden Impulsen in den Primärwicklungen 71 und 73 führt. Das dem Mittelabgriff der Wicklung 72 zugeführte Triggersignal wird durch das von den Widerständen R9 "und R10 gebildete Widerstandsnetzwerk derart gesteuert, daß seine Größe nur zur Triggerung eines der Transistoren Q3 oder 0.4, nicht aber zur Triggerung beider Transistoren Q3 und 04 gleichzeitig ausreicht. Daher wird durch das anfängliche Triggersignal nur einer der Transistoren in den leitenden Zustard versetzt, so daß durch die betreffende Primärwicklung 71 oder 73 Strom fließt. Das Signal, das erforderlich ist, um den Transistor im leitenden Zustand zu halten, ist wesentlich kleiner als das Signal, das zum anfänglichen Triggern des Transistors erforderlich "ist, so daß dann, wenn der Transistor leitend wird, ein Teil des am Mittelabgriff der Wicklung 72 liegenden Signal zu dem nicht-leitenden Transistor umgeleitet wird und diesen triggert. Wird auf diese Weise der zweite Transistor leitend, so fließt Strom durch die

609 823/09-erS* GV?

"betreffende andere der Primärwicklungen 71, 73; da aber die Emitter der "beiden Transistoren direkt miteinander verbunden sind, bewirkt nun das positive Ausgangssignal des zweiten Transistors, daß der zuerst gezündete Transistor abgeschaltet wird. Nimmt der Strom ab, der vom Kollektor des als zweiten, gezündeten Transistors gezogen wird, wird wieder ein Teil des Signals am Mittelabgriff der Wicklung 72 zum Kollektor des ersten Transistors gelenkt und dieser wird erneut in den leitenden Zustand versetzt. Wie man sieht, wiederholt sich dieser Ablauf ständig, so daß die Transistoren Q3 und Q4 abwechselnd und in sehr rascher Folge in den leitenden und den nicht leitenden Zustand versetzt v/erden. Daher fließen durch die Primärwicklungen 71 und 73 Stromimpulse in abwechselnder Folge mit sehr hoher Frequenz, die konstant und unabhängig von Änderungen der Eingangsspannung der Schaltung ist. Die rasch wechselnden Impulse in den Primärwicklungen 71 und 73, die fortgesetzt auftreten, solange der Zündschalter 48 geschlossen bleibt, erzeugen in der Sekundärwicklung 67 des Transformators Signale gleicher Frequenz aber höherer Spannung.

Ein mit einem Widerstand R8 überbrückter Speicherkondensator C5 ist über eine Leitung 86 mit der Leitung 66 von der Sekundärwicklung des Transformators TR1 verbunden und führt das Ausgangssignal dieses Transformators TR1, das über eine weitere Leitung 47 einem zu einer zweiten Stufe gehörenden Transformator TR2 zugeführt wird.

Wird der Thyristor TR1 in den leitenden Zustand versetzt, so wird die gesamte Ladimg des Speicherkondensators C5 an den Transformator TR2 der zweiten Stufe abgegeben. Gleichzeitig hört der Transformator TR1 der ersten Stufe infolge dieses kurzzeitig an ihm auftretenden Kurzschlusses auf zu arbeiten, wodurch auch der Thyristor T1 nicht-leitend wird'. Dadurch kann sich die Ladung im Speicherkondensator C5 wieder aufbauen, die freigegeben wird, wenn der Thyristor anschließend durch ein Signal des Transistors Q2 getriggert wird. Somit erzeugen während jedem der Intervalle, in denen der Thyristor nicht-

609823/0705

leitend ist, die durch die kontinuierlich oszillierenden Transistoren 03, 04 erzeugten, rasch wechselnden Impulse in den Primärwicklungen 71, 73 des Transformators TRl über die Transformatorkopplung Ausgangsimpulse mit verhältnismäßig hoher Spannung, die am Kondensator C5 eine hohe Ladung aufbauen. Diese Ladung wird plötzlich freigegeben, wenn der Thyristor getriggert wird. Eine typische Vorrichtung, die mit einer 12 V-Gleichspannung versorgt wird, können auf der Leitung 87 Impulse in der Größenordnung von 22 A bei 300 Volt erzeugt werden.

Wie oben erwähnt, ist das Relais 58 in der Schaltung vorgesehen, um bei der Verbindung des. Kondensators C2 mit der gemeinsamen negativen Leitung 54 eine Verzögerung zu schaffen. Diese Verzögerung ist zwar sehr kurz, reicht aber aus, daß die Transistoren 0-3, Q4 anfangen können zu oszillieren, so daß der Transformator TRl am Speicherkondensator C5 eine Ladung aufbauen kann, bevor das erste Triggersignal an den Thyristor T1 gelangt und der Kondensator entladen wird.

Die Schaltung weist einen einer zweiten Stufe zugehörigen Transformator TR2 auf. Dieser Transformator TR2 ist ein Auswärts-Transformator mit einer Primärwicklung 88 und einer Sekundärwicklung 89, die beide auf einen gemeinsamen Kern 501 aufgewickelt sind. In der Sekundärwicklung 89 werden Impulse mit sehr hoher Spannung induziert, die einem Paar von Strahlungsquellen 500 zugeführt werden. Diese Strahlungsquellen sind am unteren Teil der elektrolytischen Zelle angebracht.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist die Sekundärwicklung 89 nicht nur mit den Strahlungsquellen sondern auch mit dem negativen Anschluß der Primärwicklung 88 verbunden. Darüber hinaus wird eine konstante 12 V-Gleichspannung zwischen die Anode und die Kathode angelegt. Der Transformator der zweiten Stufe ist in die Anode der elektrolyt!sehen Zelle 11 eingebaut. Sein räumlicher Aufbau, sowie die Art, in der seine elektrischen Anschlüsse ausgeführt sind,- werden im weiteren noch im einzelnen erläutert.

609823/07 05

Bei einer typischen Vorrichtung besteht das Ausgangssignal des Transformators TR1 der ersten Stufe aus Impulsen mit 300 V in der Größenordnung von 22 A bei einer Frequenz von 10000 Impulsen pro Sekunde und einem Tastverhältnis von etwas weniger als 0,1. Dies läßt sich mit einer Gleichstromversorgung von 12 V und 40 A, die an den Klemmen 45, 47 anliegt, erreichen, wobei folgende Schaltungsbauteile verwendet v/erden:

R1 ... 2,7 ΚΩ 0,5W 2% Widerstand R2 ... 220 Ω 0,5¥ 2% Widerstand R3 ... 100 Ω 0,5W 2% Widerstand " R4 ... 22 Κω 0,5W 2% Widerstand R5 ... 100 Ω 0,5W 2% Widerstand R6 ... 220 Ω 0,5W 2% Widerstand R7 ... 1 __ KO 0,5W 2% Widerstand R8 ... 10 'Ml 1 W 5% Widerstand R9 ... 100 Ω 5 W 10% Widerstand R10... 5,6 Ω 1 W 5% Widerstand C1 ... 220QiF 16 V Elektrolytkondensator C2 ..."0,1OuF 100V 10% Kondensator C3 ... 2,2 \jF 100V 10% Kondensator C4 ... 1 mF 100V 10% Kondensator C5 ... 1 IiF 1000V Ducon Papierkondensator 5 S10A C6 ... 0,022uF 16OV Kondensator

Q1 ... 2N 2647 PN-Unijunction-Transistor Q2 ... 2N 3055 NPN-Silicium-Leistungstransistor Q3 ... 2N 3055 NPN-Silicium-Leistungstransistor Q4 ... 2N 3055 NPN-Silicium-Leistungstransistor T1 ... BTW 30 800RM flink abschaltender Thyristor D1 ... A 14 P Diode

D2 ... A 14 P Diode

RL1... PW5LS hermetisch dichtes Relais PS1.... P658A-10051 Druckschalter

TR1... Halbschalen-Transformatorkerne 36/22-341

Spulenträger 4322-021-30390, gewickelt mit einem Wicklungsverhältnis von Sekundär- zu Primärwicklung von 18:1

609823/0706

Sekundärwicklung 32 : 380 Windungen

Primärwicklung 34 : 9 Windungen

Primärwicklung 36 ί 9 Windungen

Primärwicklung 35 ί 4 Windungen

In den Figuren 3 "bis 13 ist der Einbau und der mechanische Aufbau der zuvor angegebenen Schaltungsbauteile dargestellt. Die Schaltungsbauteile sind innerhalb und an einem Gehäuse 101 ange~ bracht, das an einer Seitenwand des Fahrzeug-Motorraums 32 mit einem Montageteil 102 befestigt ist. Das Gehäuse 101, das beispielsweise in Form eines Aluminiuinkastens ausgebildet sein kann, besitzt eine vordere Wand, eine obere Wand 104, eine untere Wand 105 und Seitenwände 106 und 107. All diese Wände besitzen nach außen abstehende Kühlrippen. Der rückwärtige Teil des Gehäuses 101 ist mit einer gedruckten Schaltungsplatte 108 abgeschlossen, die mittels eines Rahmens 109 lagemäßig festgeklemmt ist* Der Rahmen 109 besteht aus einem isolierenden Kunststoff, der zwischen die. Schaltungsplatte 108 und das Montageteil 102 eingeklemmt ist. Zwischen dem Rahmen 109 und dem Montageteil befindet sich eine Isolatorplatte 111.

Auf der gedruckten Schaltungsplatte 108 sind alle zuvor aufgelisteten Schaltungsbauteile mit Ausnahme des Kondensators C5 und der Transistoren Q3 und Q4 untergebracht. Fig. 5 gibt die räumliche Anordnung des Transistors 02 und der Spulenanordnung 112 des Transformators TR1 wieder, die auf der gedruckten Schaltungs-r platte angebracht sind. Der Transistor 0.2 wird recht heiß und ist daher auf einen besonders ausgebildeten Kühlkörper 113 montiert, der mit Spannschrauben 114 und Muttern 115 an der Schaltungsplatte 108 befestigt ist. Wie insbesondere aus Fig. 7 und 8 zu ersehen ist, weist der Kühlkörper 113 eine etwa rautenförmige flache Grundplatte 116 auf, von der mehrere stabförmige Kühlrippen auf einer Seite nach außen abstehen. Der Kühlkörper 113 besitzt zv/ei versenkte Löcher 118 für die Klemmschrauben und zwei entsprechende Löcher 119, durch die die Anschlußstifte 121 des Transistors Q2 hindurchragen, wobei der Transistor Q2 über die Anschlußstifte 120 mit der gedruckten Schalterplatte 108 verbunden

wird. In den Löchern 118, 119 liegen Kunststoff- oder Nylonhülsen 122 und zwischen den Transistor und den Kühlkörper ist eine Kunstharz-Hartpapierscheibe 123 eingesetzt, so daß der Kühlkörper gegenüber dem Transistor elektrisch isoliert ist.

Die Spulenanorndung 112 des Transformators TR1 (vgl. Fig. 9) besitzt ein Gehäuse 124, in dem die Transformatorspulen und dor Transformatorkern untergebracht sind. Das Gehäuse ist durch eine Verschlußplatte 125 aus Kunststoff abgeschlossen. Die Platte 125 wird durch einen Befestigungsstift oder eine Stiftschraube 126 in ihre Lage gehalten, und durch sie ragen elektrische Verbindungsstifte 127 hindurch, die einfach durch Löcher in der Schaltungsplatte 108 hindurchgeschoben und mit den entsprechenden Leiterstreifen 128 auf der äußeren Fläche der Schaltungsplatte verlötet sind.

Der Übersichtlichkeit halber sind die anderen, auf der gedruckten Schaltungsplatte 108 montierten Schaltungsteile in den Zeichnungen nicht dargestellt. Diese Schaltungsbauteile weisen die üblichen kleinen Abmessungen auf und sind in der üb3 ichen Iveise auf der Schaltungsplatte untergebracht und angeordnet.

Der Kondensator C5 ist innerhalb des Gehäuses 101 befestigt. Er wird zwischen einem Flansch 131, der vom Boden 105 des Gehäuses nach oben absteht, und einem Klemmglied 132, das mit einer Klemmschraube 133 in Verbindung steht, eingeklemmt. Die Klemmschraube 133 wird in ein Gewindeloch in der Seitenwand 106 des Gehäuses eingeschraubt und mit einer Feststellschraube 134 in ihrer Lage fixiert. Der Flansch 131 besitzt zwei Löcher 135 (vgl. Fig. 6), in denen die Anschluß-VorSprünge 136 des Kondensators C5 liegen. Die von den Anschlußvcr Sprüngen 136 abstehenden Anschlußstife 137 sind mit den Anschlüssen auf der Schaltungsplatte 108 über (nicht dargestellte) Drähte und geeignete Verbindungsstifte, die durch Löcher.in der Schaltungeplatte hindurchragen verbunden und mit dem entsprechenden Leiterstreifen auf der Außenfläche der Schaltungsplatte verlötet.

609823/0705

Die Transistoren. Q3 und Q4 sind auf der vorderen Wand 103 des Gehäuses 101 befestigt, so daß das fertige Gehäuse als guter Kühlkörper für diese beiden Transistoren dient. Die Transistoren Q3 und Q4 sind auf der Gehäusewandung befestigt und jeweils in gleicher Weise mit der bedruckten Schaltungsplatte elektrisch verbunden. Dies ist in Figur 10 dargestellt, die die Lage und Befestigung des Transistors Q3 wiedergibt. Wie aus Figur 10 weiterhin zu ersehen ist, wird der Transistor durch Klemmschrauben und Muttern 139 befestigt, die auch die elektrischen Verbindungen zu dem jeweiligen Leitern auf der gedruckten Schaltungsplatte über Leitungsdrähte 141 herstellen. Die dritte Verbindung vom Emitter des Transistors zum gemeinsamen negativen Leiter auf der gedruckten Leiterplatte wird durch den Leiter 142 gebildet. Die Schrauben 130 und der Leiter 142 ragen durch drei Löcher in der vorderen Wand 103 des Gehäuses hindurch und sind mit elektrisch isolierendem Kunststoff- bzw. Nylonhülsen 143, 144 ausgerichtet. Eine Scheibe 145 aus Kunststoffhartpapier befindet sich zwischen der Gehäuseplatte 103 und dem "Transistor, so daß dieser gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliert ist. Zwei Unterlegscheiben 146 befinden sich unterhalb der Enden der Leitungsdrähte 141.

Der druck-betatigte Mikroschalter 52 ist auf einem Träger 147 befestigt, der von der vorderen Wand 103 des Gehäuses 101 nahe der oberen Wand 104 des Gehäuses nach innen absteht und die auf Druck ansprechende Einheit 148 für diesen Schalter ist in einer durch die obere Wand 104 des Gehäuses hindurchgehende Öffnungunter gebracht. Wie aus Figur 11 am deutlichsten zu ersehen ist, weist die auf Druck ansprechende Einheit 148 zwei im wesentlichen zylindrische Glieder 150, 151 auf, zwischen denen ein flexibles Diaphragma 152 eingespannt ist, so daß eine Diaphragma-Kammer 153 gebildet wird. Der Gasdruck in der Druckfeststellröhre 63 gelangt über einen Durchlaß 154 mit kleinem Durchmesser im Bauglied 150 in die Kammer 153 und über einen größeren Durchgang 155 in einen Aufsatzteil 156. Das Aufsatzteil und die Bauglieder 150, sind aneinander befestigt und mittels Spannschrauben 157 an der oberen Wand 104 des Gehäuses montiert. Das Druckfeststellrohr steht 'mit dem Durchgang 155 im Aufsatzteil 156 über eine konische Schraubverbindung 158 in Verbindung und der Übergang zwischen

609823/070£

dem Aufsatzteil 156 und dem Bauglied 150 ist mit einem O-Ring 159 abgedichtet.

Das untere Ende des Bauglieds 151 der Druckfeststelleinheit 148 weist eine Schrauböffnung mit Innengewinde auf, in die eine Schraube 161 eingeschraubt wird. Die Schraube 161 ist am unteren Ende in Form eines Einstellrades 162 mit Zähnen am Außenumfang ausgebildet. Ein den Schalter betätigender Kolben 163 ragt durch eine Mittelbohrung im Einstellrad 162 hindurch, so daß er mit dem einen Ende mit dem flexiblen Diaphragma 152 und mit dem anderen Ande mit dem Betätigungsglied 164 des Mikroschalters 62 mechanisch in Verbindung steht. Das Ende des Kolbens 163, das mit dem Diaphragma in Verbindung steht, weist eine Scheibe 165 auf, die eine Druck-Unterlage bildet. Eine spiralförmige Druckfeder 167 umgibt den Kolben 163 und wirkt auf die Scheibe 165 und das 162 ein, so daß der Kolben gegen den auf das Diaphragma 152 in der Kammer 153 wirkenden Gasdruck nach oben gedrückt wird. Der Druck, mit dem das Diaphragma 152 den Kolben 163 gegen die Federkraft der Feder 167 nach unten drückt und bei dem der Schalter 62 betätigt wird, kann durch Drehen der Schraube 161 verändert werden und das Feststellen dieser Schraube kann durch eine Feststellschraube 168 durchgeführt werden, die in einem Gewindeloch im oberen Teil der vorderen Wand 103 des Gehäuses vorgesehen ist und nach innen ragt und dabei zwischen zwei benachbarte Zähne des Einstellrades 162 in Eingriff kommt. Nachdem die Schraube 161 richtig eingestellt worden ist, wird die Einstellschraube 168 durch die Feststellschraube 169 lagemäßig festgehalten, die dann mit einer permanenten Abdichtung 170 abgedichtet wird, so daß sie sich nicht mehr verstellen kann. Der Mikroschalter 62 ist ebenfalls über Drähte innerhalb des Gehäuses und über Verbindungsstifte mit den entsprechenden Leitern auf der gedruckten Schaltungsplatte elektrisch verbunden.

Die elektrischen Verbindungen zwischen den Leitern der gedruckten Schaltungsplatte 108 und der inneren Verdrahtung der Schaltung wird über eine Anschlußleiste 150 (vergleiche Figur 12)

809823/070S

Mantel an den Nabenteilen 184 bzw. 186 dieser Isolatoren anliegt. Die Anode 42 bildet eine Transformatorkammer, die durch die Nabenteile der beiden Isolatoren abgeschlossen wird und mit geeignetem Transformatorenöl gefüllt ist. O-Ringdichtungen 190 sind zwischen die Nabenteilen der Isolatorplatten und die Anode eingefügt, so daß kein Öl aus der Transformatorkammer austreten kann.

Der Transformatorkern ist als laminierter Weacheisenstab mit quadratischem Querschnitt ausgebildet. Er liegt in senkrechter Richtung zwischen den Nabenteilen 184, 186 der Isolatoren 182, 183, wobei seine Enden in Aussparungen innerhalb dieser Nabenteile liegen. Die Primärwicklung 88 ist auf einen ersten, rohrförmigen Spulenträger 401 aufgewickelt, der direkt auf dem Spulenkern 91 aufliegt. Die Sekundärwicklung 89 ist auf einem zweiten rohrförmigen Spulenträger 402 aufgewickelt und sie befindet sich daher innerhalb der ölgefüllten Transformatorkammer in einem äußeren Abstand von der Sekundärwicklung.

Die Kathode 43 weist die Form eines in Längsrichtung geschlitzten Rohres auf, das eng in dem äußeren Rohrabschnitt 183 eingepasst ist, nämlich dadurch, daß der Isolator um die Kathode herum aufgebracht bzw. ausgebildet ist. Die Kathode weist acht gleichmäßig verteilte Längsschlitze 191 auf, so daß sie im wesentlichen aus acht Kathodenstegen 192 besteht, die sich zwischen den Schlitzen befinden und nur oben und unten miteinander verbunden sind. Die Schlitze sind mit dem Isolatormaterial des Isolators 183 gefüllt,-

Sowohl die Anode als auch die Kathode bestehen aus Weicheisen, das mit einer Nickelschicht versehen ist. Der Außenmantel der Anode 42 ist so bearbeitet, daß er acht am Umfang verteilte Hohlkehlen 193 aufweist, deren Bögen sich an scharfen Graten oder Rippen 194.zwischen den Hohlkehlen treffen. Die acht Anodenrippen 194 sind radial zur Mitte der Kathodenstege 192 ausgerichtet und der Umfang der Anode, gemessen um ihre Außenfläche herum, ist gleich den zusammengesetzten Breiten sämtlicher Kathodenstege,

609823/0705

hergestellt, die in einer Öffnung des Gehäusebodens 105 durch Schrauben 160 befestigt ist und durch die Anschlußscheiben oder -stifte 140 hindurchragen.

Der räumliche Aufbau der elektrolytischen Zelle 41 und des Transformators TR2 der zweiten Stufe ist in den Figuren 13 bis 29 dargestellt. Die Zelle umfaßt ein äußeres Gehäuse 171 mit einer rohrförmigen Außenwandung 172, sowie einem oberen Abschluß 173 und einem unteren Abschluß 174. Der untere Abschluß 174 besteht aus einem gewölbten Deckel 175, der durch am Umfang verteilt angeordnete Spannbolzen 177 an der Unterseite der Außenwand 172 befestigt ist. Der obere Abschluß 173 besteht aus einem Paar von einander zugewandten Deckplatten 178, 179, die durch über den Umfang verteilte Spannbolzen 181 festgehalten werden. Die Außenwand des Gehäuses ist mit Kühlrippen 180 versehen.

Die Anode 42 der Zelle ist im allgemeinen rohrförmig. Sie ist innerhalb des äußeren Gehäuses senkrecht angeordnet und zwischen einem oberen Isolator 182 und einem unteren Isolator 183 singe» spannt. Der obere Isolator 182 weist einen mittleren Nabenteil 184 und am Umfang einen ringförmigen Flansch 185 auf, dessen äußerer Rand zwischen der Deckplatte 179 und dem oberen Ende der Außenwand 172 eingespannt ist. Der untere Isolator 183 v/eist ebenfalls einen mittleren Nabenteil 186, einen, den Nabenteil 186 umgebenden, ringförmigen Flansch 187 und einen vom äußeren Rand des Flansches 187 nach oben verlaufenden äußeren Raumabschnitt 188 auf. Die Isolatoren 182, 183 sind aus einem elektrisch isolierenden und gegen Alkali beständigen Material geformt. Als geeignetes Material hierfür kann beispielsweise Polytetrafluoräthylen verwendet werden.

Im zusammengebauten Zustande bilden die Isolatoren 182 und 183 einen umschlossenen Raum, in dem die Anode 42 und der Transformator TR2 der zweiten Stufe angeordnet sind. Die Anode 42 ist im wesentlichen rohrförmig und einfach zwischen den beiden Isolatoren 182, 183 eingespannt, wobei ihr innerer zylindrischer

gemessen an deren Innenflächen, so daß Anode und Kathode über den Hauptteil ihrer Länge gleiche effektive Flächen aufweisen. Diese Flächengleichheit ist bei zylindrischen Kathoden-Anoden-Anordnungen nach dem Stand der Technik generell nicht vorhanden.

Wie am deutlichsten aus Figur 27 zu ersehen ist, weist das obere Ende der Anode 42 einen geringeren Außendurchmesser auf und paßt in einen Ring 200, dessen äußere Umfangsflache so ausgebildet ist, daß sie der äußeren Umfangsflache der gerieselten Anode entspricht und diese verlängert. Dieser Ring besteht aus elektrisch isolierendem Kunststoff, beispielsweise Polyvinylchlorid oder Polytetrafluoräthylen. Ein Lagestift 205 geht durch den Ringkörper hindurch und ragt nach oben in eine Öffnung in die obere Isolierplatte und nach unten in ein Loch 210 in der Anode hinein. Der Ring ist auf diese Weise in seiner Winkellage bezüglich der Anode richtig ausgerichtet und die Anode ist bezüglich der Kathode richtig ausgerichtet.

Der Ringraum 195 zwischen der Anode und der Kathode dient als Kammer für die Elektrolytlösung. Zunächst wird die Kammer zu ungefähr 75 % mit einer Elektrolytlösung aus 25 % Kaliumhydroxid in destilliertem Wasser gefüllt. Im Verlauf des Elektrolysevorgangs sammelt sich Wasserstoff- und Sauerstoffgas im oberen Teil dieser Kammer an und es wird Wasser eingelassen, um den Pegel der Elektrolytlösung in der Kammer auf einer bestimmten Höhe zu halten. Der Isolierring 200 schirmt die Kathode im oberen Bereich der Kammer, wo sich Wasserstoff und Sauerstoff sammeln^ab, und verhindert, daß durch diese Gase zwischen der Anode und der Kathode eine Entladung oder ein Entladebogen entsteht.

Die Elektrolyt-Kammer 195 ist durch eine rohrförmige Membran 196 unterteilt, die aus einem Maschenmaterial 408 aus Nylongewebe besteht und über einen aus sehr dünnem Stahlblech hergestellten, rohrförmigen Körper 197 gespannt ist. Wie am deutlichsten anhand der Figuren 20 und 21 zu ersehen ist, besitzt der rohrförmige Körper 197 einen oberen und einen unteren Randbereich

S09823/070S

198,199 die miteinander durch auf dem Umfang mit Zwischenräumen angeordnete Streifen 201 verbunden sind. Das Nylon-Maschenmateriäl 408 kann in einfacher We ise um den oberen und unteren Isolator 182, 183 umgefaltet werden, so daß der rohrfermige Körper von den anderen Bauteilen der Zelle elektrisch isoliert ist. Das Material besitzt eine ausreichend kleine Maschendichte, so daß die Maschenöffnungen keine Blasen mit einem Durchmesser von mehr als 0,1 mm (0,004 inch) Durchmesser durchlassen. Das Maschenmaterial dient daher als Sperre, um zu verhindern, daß sich der an der Kathode entstehende Wasserstoff mit dem an der Anode entstehende Sauerstoff misch-';, wobei es dennoch den-elektrolytischen Stromfluß zwischen den Elektroden gestattet. Der obere Randbereich 198 des Membran-Körpers oder -Halters 197 ist breit genug, um eine ausreichend große Barriere über die Tiefe der Gassammeikammer bis zum Flüssigkeitspegel der Elektrolytlösung zu bilden, so daß im oberen Teil der Kammer sich Wasserstoff und Sauerstoff nicht vermischen können.

In dem äußeren Bereich der Kammer 195 wird Frischwasser- über eine in der oberen Deckplatte 170 ausgebildete Einlaßdüse 211 eingeleitet. Die Elektrolytlösung gelangt durch das Maschenmaterial 408 in den Innenabschnitt der Kammer 195-

Die Einlaßdüse 211 v/eist eine Strömungsdurchführung 312 auf, die zu einem von einem Schwimmer 214 in der Kammer 195 gesteuerten Elektrolyt-Einlaßventil 99 führt. Das Ventil 213 umfaßt eine Buchse 215» die in einer die Deckplatte 179 sowie den Flansch des oberen Isolators 182 nach unten durchsetzenden Öffnung montiert ist und einen Ventilsitz bildet, der mit einer Ventilnabe 216 zusammenwirkt. Die Nabe 216 wirkt auf einem Anschlag 217 am oberen Ende des Schwimmers 214, so daß der Schwimmer die Nabe fest gegen den Ventilsitz drückt, wenn die Elektrolytlösung den erforderlichen Flüssigkeitspegel aufweist, (vergleiche Fig. 24). Der Schwimmer gleitet in vertikaler Richtung an einem Paar von Gleitstangen 218 mit quadratischem Querschnitt, die zwischen

609823/0 70S

dem oberen Isolator 182 und dem unteren Isolator 183 verlaufen. Diese Spangen 218, die aus Polytetrafluoräthylen bestehen können, durchsetzen entsprechende Bohrungen 107 im Schwimmer 101.

Die Höhe des Schwimmers 214 ist so gewählt, daß die Elektrolytlösung nur etwa 75 % der Kammer 195 füllt und den oberen Teil der Kammer als Gasrauin freiläßt, in dem sich das erzeugte Gas bei Erwärmung innerhalb der Zelle ausdehnen kann.

Bei fortsehreitender Elektrolyse der in der Kammer 195 enthaltenen Elektrolytlösung entsteht an der Kathode Wasserstoff-Gas und an der Anode Sauerstoff-Gas. Diese Gase steigen in Blasen in den oberen Teil der Kammer 195, wo sie in den durch die Membran festgelegten inneren und äußeren Abschnitten getrennt bleiben. Es sei darauf hingewiesen, daß die Elektrolytlösung in dem mit Sauerstoff gefüllten Abschnitt der Kammer und nicht in dem mit Wasserstoff gefüllten Abschnitt der Kammer eintritt, so daß keine Gefahr besteht, daß das Wasserstoff durch die Elektrolyt-Einlaßdüse zurück entweicht. ,

Die aneinander liegenden Flächen derDeckplatten 178» 179 sind mit übereinstimmenden Ringnuten versehen, die im oberen Abschluß einen inneren und einen äußeren Gassamme!kanal 221, 222 bilden. Der äußere Kanal 222 ist ringförmig und steht mit dem Wasserstoff«* abschnitt der Kammer 195 über acht Durchlässe 223 in Verbindung, die die Deckplatte 179 und den Flansch des oberen Isolators 182 nahe den Kathodenstegen 192 nach unten durchsetzen. Der Wasserstoff strömt durch die Durchlässe 223 nach oben in den Kanal 222 und von dort nach oben durch ein Einweg-Ventil 224 (vergleiche Fig. 19) in einen Behälter 225. Der Behälter 225 besteht aus einem Kunststoffgehäuse 226, das durch einen mittleren Bolzen 230 an die obere Deckplatte 178 angeschraubt und mit einer Dichtung 227 abgedichtet ist. Der untere Teil des Gehäuses 226 ist mit Wasser gefüllt. Der Bolzen 230 ist hohl und besitzt am unteren Ende eine seitliche Öffnung 228, so daß nach Entfernen der Dichtungskappe 229 von oben her Wasser in den Behälter 225 eingefüllt

609823/Q3-0-5 fr

werden kann. Die Dichtungskappe 229 sitzt über einer Buchse 231» die am Plastikgehäuse 226 angeschraubt wird und dieses festklemmt. Weiterhin befinden sich zwischen der Buchse und dem Deckel, zwischen der Dichtungskappe und der Buchse sowie zwischen der Dichtungskappe und dem oberen Ende des Bolzens 230 nachgiebige Dichtungen 232, 233 und 234. Ein Einweg-Ventil 224 (vgl. Fig. 19) umfaßt eine Buchse 236, die in den ringförmigen Wasserstoffkanal 221 nach unten vorsteht und ein am oberen Ende des Einwegventils 224 aufgeschraubtes Ventil-Kopfglied 237, das die obere Klemmplatte 178 zwischen dem Kopfglied und einem Flansch 238 am unteren Ende der Buchse 236 einspannt. Die Buchse 236 besitzt eine Mittelbohrung 239 in die von oben her der einen rautenförmigen Querschnitt aufweisende Stößel eines Ventilgliedes 240 hineinragt. Das Einwegventil 224 weist weiterhin eine Ventilplatte 242 auf, die mit einer Druckfeder 243 gegen das obere Ende der Buchse gedrückt wird. Das Ventilglied 240 wird gegen die Federwirkung der Feder 43 durch den Druck des im Kanal 221 befindlichen Wasserstoffs nach oben angehoben, so daß das Gas ins Innere des Ventilkopfes 237 und dann durch die im Ventilglied 240 vorgesehenen Öffnungen 220 in den Behälter 225 strömt.

Viasserstoff wird aus dem Behälter 225 über einen Krümmer 241 aus Edelstahl entnommen, der mit einem Kanal 409 in Verbindung steht. Der Kanal 409 führt"zu einem Durchlaß 250, der durch die obere und untere Deckplatte 178 und 179 und den oberen Isolator 182 nach unten in eine Wasserstoff-Durchführung 244 führt, die sich innerhalb des Gehäusekörpers des Gehäuses 171 in senkrechter Richtung erstreckt. Die Durchführung 244 besitzt einen dreieckigen Querschnitt. Wie im weiteren noch beschrieben werden wird, gelangt der Wasserstoff von dieser Durchführung in eine Mischkammer in der Gasmisch- und Zuführungseinheit 38, die am Gehäuse 171 angeschraubt ist.

Der Sauerstoff wird der Kammer 195 über einen inneren ringförmigen Kanal 221 im oberen Abschluß entnommen. Der Kanal 221 ist nicht kreisförmig, sondern weist eine um den Wassereinlaß herum eingebauchte Form auf. Der Sauerstoff gelangt in den Kanal 221

809823/070$

über acht Durchlässe 245» die die obere Deckplatte 179 und den ringförmigen Flanschbereich des oberen Isolators 182 durchsetzen. Vom Kanal 221 strömt der Sauerstoff durch ein Einweg-Ventil nach oben in einen Behälter 260, der von einem Kunststoffgehäuse 247 gebildet wird. Diese Anordnung ist ähnlich der Anordnung zur Entnahme des Wasserstoffs und soll daher im einzelnen nicht näher beschrieben v/erden. Es sei nur gesagt, daß der Boden der Kammer mit Wasser gefüllt ist und der Sauerstoff über einen Krümmer 248 und einen Durchlaß entnommen wird, der durch die Deckplatten 178, 179 und den oberen Isolator 182 in eine Säuerst off durchführung 251 mit dreieckigem Querschnitt nach unten hindurchführt, wobei die Sauerstoffdurchführung 251 im Gehäuse 171 auf der anderen Seite der Wasserstoffdurchführung 244 in senkrechter Richtung verläuft. Der Sauerstoff wird auch zur Gasmischkammer der Misch- und Zuführungseinheit 38 geleitet.

Die Drucks teuer leitung 63 für den Schalter 62 ist über eine konische, mit einem Gewinde versehene Verbindung 410 und einer Durchführung 411 in der oberen Deckplatte 178 direkt mit der einen Kreisquerschnitt aufweisenden Wasserstoffdurchführung 222 verbunden. Wenn der Druck in der Durchführung über einen vorgegebenen Wert ansteigt, so spricht der Schalter 62 an und trennt in der in Figur 2 dargestellten Schaltung den Kondensator C2 von der gemeinsamen negativen Leitung 54. !Dadurch wird das negative Signal vom Kondensator C2 weggenommen, das erforderlich ist, um den kontinuierlichen Betrieb des Impulsgenerators zur Erzeugung der Triggerimpulse für den Thyristor T1 aufrecht zu erhalten; diese Triggerimpulse hören daher auf. Der Transformator TR1 arbeitet jedoch weiter und lädt den Speicherkondensator C5 auf, der jedoch, da der Thyristor T1 nicht getriggert werden kann, einfach geladen bleibt, bis der Wasserstoffdruck in der Leitung 222, und damit auch' in der Kammer 195 unter den vorgegebenen Wert abfällt und dem Thyristor T1 wieder Triggerimpulse zugeführt werden. Der Druckschalter 62 steuert somit die Geschwindigkeit der Gaserzeugung entsprechend der Geschwindigkeit, mit der das Gas entnommen wird. Die Steifigkeit der

609823/070S

Steuerfedern für die Gasauslaßventile 224, 246 muß daher natürlich so gewählt v/erden, daß der Wasserstoff und der Sauerstoff in dem Verhältnis entweicht, mit dem diese Gase durch die Elektrolyse und Radiolyse erzeugt werden.

Die Behälter 225, 260 sind mit Sicherheitsvorkehrungen ausgerüstet. Sollte sich in den Abgabeleitungen ein plötzlicher Druck-Rückstau ergeben, so würde dieser nur die Kunststoffgehäuse 226, 247 sprengen, der Überdruck könnte aber nicht in die Elektrolytzelle zurückschlagen. Der Schalter 62 würde dann ansprechen und die weitere Erzeugung von Gasen in der Zelle abschalten.

Die elektrischen Verbindungen des Transformators TR2 der zweiten Stufe sind in den Figuren 14 und 14A dargestellt. Die beiden Enden der Primärwicklung 88 sind über Drähte 252, 253 mit den Leitern 254, 255 verbunden, die durch den mittleren Nabenteil des oberen Isolators nach oben laufen. Die oberen Enden der Leiter 254, 255 ragen als Stifte in eine Dose 256 hinein, die in oberen Teil des .oberen Isolators 182 ausgebildet ist. Die Dose ist von oben mit einem Deckel 257 abgeschlossen, der durch einen mittleren Bolzen 258 gehalten wird. Der mittlere Bolzen 258 weist eine Durchführung 259 aiif, durch die Drähte von der externen Schaltung hindurchgeführt und über geeignete, in der Dose 256 angeordnete (nicht gezeigte) Stecker mit den Leitern 254, 255 verbunden sind.

Die von der Sekundärwicklung 89 bereitgestellte Ausgangsspannung wird Strahlungsquellen 500 zugeführt, die direkt unterhalb der ringförmigen Elektrolytkammer an die diametral gegenüberliegenden Seiten der Kammer angeordnet sind. Die beiden Strahlungsquellen weisen den gleichen Aufbau auf. Sie weisen eine zylinderförmige Keramik-Halterung 503 mit einer Mittelbohrung auf, in der Wolfram-Stabelektroden 504, 505 angeordnet sind. Zwischen den Elektroden besteht ein Spalt und die Halterung besitzt auf der Oberseite einen Ausschnitt 510, so daß der Elektroden-

60 3823/07QS

Zwischenraum frei liegt. Das äußere Ende der Elektrode 505 "besitzt einen gewölbten Kopf 506 und eine Feder 507 wird zwischen dem Kopf 506 und dem äußeren Ende eines hohlen Bolzens 508 zusammengedrückt, der in ein Schraubenloch eingeschraubt ist. Das Schraubenloch erstreckt sich radial durch den Fuß 176 der gewölbten Wandung 175. Das innere Ende der Elektrode 505 weist eine scharfe Spitze auf, die vom gegenüberliegenden flachen Ende der Elektrode 504 durch einen Zwischenraum beabstandet ist, der wendigstens 0,15 mm (0,006 inch) und vorzugsweise etwa 0,4 mm (0,016 inch) breit ist. Die Elektrode 504 ist in Form eines einfachen, zylinderförmigen Wolframstabes ausgebildet, der mit einer Messingkappe 509 am inneren Ende versehen ist. Die Messingkappe 509 weist eine Zunge 511 auf, die in einen Schlitz 512 am Ende des Messingstabel 513 eingreift. Der Messingstab 513 ist in einer Bohrung untergebracht, die diametral durch die Nabe 184 des Isolators 182 hindurchführt.

Das eine Ende der Sekundärwicklung 89 des Transformators ist mit einesi Draht 257, dem Transformatorkern 91, einer Feder 514 und einem Bolzen 515 mit dem Messingstab 513 verbunden. Der Bolzen 515 erstrockt sich in der Nabe 184 nach unten und in ein Schraubenloch in der Mitte des Stabes 515 hinein. Das andere Ende der Sekundärwicklung 89 des Transformators ist mit der Leitung 254 direkt verbunden, die zurück zur negativen Seite der Primärwicklung 88 führt.

Eine Versorgungsquelle mit konstanter 12 V-GIeichspannung ist über isolierte Drähte 261, 262 direkt mit der Anode und der Kathode verbunden. Der Draht 262 läuft durch eine Nylonbuchse am Fuß der unteren Deckplatte 175 und dann durch ein Loch 264 im Isolator 183 nach oben und an das untere Ende der Kathode.

Der Draht 261 ist mit einem Kathoden-Anschlußbolzen 265 verbunden. Der Anschlußbolzen 265 besitzt einen Stab 266, der sich durch eine Öffnung in die Kathode und durch eine Isolierungsbuchse 267 erstreckt, wobei letztere in die Öffnung der Gehäusewand eingesetzt ist. Der Kopf 268 des Anschlußbolzens wird da-

6 09 8 23 /03-Q-5-

durch gegen den Innenumfang der Kathode gedrückt, daß die Spannmutter 269 angezogen wird. Am Ende des Drahtes 261 ist eine Schlaufe oder ein Klemmenfuß ausgebildet, der zwischen die Mutter 269 und eine Unterlegscheibe 271 durch Anziehen einer Klemmenrautter 272 eingeklemmt wird. Zwischen dem Bolzenkopf 268 und der Kathode, sowie zwischen der Buchse 267 und der Gehäusewand sind O-Ringdichtungen 273 und 274 eingesetzt, um zu verhindern, daß die Elektrolytlösung entweichen kann. Die Anschlußverbindung wird von einem Gehäuse 275 abgedeckt, das mit Befestigungi schrauben 276 befestigt wird.

Durch Anlegen von Impulsen von 30.000 V an den Messingstab 513 in einer der Strahlungsquellen 500 wird danach Gamma-Strahlung hoher Intensität erzeugt, die auf den Elektrolyten zwischen der Anode und der Kathode auftrifft. Diese Strahlung führt zu einer Radiolyse im Elektrolyten, während der Elektrolyt-Strom die Bestandteile, die bei der Hydrolyse erzeugt werden, voneinander trennt. Die Hochspannungsenergie wird an der Strahlungsquelle freigesetzt, die den kleinsten elektrischen Widerstand darstellt, so daß jeweils nur eine Strahlungsquelle arbeitet. Wenn jedoch eine der Strahlungsquellen ausfallen sollte, so wird die andere Strahlungsquelle in Betrieb gesetzt. Die an die Elektroden 504 und 505 angelegten schnellen Impulse, die zu erheblichen Spannungsunterschieden führen, ergeben eine Gamma-Strahlung, weil sich zv/ischen den Elektroden kein ausreichend großer Strom bilden kann, um die dabei entstehenden Elektronen, die eine hohe Geschwindigkeit auf v/eisen, von einer Elektrode auf eine andere Elektrode zu übertragen. Dadurch, daß die Elektrode 505 ein spitzes Ende auf v/eist, wird der Widerstand für den Durchlauf der Elektronen erhöht und daher verbessert sich die Ausbeute an

—10

Gamma-Strahlung mit einer Wellenlänge kurzer als 10 m und

—10 —1 ^ allgemein in einem Wellenlängenbereich von 10 m bis 10 in.

Das in der Sekundärspule des Transformators TR2 erzeugte starke pulsierende Magnetfeld trägt ebenfalls zur Erzeugung von Gammastrahlung bei und ermöglicht die Erzeugung von Strahlung mit relativ hoher Intensität aufgrund der Funkenentladung in freier

609823/0705

Luft. Die Ausbeute kann noch dadurch verbessert werden, daß die Elektroden 504 und 505 in einer evakuierten Röhre untergebracht sind.

Die Gestaltung der Anode und der Kathode, sowie die Anordnung des Sekundärtransformators innerhalb der zentrischen Anode sind von großer Wichtigkeit. Da Anode und Kathode aus Magnetmaterial bestehen, wirken sie auf das Magnetfeld des Transformators TR2, so daß Anode und Kathode während der Erregungsperiode dieses Transformators starke Leiter für den Magnetfluß werden und in dem Zwischenelektrodenraum zwischen Anode und Kathode ein starkes Magnetfeld erzeugen. Durch den mit Hohlkehlen versehenen Außenmantel der Anode und die stegförmige Ausbildung der Kathode wird dieses Magnetfeld v/eiterhin so geformt, daß die von der Anode ausgehenden Feldlinien die von der Kathode ausgehenden Feldlinien schneiden, wie dies durch die gestrichelten Liniengruppen A und B in einem Teil der Elektrolytkammer in Figur 15 angedeutet ist. Diesen Feldlinien folgen die schnellen Elektronen der kurzwelligen, elektromagnetischen Strahlung. Ferner werden die Wasserstoff- und Sa\ierstoffionen in dem Elektrolyt an diesen Feldlinien konzentriert, wobei sie sich tatsächlich längs diesen Linien bewegen. Die statistische Möglichkeit von Zusammenstößen zwischen den schnellen Elektronen der kurzwelligen Strahlung und den Ionen in dem Elektrolyten wird durch die Erzeugung dieses speziellen Magnetfeldes sehr verbessert. Außerdem besteht eine starke erhöhte Möglichkeit tton Zusammenstößen zwischen den Ionen selbst, da für diese an den Schnittpunkten der Feldlinien A und B die Wahrscheinlichkeit eines Zusammenstoßes groß ist, woraus sich eine erhöhte Freisetzung der Wasserstoff- und Sauerstoffgase ergibt. Die Gestaltung von Anode und Kathode, die die sich schneidenden Magnetfeldlinien hervorruft, ist also zur Verbesserung der Wirksamkeit des Radiolysevorgangs sowie für die Freisetzung von Wasserstoff und Sauerstoff als Zerlegungsprodukte äußerst wichtig. Diese spezielle Gestaltung bewirkt weiterhin, daß die Oberfläche der Anode vergrößert wird, und sie schafft eine Anordnung, bei der Anode und Kathode gleiche Oberflächen haben, was sehr erwünscht

609823/07OS

ist, um elektrische Verluste möglichst klein zu halten. Es ist ferner erwünscht, daß die Oberflächen von Anode und Kathode, an denen Gas entsteht, beispielsweise durch Sandstrahlen aufgerauht werden. Dadurch wird die Ablösung der Gasblasen von den Elektrodenflächen gefördert und die Gefahr von Überspannungen vermieden. Sowohl die Anode als auch die Kathode können aus Nickel bestehen, was jedoch nicht wesentlich ist. Die Elektroden könnten auch aus vernickeltem Stahl oder aus Platin bestehen oder platiniert sein.

Die vom Transformator TR2 erzeugte Wärme wird über die Anode der Elektrolytlösung zugefülirt und erhöht die Beweglichkeit der Ionen in der Elektrolytlösung, wodurch der Elektrolyse- und Radiolysevorgang .weiterhin gefördert wird.

Der Speicherkondensator C 5 bestimmt das Verhältnis von Aufladezu Entlade-Zeit, das von der Impulsfrequenz weitgehend unabhängig ist. Die vom Unijunktion-Transistor Q1 bestimmte Impulsfrequenz muß so gewählt sein, daß die Entladezeit nicht ausreicht, um die Transformatorwicklungen, insbesondere die 'Sekundärwicklung 89 des Transformators TR2 , zu überhitzen. Bei dem sägezahnförmigen Eingangssignal und den scharfen Ausgangs-Impulsspitzen der bevorzugten Oszillatorschaltung betrug das Tastverhältnis der mit einer Frquenz von 10 kHz erzeugten Impulse etwa 0,006. Die genannte Impulsform trägt dazu bei, Probleme der Überhitzung von Elementen der Oszillatorschaltung bei den vorliegenden hohen Impulsfrequenzen so klein wie möglich zu halten.Ein Tastverhältnis bis hinauf zu etwa 0,1, wie es sich bei einem Rechteck-Eingangssignal ergeben wurden, wäre möglich; Bei einer Impulsfrequenz von 10.000 Impulsen pro Sekunde wäre es jedoch dann erforderlich, daß gewisse Schaltungselemente ungewöhnlich hohe Wärmebelastungen aushalten. Ein Tastverhältnis von etwa 0,005 dürfte das Minimum bilden, das sich mit einer Oszillatorschaltung des dargestellten Typs erreichen läßt.

6 09823/0705

Wie bereits erwähnt^ wird der in der Elektrolytzelle 41 erzeugte und in den Durchführungen 244 und 251 gesammelte Wasserstoff und Sauerstoff einer Gasmischkammer in der Misch- und Zuführungseinheit 38 zugeführt. Diese Gase werden, genauer gesagt, über Auslaßventile 283 und 284 (vgl. Fig. 15) aus den Durchführungen 244, 251 abgegeben. Die Auslaßventile 283, 284 v/erden mit einer Blattfeder 287 über den Auslaßöffnungen 285 und 286 der Durchführungen gehalten. Die äußeren Enden der Feder 287 liegen auf den Ventilen 282 und 284 und der mittlere. Teil der Feder ist mittels einer Schraube 288 nach innen gebogen, die in ein Schraubloch in einem am Zellengehäuse 171 ausgebildeten Vorsprung 289 eingeschraubt ist.

Das Ventil 283 ist in den Figuren 28 und 29 nochmals in allen Einzelheiten dargestellt. Das Ventil 284 weist den gleichen Aufbau auf wie das Ventil 283. Das Ventil 283 besitzt einen inneren Ventilkopf 291 mit einer Kappe 292 und einem kreisförmigen Ringteil 293, der einen kreisförmigen ventilsitz 294 hält. Eine Ventilscheibe 295 wird durch eine Ventilfeder 296 gegen den Ventilsitz gedrückt. Die Ventilfeder 296 drückt gegen die Kappe 292. Eine äußere Ventilabdeckung 297 liegt um den inneren Ventilkörper 291 herum und steht mit der Feder 287 mechanisch in Verbindung, so daß der innere Ventilkörper fest in eine Bohrhülse in der Wand des Zellengehäuses gedrückt wird, so daß die Wasserstoff-Aus laß öffnung 285 abgedeckt wird. Der Endring 293 des inneren Ventilkörpers liegt auf einer Dichtung 298 innerhalb der Bohrhülse.

Während des normalen Betriebs der Bohrhülse arbeiten die Ventile 283 und 284 als einfache Einweg-Ventile, in dem sich ihre durch die Feder gespannte Ventilplatten bewegen. Wenn jedoch ein Gas-Überdruck in der Elektrolytzelle entstehen sollte, werden diese Ventile gegen die Federkraft der Haltefeder 287 zurückgedrückt, so daß der Druck entweichen kann. Das bei Überdruck ausströmende Gas gelangt dann über die Misch- und Zuführungseinheit 38 in die

Atmosphäre, wie dies nachfolgend beschrieben werden soll. Der Druck, bei dem die Ventile 283 und 284 geöffnet werden und den Überdruck entweichen lassen, kann durch geeignete Einstellung der Schraube 288 eingestellt werden, wobei die Einstellung der Schraube 288 durch eine Mutter 299 fixiert wird.

Der Aufbau der Gasmisch- und Zuführungseinheit 38 ist in den Figuren 30 und 40 dargestellt. Diese Einheit 38 umfaßt einen oberen Teil 301 mit einem darauf angebrachten Luftfilter 302, einen mittleren Teil 303, der durch sechs Bolzen 304 mit dem Gehäuse der elektrolytischen Zelle 41 verbunden ist, und einen unteren Teil 305, 300 der mit vier Schrauben 306 am Einlaß-Krümmer des Motors befestigt ist.

Zwischen dem Teil 303 und dem Gehäuse der elektrolytischen Zelle ist eine Dichtung 307 vorgesehen, der die durch Schrauben hergestellte Verbindung abdichtet.· Diese Verbindung umgibt die Ventile 283 und 284, die Wasserstoff und Sauerstoff direkt in eine im Teil 303 ausgebildete Mischkammer 308 (vgl. Fig. 34) einlassen, In dieser Kammer können sich die Gase miteinander vermischen und das sich dabei ergebende Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch strömt entlang eines innerhalb des Teiles 303 ausgebildeten waagerechten Kanales 309 mit kleinem Durchmesser. Im Kanal befindet sich ein Drehventil-Glied 311. Das Ventilglied 311 besitzt eine konische Form und wird durch eine Feder 312 (vgl. Fig. 37) in einem in entsprechender V/eise konisch geformten Ventilgehäuse gehalten. Die Feder 312 liegt an einer Buchse 313 an, die in das Zwischeifteil 303 eingeschraubt ist und dient zur Halterung des Drehventil-Stößels 314.

Das Ventilglied 311 besitzt eine diametrale Ventilöffnung 315 und kann gedreht v/erden, wobei die Ventilöffnung 315 in unterschiedlichem Maße zu dem Kanal 309 ausgerichtet ist, so daß dadurch der effektive Strömungsquerschnitt im Kanal verändert v/erden kann. Wie im weiteren noch beschrieben werden wird, wird die Winkellage des Ventilgliedes in Abhängigkeit von der Motor-

609823/0705

drehzahl gesteuert.

Der Kanal 309 erstreckt sich in das untere Ende eines senkrecht verlaufenden Kanals 316 mit größerem Durchmesser, der nach oben zu einer Düsenanordnung führt, die in Figur 34 insgesamt mit dem Bezugszeichen'317 versehen ist.

Die Anordnung 317 umfaßt einen Einsatzteil 321 (vgl. Fig. 32), der mittels einer Abdeckung 322 verschlossen ist, wenn die Anordnung 317 mit zwei Schrauben 323 am mittleren Teil 303 befestigt ist. Dadurch wird eine Gaskammer 324 gebildet, aus der das Gas über Strahldüsen 318 in zwei senkrechte, verengte Bohrungen 319 (vgl. Fig. 31) im mittleren Teil 303 strömt. Die Unterseite des Hauptteils 321 besitzt eine konusförmige Öffnung, in der ein von außen einschraubbares Düsenteil 325 sitzt. Das Düsenteil legt eine Düsenöffnung 326 fest, die den Strom des Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisches einschnürt, nachdem das Gemisch durch das Drehventilglied 311 dosiert ist und bevor es durch die Strahldüsen 318 austritt. ,

Die Elektrolytzelle 41 erzeugt ein Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch, das selbst-entzündbar ist. Die für den Normalbetrieb üblicher Verbrennungsmotoren erforderliche Menge an Wasserstoff und Sauerstoff ist jedoch geringer als die Menge eines normalen Kraftstoff-Luft-Gemisches. Wenn daher bei den üblichen Motoren nur Wasserstoff und Sauerstoff in der Menge direkt zugeführt wird, die für Motor-Leistungsbedarf erforderlich ist, bildet sich im System ein Vakuum aus. Um dieses Vakuum nicht entstehen zu lassen, sind Maßnahmen vorgesehen, um Luft in die verengten Bohrungen 319 über ein Luftfilter 302 und über den oberen Teil 301 einzusaugen.

Der obere Teil 301 besitzt einen einzigen inneren Kanal 328, durch den die aufbereitete Luft in die verengten Doppelbohrungen 319 strömt. Der obere Teil 301 wird an dem mittleren Teil 303 durch Schrauben 329 befestigt und zwischen den beiden Teilen liegt eine Dichtung 331. Die Menge der eingelassenen, aufbereiteten

0-9 823/070$

Luft v/ird durch eine Luft-Ventil-Klappe 332 gesteuert, die im Kanal 328 angeordnet und um eine Welle 333 drehbar ist. Die Ventilkappe 332 ist an der Welle 330 mit Schrauben 334 befestigt. Die Welle 333 geht durch die Wandung des oberen Teils 301 hindurch und wird mit dem einen Ende durch einen Bügel 335 gehalten, der eine Einstellschraube 336 und eine Vorspannfeder 337 trägt. Die Feder 337 übt auf die Welle 333 eine Dreh-Vorspannung aus und während des Motor-Leerlaufes hält sie die Klappe 332 einfach in einer Lage, die durch die Einstellschraube 336 vorgegeben ist. Diese Einstellschraube steht mit einem Flansch 338 des Oberteils 301 in Berührung. Die Lage der Klappe 332 ist dabei so gewählt, daß die Klappe den Kanal 328 fast vollständig schließt, so daß nur eine geringe Menge an aufbereiteter Luft einströmen kann. Diese geringe Menge ist durch geeignete Einstellung der Schraube 336 veränderbar.-Die Schraube 336 steht mit einer Feder 339 in Verbindung, so daß diese die Schraube 336 in der einmal durchgeführten Einstellung hält. Das andere Ende der Welle 333 steht mit einem Hebel 306 in Verbindung, der ein Langloch oder einen Schlitz 602 aufweist, in dem ein Draht-Verbindungsglied 603 eingreift (vgl. Fig. 36). Wie nachfolgend beschrieben wird, zieht das Verbindungsglied am Hebel 301, wenn die Motordrosselklappe betätigt wird, um die Motordrehzahl zu erhöhen. Dadurch dreht sich die Welle 333 und damit die Ventilkappe 332 entgegen der Federwirkung der Feder 337t so daß die Luftzufuhr entsprechend der Drosselklappenverstellung erhöht wird.

Normalerweise dient die Ventilklappe 332 nur dazu, die Menge der in die Einheit 38 eingelassenen, aufbereiteten Luft einzustellen. Die Ventilklappe 332 kann jedoch auch als Druckentlastungsventil dienen, wenn Überdruck entweder durch übermäßige Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff, oder bei Inbrandgeraten des Gases im Einlaßkrümmer des Motors entsteht. In beiden Fällen bewirkt der an der Ventilklappe 332 angreifende Gasdruck, daß sich diese dreht, so daß der Kanal 328 geöffnet wird und das Gas durch den Luftfilter entweichen kann. Das Langloch 602 im Hebel 601 ermöglicht eine Relativbewegung zwischen dem Hebel

809823/070$

und dem Verbindungsglied 306, die erforderlich ist, damit sich die Ventilklappe in der genannten V/eise drehen kann. Aus Figur 32 ist ersichtlich, daß die die Ventilklappe haltende Welle 333 bezüglich der Mitte'.des Kanals 328 versetzt angeordnet ist, so daß ein Innendruck die Ventilklappe öffnen kann. Dies ist genau der umgekehrte Fall wie bei dem Luftventil in einem üblichen Benzinvergaser.

Das Luftfilter 302 umfaßt einen ringförmigen Boden 341, der im Paßsitz auf dem oberen Teil 301 aufgesetzt wird, sowie ein gewölbtes Filterelement 342, das zwischen einem inneren Rahmen 343 und einer äußeren Stahlmaschen-Abdeckungen 344 liegt. Die Anordnung wird mittels eines Drahtes und mittels einer Ringschraubenbefestigung 345, sowie mit einer Mutter 346 befestigt.

Der Teil 305 der-Einheit 38 (vgl. Fig. 31), der durch Schrauben 347 am mittleren Teil 303 befestigt ist, trägt die Drosselventil-Vorrichtung zur Steuerung der·Motordrehzahl. Dieser Teil 305 besitzt zwei senkrecht verlaufende Bohrungen 348 und 349, die die verengten Doppelbohrungen, welche im mittleren Teil 303 beginnen, fortsetzen. Die Bohrungen 348 und 349 enthalten Drosselventilklappen 351 und 352, die auf einer gemeinsamen Drosselventil-Welle 353 mit Befestigungsschrauben 354 angebracht sind. Beide Enden der Welle 353 ragen durch die Wand des Teils 305 hindurch und stehen nach außen vor. Ein Ende dieser Welle liegt in einem Bügel 355» über dem die Welle neben einem üblichen Vergaser mit dem Drossel-Bowdenzug 356 und weiterhin mit einer Steuerverbindung 357 für die Startautomatik verbunden ist. Die Vorspannfeder 358 greift an der Welle 353 an und drückt bzw. zieht die Drosselklappen in geschlossene Stellungen, die durch eine Einstellschraube 359 eingestellt werden können, wobei die Einstellschraube 359 vom Bügel 355 gehaltert wird und mit einer vom Mittelteil 303 abstehenden Platte 371 in Berührung steht.

Das andere Ende der Drosselventil-Welle 353 trägt einen Hebel 362, dessen äußeres Ende mit einer Draht- oder Stabverbindung 407 in Verbindung steht. Durch diese Verbindung 407 wird der

609823/07=»»

25528A1

Ventilstößes 314 des Ventilgliedes 311 über einen weiteren, mit dem äußeren Ende des Ventilstößels verbundenen Hebel 406 gesteuert. Diese Stabverbindung ist so ausgebildet, daß das Ventilglied 311 immer so liegt, daß eine Gasgemisch-Menge entsprechend der durch die Drosselventileinstellung vorgegebenen Motordrehzahl hindurchströmen kann. Das untere Ende der Stabverbindung 603, die über den Hebel 601 auch die Lufteinlaß-Ventilwelle einwirkt, ist auch mit dem Hebel 406 verbunden, so daß das Lufteinlaß-Ventil gleichzeitig mit den Drossel- und Gasgemisch-Ventilen geöffnet wird. Die mechanischen Verbindungen sind so gewählt und eingestellt, daß ein im wesentlichen konstantes Luft/Gas-Gemisch aufrechterhalten wird; um dies zu erreichen wurde festgestellt, daß ein Verhältnis von etwa 8 : 1 zwischen der Drehbewegung der Hebel 601 und 406 bestehen sollte.

Der mittlere Teil 303 ist am unteren Teil 300 der Einheit 38 mit vier Schrauben 306 befestigt. Der untere Teil weist zwei Bohrungen 364 und 365 auf, die eine Fortsetzung der verengtem Doppelbohrungen bilden, und die nach unten auseinanderlaufen, so daß der durch diese verengten Bohrungen strömende Wasserstoff„ Sauerstoff und das Luftgemisch in die Zylindereinlaßöffnungen der in zwei Reihen angeordneten Zylinder einströmen. Da dieser Kraftstoff trocken ist, wird eine geringe Menge Öldampf über einen Kanal 403 im Bauteil 305 dem Kraftstoff zugefügt, um die Zylinder zu schmieren. Der Öldampf gelangt durch ein Rohr 404 in den Kanal 403, wobei das Rohr 404 mit einer Einlaßöffnung am Motor verbunden ist. Durch den Kanal 403 strömt der öldampf nach unten auf einen zwischen den Bohrungen 364 und 365 liegenden nach oben vorstehenden Flächenbereich 368 des Bauteils 300. Der Öldampf trifft auf diesen erhabenen Flächenbereich auf und wird in die beiden Bohrungen umgelenkt und mit den Gasen in den Motor eingesaugt .

In der Misch- und Zuführungseinheit 38 bilden der Kanal 309, der senkrecht verlaufende Kanal 316, die Kammer 324 und die

9823/0705

Düsen 318 eine Leitung, über die das Wasserstoff-Sauerstoff gemisch zu dem aus den verengten Doppelbohrungen bestehenden Gasdurchlaß gelangt, über den es dann in den Motor einströmt. Die genannte Leitung besitzt ein Gasdosierventil mit einem Ventilglied 311. Das Gasdosierventil ist so eingestellt, daß dann, wenn die Drosselklappen 351 und 352 in der vollen Drosselstellung liegen, ein maximaler Stromfluß durch die Leitung bereitgestellt wird.

Wie bereits erwähnt, wird in der elektrolyt.ischen Zelle Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff immer dann umgesetzt, wenn der Zündschalter 44 geschlossen und die Spule 51 erregt wird. Der dabei entstehende Wasserstoff und Sauerstoff wird in der Kammer 308 gemischt. Bei Schließen des Zündschalters wird auch die Spule 56 erregt, so daß das Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch in die Kammer 319 eintreten kann, in der es mit Luft gemischt wird, die von der Luftventil-Klappe 332 in die Kammer eingelassen wird. Wie bereits beschrieben, kann die Luftventil-Klappe 332 so eingestellt werden, daß eine ausreichende Luftmenge eingelassen wird, um zu verhindern, daß sich im Motor ein Unterdruck ausbildet.

Beim Betrieb der Vorrichtung wird durch Betätigen des Drossel-Bowdenzuges 356 der Bügel 355 mit der Drosselventil-Welle 353 gedreht, die die Klappe 351 dreht, so daß die Menge des Wasserstoff-Sauerstoff-Luft-Gemisches, das in den Motor einströmt, gesteuert wird. Gleichzeitig steuert die Welle 353 über die in Figur 36 dargestellte mechanische Verbindung die Stellung der Welle 314, die ihrerseits die Menge des Wasserstoff -Sauerstoff -Gemisches einstellt, die zur Mischung mit Luft vorgesehen ist. Wie in Figur 30 dargestellt ist, kann der Bügel 355 auch mechanisch mit einer Welle 357 verbunden sein, die seinerseit mit dem Fahrzeuggetriebe in Verbindung steht. Die Welle 357 ist eine üblicherweise verwendete Welle, mit der das Getriebe in einen kleineren Gang heruntergeschaltet wird, wenn die Stellung der Drossel einen vorgegebenen Punkt erreicht hat. Bs ergibt sich also ein kompaktes

0 9 8 2 3/0705

Kraftstoff-Erzeugungssystem, das mit desa bereits verwendeten Verbrennungsmotoren kompatibel und so aufgebaut ist, daß es in einem üblichen Personenkraftwagen eingebaut werden kann.

Die Erfindung wurde anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben und dargestellt. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsvorrichtung beschränkt; vielmehr können zahlreiche änderungen und Modifikationen vorgenommen werden, ohne daß dadurch der Erfindungsgedanke verlassen werden würde.

609823/070S

Claims

Patentansprüche —"kQ"~

1. Kraft st off-Zufuhr einrichtung für einen Verbrennungsmotor, mit einem Hauptteil, einem ersten von einer Lufteinlaßöffnung zu einer Auslaßöffnung führenden Kanal im Hauptteil, einem zweiten Kanal im Hauptteil, der von einer Einlaßöffnung, in die gasförmiger Kraftstoff einströmt, zu Auslaßeinrichtungen für den gasförmigen Kraftstoff führt, und durch den der gasförmige Kraftstoff zwischen der Lufteinlaßöffnung und der Auslaßöffnung in den ersten Kanal einströmt, wobei der gasförmige Kraftstoff im ersten Kanal vcr Ausströmen aus der Auslaßöffnung mit Luft vermischt wird, und einen im ersten Kanal angeordneten Drosselventil zur Steuerung der Durchflußmenge des Gemisches aus gasförmigem Kraftstoff und Luft durch die Auslaßöffnung, gekennzeichnet durch ein Dosierventil (311) für den gasförmigen Kraftstoff, mit dem der Strömungsquerschnitt des zweiten Kanals (309) verändert wird, und durch eine Steuerverbindung (362, 407) zwischen dem Drosselventil (351, 352, 353), so daß der Durchfluß des gasförmigen Kraftstoffes durch den zweiten Kanal (309) entsprechend der Einstellung des Drosselventils (351, 352, 353) dosiert v/ird.

2. Einrichtimg nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselventil (351, 352, 353) wenigstens eine im ersten Kanal (319) angeordnete, drehbare Klappe (351, 352), das Dosierventil (311) für den gasförmigen Kraftstoff ein drehbares Ventilglied aufweist und die Steuerverbindung (362, 407) eine mechanische Verbindung zwischen der drehbaren Klappe (351, 352) und dem drehbaren Ventilglied bildet.

609823/09-6-56^?

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lufteinlaßöffnung (328) mit einem Lufteinlaßventil (332, 333) versehen ist, das sich bei Überdruck im ersten Kanal (319) öffnet, so daß durch Entweichen von Gasen durch die Lufteinlaßöffnung (328) der Druck gesenkt werden kann.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

die Lufteinlaßöffnung (328) mit einem Lufteinlaßventil (332, 333) versehen ist, und sich zwischen dem Drosselventil (351, 352, 353) und dem Lufteinlaßventil (332, 333) eine Steuerverbindung (601, 602, 603) befindet derart, daß das Lufteinlaßventil (332, 333) bei Öffnen des Drosselventils (351, 352, 353) geöffnet wird.

5» Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Behälter (171) in dem sich ein wäßriger elektrolytischer Leiter und eine mit diesem in Berührung stehenden Anode (42) und Kathode (43) befindet, eine elektrische Versorgungseinrichtung, die zwischen der Anode (42) und der Kathode (43) im elektrolytischen Leiter einen Stromfluß für die Elektrolyse erzeugt, so daß sich Wasserstoff- und Sauerstoff im Behälter (171) bildet, und Gassammeivorrichtungen (244, 251), in denen der Wasserstoff und der Sauerstoff gesammelt und dann der Einlaßöffnung für den gasförmigen Kraftstoff zugeführt wird.

6, Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (42) rohrförmig ist und eine gerippte Außenfläche aufweist, die mit konkav nach außen verlaufenden und in Längsrichtung liegenden Graten (194), welche um den Anodenumfang herum verteilt

609823/0705

sind, versehen ist, daß die Kathode (43) auch rohrförmig ist, die Anode (42) nahezu umgibt und aus einer Reihe von elektrisch leitenden, in Längsrichtung verlaufenden und um den Umfang herum verteilten Stegen (192) besteht, deren Zahl gleich der Zahl der Hohlkehlen ist, und daß die Stege (192) in radialer Ausrichtung zu den Graten (194) derart angeordnet sind, daß Jeder Grat (194) auf die in der Mitte zwischen den Seitenkanten der Stege (192) liegende Mittellinie des jeweiligen Steges (192) zeigt.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine Energiequelle_y die den elektrolytisehen Leiter mit elektromagnetischer Strahlung einer Wellenlänge von weniger

-10

als 10 ^tu m bestrahlt.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle eine Gleichstromquelle, welche eine im wesentlichen gleichförmige Spannung und eine im wesentlichen gleichförmigen Strom bereitstellt, und einen elektrischen Umformer aufweist, der die von der Gleichstromquelle bereitgestellte Energie in Impulse mit einer Frequenz von mindestens 5000 Impulsen pro Sekunde und einer Spannung, die größer als die im wesentlichen gleichförmige Spannung ist umformt, und daß die Energiequelle die Strahlungsquelle (500) umfaßt, der diese Impulse bereitgestellt werden und die damit elektromagnetische Strahlung erzeugt.

9. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Umformer folgende Schaltungsteile aufweist: einen ersten Transformator (TR1) mit einer durch

609823/070S

2552341

die Gleichstromenergie aus der Gleichstromquelle beaufschlagten Primärwicklung (71, 72, 73) und einer mit der Primärwicklung (71, 72, 73) induktiv gekoppelten Sekundärwicklung (67), öinen an die Sekundärwicklung (67) des ersten Transformators (TR1) angeschlossenen Speicherkondensator (C5), der durch die an der Sekundärwicklung (67) auftretende Spannung aufgeladen wird, einen Oszillator (QT, Q2) zur Erzeugung elektrischer Impulse aus der Gleichstromenergie der Gleichstromquelle, eine Schalteinrichtung (T1), die bei jedem vom Oszillator (Q1, Q2) bereitgestellten elektrischen Impuls aus einem nicht-leitenden Zustand in einen leitenden Zustand umgeschaltet wird, und mit der Sekundärwicklung (67) des ersten Transformators (TR1) sowie mit dem Speicherkondensator (C5) derart verbunden ist, daß jede Umschaltung aus dem nicht-leitenden in den leitenden Zustand zu einer Entladung des Speicherkondensators (C5) sowie zu einem Kurzschluß des ersten Transformators (TR1) und damit zu einer Rückführung der Schalteinrichtung (T1) in den nicht-leitenden Zustand führt, einen zweiten Transformator (TR2) mit einer Primärwicklung (88), der die der Entladung des Speicherkondensators (C5) erzeugten Impulse bereitgestellt werden und mit einer mit der Primärwicklung (88) induktiv gekoppelten Sekundärwicklung (89), die eine aufwärts transformierte Spannung erzeugt und mit der Strahlungsquelle (500) elektrisch verbunden ist.

10. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle ein Paar gering voneinander beabstandete Entladeelektroden (504, 505) außerhalb des elektrischen Leiters aufweist.

60982 3/0705 Gy/CW

Leerseite