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Thermoelektrischer Allstoffvergaser Beschreibung
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Die erfindung betrifft einen Vergaser, der flüssige Kraftstoffe \verschiedener
Siedepunkte mittels Wärmeeinwirkung unter Verwendung von el. Strom vergast. Er soll
für Hubkolbenverbrennungsmaschinen und anderen Kolbenverbrennungsmaschinen sowie
bedingt auch für die Kraftstoffversorgung an Gasturbinen eingesetzt werden Nie stufenlose
Leistungsregelung erfolgt über einen stufenlos wirkenden Gleitwiderstand (od. vergleichbare
andere elektrische oder elektronische Vorrichtungen) und erlaubt zudem die Fixierung
eines minimalen und eines maximalen Leistungsanschlagpunktes innerhalb der vollen
Regelbreite Innerhalb der festgelegten und dauerhaft einstellbaren Bandbreite kann
die Regelung stufenlos erfolgen Auf diese Weise soll eine Integration der Kaltstartfunktion,
der Leerlauffunktion, der Be triebs stuf enfunktionen und der 9-eschleunìgungs»lnktion
in eine zentrale Funktion ermöglicht werden Weiterhin soll eine Fernsteuerung eines
oder mehrerer Vergaser über Kabel möglich sein, um so insbesondere bei mehreren
Vergasern eine perfekte Synchronisgtion ohne Nachregelung zu erlangen. Die Vergasungsvorrichtung
soll einfach und arm an beweg lichen Teilen sein. Sie soll den Kraftstoffverbrauch
absenken und durch optimale Gemischaufbereitung die Ausnutzung des Kraftstoffes
erhöhen und den Wirkungsgrad der Kraftmaschine verbessern. Der Kaltstart soll erleichtert
werden und der nicht betriebswarme Motor problemlos und ohne erhöhten Kraftstoffverbrauch
anlauf es ie einmal vorgenommene Einstellung des Vergasers soll über einen langen
Zeitraum unverändert bzw, stabil bleiben, um so regelmäßige .Nachstellarbeiten zu
sparend Der Vergaser soll einfach und ohne technische Veränderungen auf andere flüssige
Kraftstoffe mit anderen Siedepunkten umgeschaltet werden können. Die Umschaltung
auf verschiedene Kraftstoffe und auch auf verschiedene Leistungsabgaben soll auch
über die zentrale Regelfunktion erfolgen können, um so die Anzahl der 3estandieile
auf ein minimum su senken. Ber Vergaser 9011 eine weitreichende Vereinheitlichung
beim Vergaserbau und an den Kraftmaschinen ermöglichen.
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Die Erfindung des thermoelektrischen Allstoffvergasers erfüllt diese
Aufgabenstellungen und läßt zudem erhebliche Variationen in der 3au-und Raumform
und in der Auswahl der Werkstoffe und der Auslegungen zu.
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ach dem derzeitigen technischen Stand sind verschiedene mechanische
Vergaser verfügbar. Es müssen sogenannte Vergaserkraftstoffe verwendet werden. Die
Kraftstoffe müssen einen relativ niedrigen Siedepunkt haben und werden mittels Düsen
zu feinsten Tröpfchennebeln zerstäubt. Die eigentliche Vergasung (Umwandlung vom
einen in den anderen Aggregatzustand) erfolgt nicht im Vergaser, sonaern in der
Regel erst beim Zusammentreffen mit der angesaugten bzw. aufgeladenen Betriebsluft.
Die Vergasung des Tröpfohennebels erfolgt dann, wenn die Luft genügend Wärme enthält.
Diese Wärme wird von den Treibstofftröpfchen absorbiert und die Tröpfchen verdampfen
nach Erreichung des Qiedepunktes.
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Das Gemisch hat sich oft erst innerhalb des Brennraumes v;eitgehend
zu einem echten Gasgemisch entwickelt. Ist der Motor noch kalt und ist auch die
Betriebsluft nicht vorgewärmt, so muß der Betriebsluft eine größere Menge an Treibstoff
in Nebelform beigemischt werden. Der Nebel verdampft dabei nur sehr unvollständig
oder bei größerer Kälte nicht. Es schlägt sich ein größerer Kraftstoffnebelanteil
an den Wänden der Breunkammer und auch an den Wänden der Zuleitungen zum Brennraum
nieder. Das Gemisch muß fett sein und die Zündung muß mit größerem Ezergieaufwand
funktionieren. Es entsteht nur dann ein brisantes Gemisch, wenn diese keine Nebeltröpfohen
mehr enthalten.
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Die Vergaser nach dem stand der Technik haben viele beweglichen zeile
und mehrere getrennte Funktionen, um einen kultivierten Motorenlauf zu erreichen.
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Es gibt die =altstartvorrichtung. Sie kann entweder eine von Eand
über Gestänge betätigte Klappe sein, die den Zustrom an frischer Luft reduziert;
damit sich ein besonaers fettes Gemisch bilden kann (wenig Luft und viel Kraftstoffnebel).
Oder aber diese Vorrichtung wird über eine Zweimetallfeder automatisch durch Wärme
gesteuert. Ist der Motor noch kalt, hält die Zweimetallfeder die Luftklappe geschlossen.
Wird der Motor allmählich erwärmt durch die Verbrennungsvorgänge, dann erwärmt sich.
auch die Zweimetallfeder mehr und mehr und öffnet langsam die Luftklappe bis zum
Anschlagpunkt.
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Es gibt eine Leerlaufvorrichtung. Sie sorgt dafür, daß der Motor auch
dann noch störungsfrei weiterläuft, wenn die Hauptbetriebsstufe abgeschaltet ist.
Dieser Bereich muß regelmäßig nachgestellt werden.
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Bei kalten littoren reicht die Leerlaufeinstellung oft nicht ganz
zur ungestörten Unterhaltung des Verbrennungsbetriebes. Durch ;.fotorvibrationen
wird
die Einstellung beeinflußt. Die Leerlaufduse kann durch kleine Teilchen verstopft
oder durch andere Premdstoffe verklebt werden und so den Leerlaufbetrieb unterbrechen.
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Es gibt an den herkömmlichen Vergaser zumindest eine, meistens aber
mehrere Ezuptbetriebsstufen. Sie sind für den Hauptbetrieb und für Extremsituationen
(z.3. plötzliche Beschleunigungen bei Fahrzeugmotoren) gedacht. Durch die Aufteilung
der Hauptbetriebsstufen in mehrere Teilbereichsstufen, und durch die Anordnung zusätzlicher
Einspritzvorrichtungen will man den Motorbetrieb wirtschaftlicher gestalten und
den Kraftstoffverbrauch senken. Es sind eine lunge bewegter Teile und zahlreiche
Kanäle, Düsen und Regelorgane notwendig und ständig zu warten, um den relativ aufwendigen
Vergaserbereich betriebsklar zu halten.
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Fast alle Teile sind von außen erreichbar und können durch Terschmutzang
gestört werden. Auch besteht die Gefahr, daß bei unordentlicher Luft filterung der
Vergaser innen erheblich gestört wird.
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alle Vergasungsfunktionen werden durch den im Lrischrohr gebilaeten
Unterdruck betrieben. Es wird grundsätzlich vernebelt. Die Vergasung erfolgt auf
dem Wege zum Brennraum. Bei Dieselmotoren ergibt sich sogar ein Zündverzug durch
die relativ lange Vergasungszeitspanne.
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Allerdings können Dieselmotoren sowieso nur mittels Einspritzpumpen
gefahren werden. Mit herkömmlichen Vergasern können Kraftstoffe höherer Siedepunkte,
wie z.S, Dieselöle, nicht gefahren werden, Sie sind nicht in det Lage, ein zündfähiges
Gemisch zu bilden, Ber Stand der heutigen mechanischen Vergaser ist weitgehend am
Ende seiner Entwicklung angelangt und kann den Erfordernissen der zukünftig veränderten
Kraftstoffsituation und der Energie situation nicht dauerhaft Rechnung tragen.
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Der herkömmliche Vergaser ist nur für Vergaserkraftstoffe hoher gertigkeit
geeignet und muß in seinem technischen Aufbau für jede Motorleistungsklasse und
für jeden Betriebsstufenbereich besonders modifiziert werden. Es ist nicht möglich,
einen Vergasergrundtyp zu schaffen, der durch nur eine zentrale Regelfunktion auf
jede Leistungsklasse und jeden Kraftstoff eingestellt werden kann. Zudem können
mit herkömmlichen Vergasern nicht alle Betriebstufen (Leerlauf, Eauvtg&s usw.)
in eine Betriebsfunktion vereinigt werden.
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Es ist nicht möglich, sehr leichte Vergaser aus Kunststoffen zu bauen.
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Herkömmliche Vergaser müssen über mechanische Vorrichtungen e (asgestänge)
angesteurt werden. Es ist bei Synchronbetrieb mehrerer herkömmlicher Vergaser immer
problematisch, die optimale Gleicheinstellung aller Vergaser zu erreichen und vor
allem über lange Zeitspannen zu halten.
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Mit dem thermoelektrischen Allstoffvergaser soll eine kostengünstigere
und technisch einfachere sowie wirkungsvollere Alternative angeboten werden. Die
Herstellung soll vereinfacht und vereinheitlicht werden.
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Die Nachstellarbeiten und die Wartung soll nntfallen.
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Der Kraftstoff soll vollstndig vergast (vom einen in den anderen Aggregatzustand
überführt werden) werden und erst dann der Bebriebsluft mittels Unterdruck beigemischt
werden. Der Vergaser soll alle zrotorentypen und Leistungsklassen bedienen und er
soll auch nachträglich auf andere Kraftstoffe umschaltbar sein. Der Vergaser hat
keine Luftkanäle und keine Stellschrauben und auch keine Regelklappen. Die gesamte
Regelung erfolgt über die elektrische Reizung, die als das Herzstück des Vergasers
angesehen werden maß.
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Die Zeitspanne, die notwendig ist, um den kalten Motor zu starten,
wird von der Dicke des Kraftstofffilmes bestimmt, der die Reizelemente umgibt. Je
dünner der latente Kraftstofffilm ist, desto kürzer ist die Startzeit und desto
geringer ist der für den Start notwendige Strombedarf.
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Die Startzeit bei leicht verdampfenden Kraftstoffen (Benzin z ß,)
soll im Zehntelsekundenbereich liegen. Die Anlaßzeitspanne für schwer verdampfende
Kraftstoffe.(z.B. Dieselöl) soll im Sekundenbereich liegen.
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Bei schweren stationären Motoren und Anlagen (Schiffsantriebe, Eraftwerke
usw.) ist die Anlaßgeschwindigkeit im Bereich mehrerer Sekunden anzusieceln. Das
erlaubt die Anwensentheit von gröBeren Eraftstoffmengen im Vergaser bzw. einen dicken
Kraftstoffmantel um die Eeizelemente. Einen technischen Vorteil beaeutet di4s nicht.
Es bedeutet aber eine massigere Auslegung des Vergasers und somit auch die Xlöglichkeit,
zentral viele Großmaschinen v-on einem Großvergaser (auch für Dieselöl) aus zu unterhalten
und zu steuern.
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Der thermoelektrische Allstoffvergaser kann für fast alle Eraftstoffarten
(außer sehr schwer verdampfende Kraftstoffe über 380 Grad ¢.) aus speziellen Kunststoffen
automatisch hergestellt und billig montiert werden ohne Verschraubungen und sonstige
Spezialmontagen.
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Durch den Einsatz des thermoelektrischen Allstoffvergasers kann jeder
elektrisch gezündeter Verbrennungsmotor (Ottomotoren) mit allen vergasbaren flüssigen
Brennstoffen gefahren werden. Es ist so eine erhebliche Vereinheitlichung und Rationalisierung
bei entsprechender Kostensenkung im Motorenbau möglich.
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Der Kraftstoffverbrauch kann gesenkt werden und die Störanfälligkeit
sinkt auf einen zu vernachlässigenden Wert. So können die 3etreiberkosten gesenkt
werden und die Markteinführung des neuen Vergasers wirkt sich für den Anwender (J.Iotorenhersteller
usw.) umsatzfördernd aus. Durch die Moglichkeit der automatischen produktion des
Vergasers und der einfachen Einrastmontage kann der Hersteller des Vergasers ungewöhnlich
hohe Gewinne erzielen und dies mit einem relativ kleinen Mitarbeiterstab.
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Der neue Vergaser wird durch seinen hohen Wirkungsgrad und durch seine
Vielseitigkeit besonders dann interessant, wenn die weltweite Energieträgersituation
kritisch werden sollte und wir einerseits extrem sparsame Antriebe benötigen (mit
dem neuen Vergaser können auch alte Motoren umgerüstet werden) und zudem viel schwer
verdampfbaren Energieträger anstelle hochwertiger Benzole verwendet werden müssen.
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Eine weitere hervorragende Sparwirkung hat der thermoelektrische Allstoffvergaser
im Einsatz an Gasturbinen. Er bewirkt, daß die Eraftstoffe nicht mehr als Nebel
eingespritz werden, sondern als reine Gase in die Brennkammern treten. Zudem kann
der Mischgrad und der Verbrennungsverlauf günstiger gestaltet werden und somit die
Gasturbine wirtschaftlicher werden. Es ist dann auch möglich, die Gasturbine mit
verschiedenen schwer verdampfenden Brennstoffen (z.B. Dieselölen) zu betreiben.
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Der thermoelektrische Vergaser besteht im Wesentlichen aus dem Gehäuse
und der Heizung. Das Vergasergehäuse besteht zweckmäßigerweise aus dem unteren Teil
?i?? und dem oberen Teil"2" Im oberen Teil befindet sich auch der Uberströmkanal,
durch den die Gase in das Mischrohr gelangen.
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Im Vergasergehäuse befindet sich die Heizung. Die Reizung, bestehend
aus den Heizelementen"6't und der Baltevorrichtung"5", ist von dem flüssigen Kraftstoff
umgeben. Je dünner der latent anwesende Kraftstofffilm ist, desto kürzer ist die
Anlaßzeit und der Startstrombedarf.
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Zweckmäßigerweise ist der Schwimmer, bestehend aus dem Schwimmer-Äuftriebskörper"7",
dem Nadelventil"13't und dem Ventilsitz"12" und diverser
Führungseinrichtungen
15,9,1011.
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Im unteren Gehäuseteil im Boden befindet sich ggf. ein Ablaßventil.
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Es soll für die Beseitigung von wonAen3wasser und fAr die Beseitigung
von Kraftstoffresten bei Umschaltung auf Kraftstoffe niedrigerer Siedepunkte benutzt
werden.
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Der Raum in dem der Kraftstoff flüssig steht und der Raum, in dem
die Gase frei werden, wird durch eine Gitterscheide1151 oder ähnliche Vorrichtung
getrennt. Es wird so bei nichtstationären Maschinen verhindert, daß der flüssigkeitsspiegel
bis zum Überströmkanal "4" hochschwappt und den Vergaser zusätzliche Festigkeit
gegeben.
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Die Stromversorgung der Eeizung erfolgt über Anschlußleitungen"17",
die in einer Verlegeröhre"16" zur Reizung hingeführt werden. Das Ganze, Reizung,
Verlegeröhre und Zuleitungen, bildet in der technischen Bauausführung ein kompaktes
Bauteil.
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Im Mischrohr"3" befindet sich der Unterarucknischkranz. Der unteraruckmischkranz"19"
bewirkt, daß durch den Sog die Gasfreisetzung wesentlich erleichtert wird und die
Gase vollständig und sehr schnell aus dem Gasraum abgezogen werden, Weiterhin garantiert
der Unteraruckmischkranz eine kontinuierliche und totale Durchmischung der Luft
mit dem Brenngas.
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Der Unterdruckmischkranz ist ein Bauteil und enthält eine uriaufende
Ringrinne (halbrunder Kanal) und mehrere Auslaßöffnungen, die in den Bereich des
größten Unterdruckes offen einmünden.
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An aieser Stelle wirkt der Unterdruck und ein Höchstmaß an Verwirbelung.
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Sämtliche Teile des Vergasers können schraubenlos durch Raster und
einfache Dichtringe montiert werden. Dies gilt besonders dann, wenn der Vergaser
aus £unststoff (mechanisch und thermisch hochbelastbær) gefertigt wird.
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Grundsätzlich kann der thermoelektrische Ällstoffvergaser aus Kunststoffen
und Metallen sowie Erden gefertigt werden. Er kann zusätzlich mit einer einen ausschaltbaren
Luftdurchflutung versehen werden.
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Es tritt dann Luft durch ein Ansaugstutzen ein und sprudelt von unten
nach oben durch die im Vergaser stehende vlüssigkeit und bildet so zusätzlich Brenngase.
Die Betreibung der Luftflutung erfolgt über den am Unterdruckmis chkranz wirkenden
Unterdruck.
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Der thermoelektrische Allstoffvergaser kann für eine große oder für
eine kleinere Bandbreite ausgelegt werden und er kann in der Bauform und der funktionellen
Anordnung stark dem Zweck angepaßt werden. Alle Bedarfsvorfälle können gedeckt werden.
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Die Vielseitigkeit des thermoelektrischen llstoffvergasers bringt
es mit sich, daß er eine umfangreiche Weiterentwicklung erfahren wird. Das Ursprungsprinzip
bleibt weitgehend Funktionsgrundlage.
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Die besonderen Eigenschaften des neuen Vergasers ermöglichen auch
eine stürmische Weiterentwicklung im Bereich der Verbrennungskraftmaschinen.
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Für den Eersteller wird ein ganz neuer Markt geschaffen. Für den Betreiber
wird eine höhere Betriebssicherheit und eine Betriebskostensenkung erreicht. Für
die die Umwelt wird eine Lastsenkung erreicht und fir die nergiesituation eine spürbare
Entlastung.
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Thermoelektrischer Allstoffvergaser Zeichenerklärung 1. Vergasergehäuse,
unterer Teil 2. Vergasergehäuse, oberer Teil 3. Mischrohr, Ansaugrohr 4. Überströmkanal
5. Hzltevorrichtung für Heizelemente 6. Heizelemente 7. Schwimmer (Auftriebskörpe'r)
8. Fuhrungs-u. Anschlagstift des Schwimmers 9. Untere Führung und Anschlag des Schwimmers
10. Obere Führung des Schwimmers 11. Lüftungsöffnungen 12. Ventilsitz 13. Nadelventil
14. Kraftstoffzufuhr (Anschluß stück) 15. Gitterscheide (Trennung zwischen Treibstoffraum
und Gasraum) mit ausreichenden Gasdurchlaßkanälen und ausreichender Flüssigkeitsrückhaltewirkung
16. Verlegeröhre zur stabilen und dichthaltenden Aufnahme der el.
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Anschlußleitungen der Heizung 17. Anschlußleitungen der Reizung 15.
Ablaßventil für Kondenswasser od. Restkraftstoff bei Umstellung auf andere Kraftstoffart
(insbes. mit niedrigerem Siedepunkt) 19. Unterdruck-llischkranz 20. Gasringkanal
21. Gasaustrittöffnungen 22. Dichtring 23. Einrastung zur Verbindung des unteren
und oberen Teiles des Vergasergehäuses 24. Einrastung der Gitterscheide 25. Auflage
anschlag für Gitterscheide 26. Lager-und Arretierstellen für Haltevorrichtung der
Heizelemente 27. Einrastung der Haltevorrichtung für Heizelemente 28. einrastung
des Unterdruck-Mischkranzes 29. Einrastung für Stutzen des Überströmkanales 30/31.
Zusätzliche Arretierung des Vergasers am Mischrohr 32. Spielbereich des Kraftstoffspiegels