DE3404817A1 - Einrichtung zur foerderung von kraftstoff - Google Patents

Einrichtung zur foerderung von kraftstoff

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Description

ÜMV Aktiengesellschaft, A-1090 Wien, Otto Wagner-Platz 5
Einrichtung zur Förderung von Kraftstoff
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Förderung von Kraftstoff, vorzugsweise Dieselkraftstoff, zu einem Motor, insbesondere Dieselmotor, mit einer Förderleitung und mit mindestens einem Filter, vorzugsweise einem Vor- und einem Hauptfilter, sowie gegebenenfalls mit einer Förderpumpe, wobei im Förderweg des Kraftstoffes in der Filterfläche des Filters wenigstens ein elektrisch beheizbares Heizelement vorgesehen ist» -
Es ist allgemein bekannt, daß bei niedrigen Außentemperaturen, in bestimmten Kraftstoffen," insbesondere Dieselkraftstoff, Paraffinausscheidungen entstehen, welche die Filterflächen und andere Engstellen im Förderweg verlegen.
Das Kälteverhalten der Kraftstoffe wird zwar von den Mineralölfirmen durch entsprechende Wahl der Komponenten den jeweiligen klimatischen Bedingungen, unter denen sie verwendet werden sollen, angepaßt. Doch definiert die ÖNORM C Ilo4 z.B. hiebei das Kälteverhalten eines Dieselkraftstoffes nach dem COLD-FiIter Plugging Point (CFPP) und legt diesen Wert für den Sommen (1.April bis 3o.September) mit höchstens +50C und für den Winter (1.Oktober bis 31.März) mit höchstens -15°C fest. Bei der Bestimmung des CFPP wird in einer genormten Apparatur jene Temperatur ermittelt, bei welcher eine bestimmte Menge des in einer Kältesole abkühlenden Kraftstoffes bei gegebenem Unterdruck nicht mehr innerhalb einer festgelegten Zeitspanne durch ein Sieb genormter Maschenweite gesaugt werden kann. Dieser Wert soll Aufschluß über mögliche Störungen durch Paraffinausscheidungen in Leitungss-ystemen und Siebfiltern geben.
Die Normung des Kälteverhaltens kann aus wirtschaftliehen Gründen natürlich nicht auf vorkommende Tiefsttemperaturwerte abgestellt sein, so daß es in bestimmten Fällen auch bei Einhalten der Normwerte zu Schwierigkeiten kommt, wie dies in der Praxis vielfach bewiesen wurde.
Eine bekannte Einrichtung der eingangs erwähnten Art ist mit einem Filter mit einer heizbaren Filterfläche versehen. Das Heizelement in Form eines elektrischen Widerstandes erstreckt sich über die gesamte Filterfläche, so daß die gesamte Filterfläche beheizt wird. Der Energieaufwand dieses Filters ist so hoch, daß er bei einem D.ieselfahrzeug nur unter Zuhilfenahme einer äußeren Energiequelle gedeckt werden kann. Außerdem fällt die Batterieleistung eines Fahrzeuges bei niedrigen Temperaturen so stark ab, daß kaum genug Energie übrigbleibt, um den gesamten Brennstoffstrom durch den Filter zu heizen. (US-PS 2 635 174).
Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und den Energieaufwand zum Erwärmen des Kraftstoffes bei gleichzeitigem Aufrechterhalten der Förderung des Brennstoffs zu verringern.
Dies wird gemäß der Erfindung bei einer Einrichtung der eingangs erwähnten Art dadurch erreicht, daß zum partiellen Aufschmelzen allfälliger Paraffinausscheidungen des Kraftstoffes im Filter das von einer Batterie gespeiste Heizelement sich nur über 0,02 bis 20 % der Filterfläche des Filtereinsatzes erstreckt und die Heizleistung des Heizelementes in bezug auf die Motorleistung von 36 - 4500 kW, 1 bis 1000 W beträgt.
Durch diese Maßnahme kann bei und nach dem Kaltstart der Maschine bei niedrigen Außentemperaturen die Filterfläche
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oder eine andere kritische Stelle im Förderweg des Kraftstoffes mit geringem Energieaufwand kurzzeitig partiell erwärmt werden, so daß eine allenfalls durch Paraffinausscheidung entstandene Blockade des Förderweges beseitigt wird.
Daraus ergibt sich ein Aufschmelzen des Paraffins auf einer beschränkten Filterfläche, das nur die Erhöhung der Temperatur auf einer begrenzten Filterfläche über den Schmelzpunkt des abgelagerten Paraffins hinaus, jedoch kein weiteres Erwärmen, geschweige denn ein Erwärmen des gesamten durchfließenden Kraftstoffstromes erfordert. Diese Anordnung läßt einen wesentlich verringerten Energiebedarf zu, so daß die gesamte erforderliche Energiemenge selbst bei niedrigen Temperaturen aus einer Fahrzeugbatterie entnommen werden kann, ohne die Startleistung zu beeinträchtigen.
Die erforderliche Betriebsdauer des Heizelementes für ein rasches Aufheizen ist durch den Umstand gewährleistet, daß das Heizelement des Filters vorzugsweise mittels wenigstens eines Zeitrelais in Abhängigkeit von der Zeitdauer gesteuert oder geregelt wird. Selbstverständlich wäre es auch möglich» das Heizelement händisch aus- und einzuschalten.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen, in welchen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Varianten gezeigt ist, näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Schema einer erfindungsgemäßen Einrichtung; Fig. 2 das Hauptfilter dieser Einrichtung in vergrößerter, perspektivischer Ansicht;
Fig. 3 ein Filter der Förderpumpe;
Fig. 4 eine Förderpumpe mit Filter;
Fig. 5 einen Ausschnitt aus Fig. 4 im vergrößerten Maßstab;
3A0V817
Fig. 6 zeigt eine alternative Ausflihrungsform der in Fig. 1 ge- * zeigten Einrichtung, in welcher ein Durchflußmesser die Heizelemente steuert;
Fig. 7 und 8 zeigen eine alternative Ausflihrungsform der Einrichtung nach Fig. 1, in welcher Druckfühler die Heizelemente steuern; und
Fig. 9 zeigt eine alternative Ausflihrungsform der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung, in welcher Temperaturfühler die Heizelemente steuern.
Die Einrichtung gemäß Fig. 1 zur Förderung von Dieselkraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter 1 zur Einspritzpumpe eines nicht näher dargestellten Dieselmotors umfaßt im wesentlichen eine Kraftstoffpumpe 3, die mit der Einspritzpumpe 2 des Dieselmotors verbunden ist und von dieser Pumpe angetrieben wird, und ein Vorfilter 4 sowie ein Hauptfilter 5, die im Förderweg des Kraftstoffes zwischen der Förderpumpe und der Einspritzpumpe 2 angeordnet sind.
Die Förderpumpe 3 saugt den Kraftstoff über eine Saugleitimgrio und ein im Behälter 1 eingesetztes Grobfilter 7 an/und drückt den Kraftstoff durch eine. Druckleitung 8 zum Hauptfilter 5 und v/eiter zur Einspritzpumpe 2. Von der Einspritzpumpe 2 gelangt der Kraftstoff in bekannter Weise durch E-i-nspr-itzleitungen 9 zu den Einspritzdüsen lo, von welchen jeweils nur eine dargestellt ist. Vom Hauptfilter 5 führt eine Bvpassleitung 11 zurück in den Behälter 1. In dieser Bvpass-Leitung 11 ist ein Druckventil 12 eingebaut und. auf den von der Einspritzpumpe benötigten Vordruck eingestellt. Um Heizleistung in den Filtern zu sparen, kann das Ventil oder ein anderes Ventil während des Start-und V/armlaufvorganges geschlossen werden.
Im Vorfilter 4, im Hauptfilter 5 und im Grobfilter.7 ist jeweils ein elektrisch beheizbares Heizelement 13, 14, 15 vorgesehen. Die Heizelemente 13, 14, 15 sind in einem
elektrischen Schaltkreis 16 angeordnet und werden von einem Schalter 17 eingeschaltet, der von einem in die Druckleitung 8 zwischen Hauptfilter 5 und. Einspritzpumpe 2 eingesetzten Temperaturfühler 25 betätigt wird. Die Heizelemente werden •in Abhängigkeit von der Zeitdauer mittels wenigstens eines Zeitrelais gesteuert.
V/ie Fig. 2 näher zeigt, ist das Heizelement 13 des Hauptfilters 5 als elektrischer Widerstandsdraht ausgebildet, der in die Filterflächen des sternförmigen Filtereinsatzes 18 eingebettet oder eingewoben ist. Das Heizelement 13 erstreckt sich nur über einen Abschnitt der Filterfläche,
Fig. 3 zeigt als Variante hierzu eine Ausführungsform, bei welcher ein Heizelement 19 in Form eines elektrischen V/iderstandsdrahtes um einen zvlin.derförmigen Filtereinsatz 2o gewickelt ist. Dieses Heizelement 19 erstreckt sich ebenfalls nur über einen Abschnitt der Filterfläche des Filtereinsatzes 2o.
Fig. 5 zeigt eine ähnliche Ausführung mit einem Heizelement 21, in Form eines um einen zvlinderförmigen Filtereinsatz 22 gewickelten elektrischen Widerstandsdrahtes. Das freie Ende des Heizelementes 21 ist an der Innenseite des metallischen'Filtergehäuses 23 an Masse gelegt, der ansonsten blanke, d.h. nicht isolierte Draht ist beim Durchführen durch das Filtergehäuse mittels einer Isolierhülse 24 gegenüber dem metallischen Filtergehäuse 23 elektrisch isoliert. Es ist selbstverständlich auch möglich, entsprechend isolierte Widerstandsdrähte zu verwenden.
Je nach den Betriebsbedingungen, insbesondere den Außentemperaturen, bei welchen der Motor gestartet werden soll, erstrecken sich die Heizelemente 13,14,15,19,21 über
0,02 - 20 % der Filterfläche, um mit möglichst geringem Energieaufwand ein partielles, kurzzeitiges Aufschmelzen des angelagerten Paraffins zu gewährleisten.
Mit der erfindungsgemaßen Einrichtung ist es also möglich, Elektrizität selektiv zum Aufschmelzen bestimmter Zonen an kritischen Flachen der Filter, besonders am Siebfilter der Kraftstoff-Förderpumpe, einzusetzen.
Da es sich nicht um das Erwärmen einer größeren Kraftstoffmenge, sondern nur um das Schmelzen von Paraffin an kleinen begrenzten Zonen handelt, ist der Leistungsbedarf äußerst gering und kann problemlos einer Fahrzeugbatterie entnommen werden.
Der Stromverbrauch des Heizelementes steht zur Leistung des Dieselmotors in folgendem Verhältnis:
Leistung des Stromverbrauch des Dieselmotors . Heizelementes
36 kV/ 1 - 2oo W, vorzugsweise Io VJ
135 kW . 3 - 3oo W, vorzugsweise 3o W 25o kV/ Io - 5oo V/, vorzugsweise loo W
145o - 45oo kV/ 3o - looo W, vorzugsweise 3oo V/
Die Abmessungen der beheizten Zone der Filterfläche stehen zur Leistung des Dieselmotors in folgendem Verhältnis:
Leistung <jdes Abmessungen der beheizten Zone der
Dieselmotors Filterflache (cn£) -
36 kW 0,5 - 350, vorzugsweise 1,0
135 kW 2,0 - 750 ,vorzugsweise 5,0
250 kW 3,0 - 2000, vorzugsweise 10,0
1450 - 4500 kW 50,0 - 3000, vorzugsweise 20,0
Die Fläche des Filters beträgt annähernd 1700 cm.
Die Heizelemente können auf wenigstens vier Arten gesteuert werden:
- mittels eines DurchfluSmessers, der die Menge an durch das Filter strömendem Kraftstoff mißt;
- mittels des Druckunterschiedes im Förderweg des Kraftstoffes in Strömungsrichtung vor und' nach dem Hauptfilter;
- mittels Messung des absoluten Druckes im Förderweg des Kraftstoffes in Strömungsrichtung nach dem Hauptfilter und
- mittels des Temperaturunterschiedes zwischen zwei Stellen im Förderweg des Kraftstoffes, von denen eine in Strömungsrichtung vor und einer in Strömungsrichtung nach dem Filter angeordnet ist. . .
Fig. 6 zeigt die Einrichtung nach Fig. 1, in welchem ein Durchflußmesser 3o in der Leitung 11 in Strömungsrichtung nach dem Hauptfilter 5 angeordnet ist. Ein zweiter Durchflußmesser 31 ist in der Leitung 8 in Strömungsrichtung nach dem Vorfilter 4 und der Kraftstoffpumpe 3 angeordnet. Der Durchflußmesser 3o steuert einen Schalter 32, um das Heizelement 14 im Hauptfilter 5 zu steuern, und der Durchflußmesser 31 steuert einen Schalter 33, um das Heizelement 13 im Vorfilter 4 zu steuern.
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Fig. 7 zeigt die Einrichtung nach Fig. 1, bei welcher sowohl Sas Heizelement 14 im Hauptfilter 5 und das Heizelement 13 des Vorfilters 4 mittels des Druckunterschiedes zwischen zwei im Förderweg des Kraftstoffes in Strömungsrichtung vor und nach dem Hauptfilter 5 gelegenen Punkten gesteuert wird. Um den Druckunterschied zu bestimmen, wird ein erster Druckfühler 34 in der Leitung 8 in Strömungsrichtung vor dem Hauptfilter 5 und ein zweiter Druckfühler 35 in der Leitung 11 in Strömungsrichtung nach dem Hauptfilter 5 vorgesehen. Die Druckfühler 34, 35 sind mit e'inem Differentialrelais 36 oder einer ähnlichen Einrichtung verbunden, welche einen Schalter 37 im elektrischen Schaltkreis 16 des Heizelementes 14 im Hauptfilter 5 als Reaktion auf den Druckunterschied zwischen den Fühlern 34, 35 steuert. Wenn der Druckunterschied zwischen den Fühlern 34, 35 zu gering ist, was ein Blockieren des Förderweges aufgrund von Paraffinablagerungen bedeutet, schließt das Differentialrelais 36 den Schalter 37, um den Heizelementen 13 und 14 elektrische Energie zuzuführen und damit die Paraffinablagerungen in einer vorgegebenen Zone der Fläche des Filters 5 aufzuschmelzen.
In Fig. 8 ist die Einrichtung nach Fig. 1 dargestellt, bei welcher das Heizelement 14 des Hauptfilters 5 und das Heizelement 13 des Vorfilters 4 mittels des absoluten Druckes in Strömungsrichtung nach dem Hauptfilter 5 gesteuert wird. Zu diesem Zweck ist in der Leitung 11 in Strömungsrichtung nach dem Filter 5 ein Druckfühler 38 angeordnet. Der Druckfühler 38 steuert einen Schalter 39 im elektrischen Schaltrkreis 16 der Heizelemente 13 und 14. Durch Betätigen des Schalters 39 als Reaktion auf den Druckfühler 38 können die Heizelemente 13 und 14 als Reaktion auf den Druck in der Leitung 11 gesteuert werden.
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Fig. 9 zeigt die Einrichtung nach Fig. 1, bei welcher das Heizelement 14 des Hauptfilters 5 mittels des Temperaturunterschiedes zwischen zwei Punkten im Förderweg des Kraftstoffes gesteuert wird. Zu diesem Zweck ist in der Leitung .in Strömungsrichtung vor dem Hauptfilter 5 ein Temperaturfühler 4o und in der Leitung 11 in Strömungsrichtung nach dem Hauptfilter 5 ein zweiter Temperaturfühler 41 angeordnet. Die Temperaturfühler 4o, 41 betätigen ein Differential- . relais 43, das den Schalter 42 im elektrischen Schaltkreis 16 des Heizelementes 14 steuert, -um das Heizelement 14 in Abhängigkeit vom Temperaturunterschied im Förderweg des Kraftstoffes zu betätigen. Auf ähnliche Weise wird das Heizelement 13 von den Temperaturfühlern 44, 45 gesteuert, die in Strömungsrichtung vor und nach dem Vorfilter 4 angeordnet sind. Das Heizelement 15 wird in analoger V/eise von Temperaturfühlern 48,49 gesteuert, die in Strömungsrichtung vor und nach dem Grobfilter 7 angeordnet sind. Die Differentialrelais 46, 5o sind identisch mit dem Relais 43 und steuern die Schalter 47 bzw. 51 in Abhängigkeit vom Temperaturunterschied im Förderweg des Kraftstoffes. ■ .
Die Erfindung ist hauptsächlich für Einrichtungen für die Förderung von Dieselkraftstoff bestimmt, sie kann jedoch auch auf Einrichtungen zur Förderung anderer Arten von Brennstoffen angewendet werden, die zum Bilden von.Paraxfinablagerungen neigen, wie z.B. bestimmter Arten von Heizöl.
9 Figuren
16 Ansprüche

Claims (16)

P a t e η t a ns ρ r ü c h e
1.) Einrichtung zur Forderung von Kraftstoff, vorzugsv/eise Dieselkraftstoff, zu einem Motor, insbesondere Dieselmotor, mit einer Förderleitung und mit mindestens einem Filter, vorzugsweise einem Vor- und/einem Hauptfilter, sowie gegebenenfalls mit einer Förderpumpe, wobei im Förderweg des Kraftstoffes in der Filterfläche des Filters wenigstens ein elektrisch beheizbares Heizelement vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zum partiellen Aufschmelzen allfälliger Paraffinausscheidungen des Kraftstoffes im Filter (4,5,7) das von einer Batterie
(13 14 151
gespeiste Heiz element/dich nur über 0,02 bis 20 % der Filterfläche des Filtereinsatzes erstreckt, und die Heizleistung des Heizelementes in bezug auf die Motorleistung von 36 bis 45oo kV/, 1 bis looo W, beträgt.
2.Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Heizelement (13,14) getrennt mittels eines Durchflußmessers (3o,31) gesteuert wird, der auf den Durchfluß des Kraftstoffes durch das Filter (4,5) anspricht, an welchem das Heizelement (13,14) angeordnet ist (Fig. 6).
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußmesser (3o,31) im Förderweg des Kraftstoffes in Strömungsrichtung nach dem Filter (4,5) angeordnet und betriebsfähig mit einem Schalter (32,33) verbunden ist, der in Reihe mit der Batterie und dem Heizelement (13,14) geschaltet ist (Fig. 6).
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (13,14) mittels Druckfühlern (34,35) gesteuert ist, die auf den Druckunterschied im Förderweg des
Kraftstoffes in Strömungsrichtung vor und nach dem Filter (4,5) ansprechen (Fig. 7).
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Druckfühler (34) im Weg des Kraftstoffes in Strömungsrichtung vor dem Filter (5) angeordnet ist, und daß ein zweiter Druckfühler (35) im Förderweg des Kraftstoffes in Strömungsrichtung nach dem Filter (5) vorgesehen ist, wobei jeder der Druckfühler (34,35) ein dem festgestellten Druck entsprechendes Signal abgibt, daß eine Vergleichseinrichtung (36) zum Vergleich der dem festgestellten Druck entsprechenden Signale vorgesehen ist, welche ein Unterschiedssignal abgibt, das dem Unterschied zwischen den festgestellten Drücken entspricht, und daß ein in Reihe mit der Batterie und den Heizelementen (13,14) geschalteter Schalter (37) vorgesehen ist, der auf das Unterschiedssignal anspricht (Fig, 7).
6. Einrichtung nach-Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (13) mittels eines Druckfühlers (38) gesteuert ist, der auf den absoluten Druck im Förderweg des Kraftstoffes in Strömungsrichtung nach dem Filter (5) anspricht (Fig. 8). ·
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckfühler (38) im Förderweg des Kraftstoffes in Strömungsrichtung nach dem Filter (5) angeordnet und betriebsmäßig mit einem Schalter (39) verbunden ist, der in Reihe mit der Batterie und dem Heizelement (14) geschaltet ist (Fig. 8).
8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Heizelemente (13,14,15) getrennt mittels Temperaturfühlern (4o,41; 44,45; 48,49) gesteuert wird, die
auf den Temperaturunterschied zwischen zwei Stellen im Förtierweg des Kraftstoffes ansprechen, wobei eine der Stellen in Strömungsrichtung vor dem mit dem Heizelement (13,14,15) versehenen Filter (4,5,7) und die andere Stelle in Strömungsrichtung nach dem Filter (4,5,7) angeordnet ist '(Fig. 9).
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Temperaturfühler (4o) im Förderweg des Kraftstoffes in Strömungsrichtung vor dem Filter (5) angeordnet ist, um die Temperatur an diesem einen Punkt festzustellen, daß ein zweiter Temperaturfühler (41) im Förderweg des Kraftstoffes in Strömungsrichtung nach diesem Filter (5) angeordnet ist, um die Temperatur an diesem anderen Punkt festzustellen, wobei jeder der Temperaturfühler (4o,4i) ein der festgestellten Temperatur entspie chendes Signal abgibt, daß eine Vergleichseinrichtung (43) vorgesehen ist, um die den ermittelten Temperaturen entsprechenden Signale zu vergleichen und ein Unterschiedssignal zu erzeugen, das dem Unterschied zwischen den errait.u&lten Temperaturen entspricht, und daß ein Schalter (42) vorgesehen ist, der in Reihe mit der Batterie und dem Heizelement (14) geschaltet ist und auf das Unterschiedssignal anspricht (Fig. 9).
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, für einen Dieselmotor mit einer Leistung von 36 kW bis 135 kW, dadurch gekennzeichnet, daß zum partiellen Aufschmelzen der Paraffinablagerungen des Kraftstoffes im Filter die Heizleistung der elektrischen Heizelemente Io bis 3o Watt beträgt und die beheizte Flache des Filters nur 1 bis 5 cm betragt.
11. Einrichtung nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet, daß für einen Dieselmotor mit einer Leistung von etwa 36 kW der beheizte Abschnitt der Filterfläche etwa 1 cm groß ist
und die Heizleistung des Heizelementes etwa Io Watt beträgt.
12. Einrichtung nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet,
daß für einen Dieselmotor mit einer Leistung von etwa 135 kV/
ο der beheizte Abschnitt der Filterfläche etwa 5 cm groß ist 'und die Heizleistung des Heizelementes etwa 3o Watt beträgt.
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch inze
•beträgt.
gekennzeichnet, daß jede Filterfläche etwa über 17oo cm
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-9» für einen Dieselmotor mit einer Leistung von 25>o - 45oo kW, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung der Heizelemente loo - 3oo Watt beträgt und sich der beheizte Abschnitt der
ο Filterfläche nur über etwa Io - 2o cm erstreckt, um partiell die Paraffinablagerungen des Kraftstoffes im Filter aufzuschmelzen.
15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß für einen Dieselmotor mit einer Leistung von etwa 25o kW der beheizte Abschnitt der Filterfläche etwa Io cm groß ist und die Heizleistung des Heizelementes etwa loo Watt beträgt.
16. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß für einen Dieselmotor mit einer Leistung von 14oo - 45oo kW der beheizte Abschnitt der Filterfläche etwa 2 ο cm groß ist und die Heizleistung des Heizelementes etwa 3oo Watt beträgt.
DE3404817A 1983-05-27 1984-02-10 Einrichtung zur foerderung von kraftstoff Ceased DE3404817A1 (de)

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