Schwingbrenner, insbesondere für Heizzwecke. Die sog. Schwingbrenner bestehen be kanntlich aus einem akustischen Resonator, der im Takte seiner Eigenfrequenz periodisch ein Brenngemisch ansaugt und anschliessend zur Verpuffung bringt. Sie haben ihre erste technische Bedeutung als Rückstossantrieb für Flugzeuge und dergleichen gewonnen und be sassen dabei meist die Form eines einseitig offenen Rohres,
an dessen geschlossenem Ende die Einlassventile für Luft und Brennstoff sowie die Zündquelle (Zündkerze, Glühkörper oder dergleichen) lagen, und aus dessen offe nem Ende der schwingende Abgasstrahl mit erheblicher Strömungsenergie austrat (vergl. P. Schmidt, 1950, V. D. I.- Zeitschrift, Band 92, Seite 393-399).
In neuerer Zeit gewinnen solche Schwing brenner steigende Bedeutung für Beheizungs- zwecke. Hierbei entsteht,das Bedürfnis, ihren thermischen Wirkungsgrad zu Lasten des ärodynamischen Wirkungsgrades zu verbes sern und die Geräuschbildung herabzusetzen.
Dies erfordert natürlich eine Verminderung der Spitzendrucke ;des akustischen Schwin gungsvorganges und muss deshalb bei einem Schwingrohr der bisher üblichen Art die Sta bilität der Schwingung gefährden.
Man benutzt für Beheizungszwecke am besten einen Resonator, dessen Kammer einen mehrfach grösseren Querschnitt besitzt als der Resonatorhals, da man hierdurch einerseits den Wärmeübergang und anderseits das ela stische Element des Schwingungssystems ver grössert.
Weiterhin sieht man zweckmässig für den Eintritt des Brenngemisches eine Ge- mischleitung vor, welche in die Kammer dies Resonators mündet und in die einerseits der Brennstoff sowie anderseits, über ein Rück- Schlagventil, die Brennluft eingeführt wird, welches das Entweichen der Brenngase über diese Gemischleitung verhindert.
Die Erfindung betrifft eine Verbesserung für Schwingbrenner der genannten Art, wel che dadurch gekennzeichnet ist, dass die ge nannte Gemischleitung nur teilweise ausser halb der Kammer des Resonators verläuft, wobei der Luft- und Brennstoffeinlass an .den ausserhalb der Resonatorkammer liegenden Teil dieser Gemischleitung angeschlossen sind, während ihr offenes Endstück die Gestalt eines frei in die Resonatorkammer hinein ragenden Rohrstückes besitzt.
Man kann auf diese Weise erreichen, dass die Verbrennung im wesentlichen innerhalb des genannten, frei in die Resonatorkammer hineinragenden und daher von dem heissen Gasinhalt dieser Kammer umspülten Rohrstückes erfolgt und der hierbei aus dessen,
öffnung ausströmende Pfropfen brennender Gase etwa wie ein Kol ben die Schwingung des Resonators anstösst. In diesem Falle erfolgt offenbar eine beson ders wirksame Anregung des Resonators und das Frischgemisch gelangt bereits zur Ver brennung, bevor es sich mit den in der Reso- natorkammer zurückgebliebenen Verbren nungsgasen der vorangehenden Verbren nung vermischt hat.
Diese Verbrennungsver hältnisse erhält man in: besonders reiner Form, wenn man das vom erwähnten, in die Resonatorkammer hineinragenden Endstück der Gemischleitung umschlossene Voliunen angenähert gleich dem im einzelnen Verbren nungstakt zur Verpuffung gelangenden Ge- misehvoliimen wählt.
Hierdurch kann. man nämlich erreichen, dass das Frischgemisch schrittweise durch die Gemischleitung vor- wärts geschoben und hierdurch schrittweise aufgewärmt wird, wobei jeweils nur ein be grenzter Gemischpfropfen in dass - gegebe nenfalls bis zur Rotglut - erhitzte Endstück der- Gemischleitung eintritt und dort nach entsprechendem Zündverzug zur Verpuffung kommt.
Bei Verwendung von flüssigem Brenn stoff schlägt die Verpuffungsflamme nicht in den hintern Teil der Gemischleitung mxrüek, wenn man ,dafür sorgt, dass der.Brennstoff dort noch nicht verdampft und daher noch nietet zündfähig ist.
Bei Verwendung gas förmiger Brennstoffe kann man das Zu rückschlagen der Flamme in den hintern Teil der Gemischleitung durch wärmeablei tende - Einbauten zwischen diesem Teil und besagtem Rohrstück verhindern. In; beiden Fällen bleibt dann das Rückschlagventil vor der Verpuffungssflamme geschützt und kann aus Leder, Gummi, Kunststoff oder derglei chen in einer Form hergestellt werden, .die eine genaue Einstellung des Ventilwiderstan des zulässt.
Der erwähnte Schutz des hintern Teils der Gemischleitung, und: des Ventils durch wärmeableitende Einbauten ist auch bei Verwendung von flüssigen Brennstoffen zweckmässig, !da die Entstehung von Verbren- nungsrückständen hierdurch vermindert wird.
Der Druckstoss der Verpuffung, der sich auf das frische Brenngemisch in ;der Gemischlei- tung überträgt, wirkt sich hingegen vorteil- haft aus; denn er verbessert durch Wirbel bildung die mechanische Aufbereitung des Brenngemisches.
Dieser Effekt kann durch wirbelbildende Einbauten in die Gemischlei- tung bzw. durch seitlichen Anschluss des Rückschlagventils an diese Leitung noch ge- steigert werden.
Die Erfindung sei im folgenden an Hand der Zeichnungen an einigen Ausführungsbei spielen erläutert. Es zeigen Fig. 1 die Wirkungsweise eines erfin dungsgemässen Schwingbrenners an Hand einer schematischen Darstellung seiner Ele mente, Fig. 2 den Schnitt des Mischrohres dieses Brenners nach Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 drei verschiedene Ausführungsfor- men für das Auslassendstück der Gemischlei- tung, Fig. 4 die Schnittseitenansicht eines Bren ners für Benzinbetrieb und Fig. 5 die wesentlichen Teile eines Bren ners für Dieselölbetrieb.
Gemäss Fig. 1 läuft das Gemischrohr l in ein Rohrstück 10 aus, welches frei in die Kammer 2 eines Helmholtzschen Resonators hineinragt. Dieser besteht aus :der genannten Kammer 2 und dem als Resonatorhals dienenden Abgasrohr 3. Letzteres mündet in einen Schalldämpfer, der von einer Kammer 4 und einem Auspuffrohr 5 gebildet wird.
An das Gemischrohr 1 ist links, kurz vor seinem verschlossenen Ende, ein Rückschlag ventil 6 seitlich angebaut, das die Brennllüt- zufuhr beherrscht. Weiterhin mündet in das Gemischrohr 1 die aus dem Vergaser 7 ge speiste Brennstoffdüse B. Man sieht, dass die Luft- und Brennstoffeinlasszone des Gemisch rohres ausserhalb der Resonatorkammer 2 liegt.
Das in die Kammer 2 hineinragende End stück 10 des Gemischrohres 1 wird im Be trieb aussen ringsherum von den heissen Ab gasen der Verbrennung umspült, so dass seine Wandung sehr heiss wird. Sie i-st vom hintern, luftgekühlten Teil des Gemischrohres 1 durch ein eingelegtes Rohrbündel 9 (vergl. Fig. 2) getrennt. Letzteres reicht bis zur Ansehluss- ebene des in die Kammer 2 hineinragenden Endstückes 10.
Als Zündquelle dient der Glühdraht 11, welcher etwa 1-2 cm tief in das Auslassende des Rohrstückes 10 hineinragt. Zum Starten dient eine Düse 12, über die mittels einer kleinen Hand- oder Elektropumpe Luft in das Gemischrohr 1 eingeblasen werden kann.
Die Wirkungsweise ist folgende Sobald der elektrisch beheizte Glühdraht 11 warm ist, bläst man über die Startdüse 12 Luft ein, welche sich an der Düse 8 mit Brennstoff sättigt und durch das Rohrbündel 9 nach rechts strömt. Wenn dies Brennge- misch den Glühdraht 11 erreicht, kommt zur Verpuffung und es entsteht ein Druck stoss in dem Gemischrohr 1, welcher vom Ven til 6 nicht durchgelassen wird und den Reso- nator 2,
3 zu einer Schwingung in seiner Eigenfrequenz anregt. Die. Wärmeableitung durch ,das Rohrbündel 9 bewirkt hierbei, dass nur der in das Endstück 10 gelangte Gemisch pfropfen P1 verbrennt, während der im. Rohr bündel 9 und im hintern Teil des Gemisch rohres 1. befindliche Gemischpfropfen P2 von der Flamme nicht erfasst, sondern nur einer beschränkten Erwärmung sowie einer Kom pression und Verwirbelung unterworfen wird, welche seine Aufbereitung verbessern.
Im Verlaiü der angestossenen Schwingung folgt dem erwähnten Druckstoss innerhalb der Kammer 2 eine Unterdruckphase, in der Reste des verbrannten Gaspfropfens P1 aus dem Rohrstück 10 herausgesaugt werden. Gleich; zeitig wird dieser Unterdruck über das Ge mischrohr 1 auf das Rückschlagventil 6 und die Brennstoffdüse. 8 übertragen.
Der Strö mungswiderstand des Rüekschlagventils 6 und seiner Verbindung mit dem Rohrstück 10 ist so eingestellt, dass hierbei im betriebswarmen Zustand nur ein Gemischvolumen angesaugt wird, welches dem Volumendes Gaspfropfens P1 und damit dem des Rohrstückes 10 ent spricht.
Dieses frische Brenngemisch schiebt dann den bereits aufbereiteten Gemisch pfropfen P2 in die Stellung des Pfropfens P1, so dass nunmehr d:er Gemischpfropfen P2 das, Rohrstück 10 erfüllt und dort nach einer kurzen Verweilzeit an dem Glühdraht 11 ent zündet wird. Es folgt dann die nächste Ver puffung.
Da somit bei jeder einzelnen Verpuffung nur ein relativ kleiner, nach beiden Richtun- gen hin durch Gaspolster begrenzter Gemisch pfropfen verbrennt, erfolgen die Verpuffun gen sehr weich und übertragen ihre Verbren nungswärme auf ein vielfach grösseres Volu- men. Es entsteht daher im, Resonator 2, 3 eine angenähert sinusförmige, äusserst stabile Schwingung und ein;
sehr günstiger Wärme übergang von den heissen Gasen auf die Wan dung dieses Resonators.
Für die Aufrechterhaltung des Schwin- gungsvorganges ist es natürlich von entschei dender Bedeutung, dass die Zündung des Ge mischpfropfens P1 möglichst phasenrichtig, :das heisst in demjenigen Moment erfolgt, in dem der im Abgasrohr 3 zurückschwingende Gaspfropfen gewissermassen an, dem obern Totpiulkt der akustischen. Kompression. an gelangt ist.
Es hat sich gezeigt, dass man die phasenrichtige Zündung @dadurch erzwingen kann, dass man das Rohrstück 10 mindestens in der Umgebung der Zündquelle 11 in ge eigneter Form erweitert, derart, dass das während :
der Unterdruckphase vom hintern Teil des Rohres 1 her angesaugte, der Wand des Rahrstückes 10 entlangstreichende und sich dabei erhitzende Brenngemisch (Pfrop fen Pl) zunächst an. der Zündquelle 11 seit lich vorbeiströmt,
um erst während der aku stischen überdruckphase durch den im Ab gasrohr 3 zui¯üclr#sehwingenden Gaspfropfen gegen diese Zündquelle zurückgestaut zu wer den. Erst dann erfolgt die Zündung.
Fig. 3 zeigt verschiedene, diesem Zwecke angepasste Ausführungsformen des Rohr stückes 10. Die Lage der Zündquelle 11 ist durch ein Sternchen gekennzeichnet, und der Strömungsverlauf des Brenngemisches wäh rend .des in der Resonatorkammer 2 erfolgen den Überganges vom akustischen Unterdruck zum akustischen Überdruck durch Pfeile an gedeutet. Das in Fig. 3:a dargestellte Rohr stück 10a erweitert sieh nach dem Auslass ende hin trichterförmig.
Das in Fig. 3b dar gestellte Rohrstück 10b erweitert sich vom hintern. Teil des Rohres 1 aus konisch, -tun hierauf eine zylindrische Kammer zu bilden, während nach Fig. 3c der konisch an den hintern Teil des Rohres 1 angesetzte Topf 10c am Auslassende noch mit einer konischen Ver engung ausgerüstet ist, welche .dazu beiträgt,
die Strömung im gewünschten Sinne umzu- lenken. Die Anbringung der Zündquelle 11 inner halb des Rohrstückes 10 ist nicht nur für die Entstehung der phasenrichtigen Zündung wichtig, sondern bewirkt auch, dass die bei der Verpuffung entstehende Verbrennungs wärme den Zündkörper 11 in Glut hält, so dass dieser nur für den Start elektrisch auf geheizt zu werden braucht.
Ebenso hält die Verbrennungswärme die Wandung des Rohr stückes 10 auf einer Temperatur von einigen hundert Grad Celsius, so dass das Frischge@ misch unmittelbar vor der Zündung auch thermisch gutaufbereitet wird.
Dagegen blei ben der -hintere Teil des Gemischrohres 1 und das Rohrbündel 9 unter dem kühlenden Ein fluss der Aussenluft und - bei Verwendung von flüssigem Brennstoff - auch durch den Einfluss der innern Brennstoffverdampfung praktisch kalt, das heisst bei Benzinbetrieb auf einer Temperatur von, etwa 50-70 C. Beim Betrieb mit hochsiedenden Brennstof fen, wie z. B.
Dieselöl, bringt man den mitt= leren Teil des Gemischrohres 1 bzw. der Ge mischleitung zweckmässig in Wärmeaustausch mit dem Abgasrohr 3, um seine Temperatur auf etwa 250-500 C zu erhölhen und hier durch die richtige Aufbereitung des Brenn- gemisches sicherzustellen.
In der Praxis hat es sich als zweckmässiger erwiesen, den Glühkörper 11, von hinten durch das Gemischmohr 1 hindurch in das Rohr stück 10 einzuführen, um das Dichtungsge- winde des Tragstiels des Glühkörpers in eine möglichst kühle Zone zu verlegen. Dabei kann man diesen Stiel als Dämpfungsglied für das Gemischrohr 1 auobilden und zum Ersatz des Rohxbündels 9 benutzen.
Der er wähnte Stiel muss jedoch streng symmetrisch gestaltet und sehr genau zentriert werden, damit die Schwingung der Gaspfropfen Pi, P2 im Gemischrohr 1 den Charakter einer unverkanteten Kolbenschwingung beibe hält, wie sie das Rohrbündel 9 gewährleistet.
Am besten gibt man dem Stiel die Gestalt eines Stiftes, :den eine genau zentrierte Heiz- wendel umgibt, welche mit dem Glühdraht in Reihe liegt und sich daher beim elektrischen Aufheizen des Glühdrahtes ebenfalls erwärmt. Denn auf diese Weise wird das erwünschte Dämpfungsglied gleichzeitig dazu herangezo gen, um eine verbesserte Aufbereitung des Startgemisches zu erzielen und damit ein Starten bei jeder Aussentemperatur zu er möglichen.
Den Schnitt eines solchen Gerätes zeigt Fig. 4. Gleiche Teile sind hierbei mit den glei chen Bezugsziffern bezeichnet wie in Fig. 1.
Das als Resonatorhals dienende Abgasrohr 3 ist zur Vermeidung einer direkten Beauf- schlagung durch die Verpuffungsflamme seitlich an die Kammer 2 angesetzt. Es ist innerhalb des zu beheizenden Wassermantel gefässes 13 mit Einlaufstutzen W, und Aus laufstutzen ylr2 in schraubenförmigen Win dungen um die Resonatorkammer 2 geführt.
An den obern. Teil des Rohres 1 schliesst sich das innerhalb ider Kammer 2 gelegene, koni sche nach vorn sich erweiternde Stück 10a dieses Rohres an. Das Rückseblagventil 6 ist .mit einem Stellknopf 14 zur Einstellung seines Ventilspaltes ausgerüstet.
Die Zünd- quelle 11 besteht aus einem Glühdraht, wel cher von dem metallischen., in der Achse des Rohres 1 liegenden, als elektrische Ab- oder Zuleitung dienenden Stift 15 getragen wird, während die elektrische Zu- oder Ableitung 16 des Glühdrahtes in gut zentrierten Schrau benwindungen um diesen, von der Einlass,
sehe des 1VIisehrohmes her bis in das Rohr stück 10a ragenden Stift 15 herumgeführt. ist und aus einem Widerstandsdraht besteht, der sich bei der elektrischen Aufheizung des Glühdrahtes 11 auf etwa 100-200 C er wärmt.
Zur sicheren Zentrierung -ist an dem Isolierstück 17 eine metallische Zentrierspinne 18 vorgesehen, deren Stege an der Wand des Eintrittsteils des Rohrstückes 10 anliegen und durch ihre Wärmeableitung gleichzeitig .die Verbrennungszone nach hinten begrenzen.
Der Schalldämpfer (4, 5) ist in Fig. 4 nicht dar gestellt, hingegen ist in ihr noch eine Vorrich tung 14 gezeigt, mittels welcher der Ventil spalt des Lufteinlassventils eingestellt werden kann.
Der in Fig. 5 wiedergegebene Brenner be sitzt einen Gemischleitungsteil 1a, der seitlich an den Gemisehleitungsteil 1b,<B>10e,</B> angeschlos sen ist und dessen in einer Ebene mit dem an die Kammer 2 anschliessenden Teil :des Abgasrohres 3 verlaufender, ausserhalb der Resonatorkammer 2 befindlicher Teil 21 mit diesem Abgasrohr 3 durch eine einge schweisste, massive Kupferbrücke 20 in Wärmeaustausch steht.
Die Zone a. des Rohrstückes 1a wird hierdurch auf etwa 250 bis 500 C aufgeheizt, während die Umgebung des Ventils 6 praktisch kalt bleibt. Um die Entfernung etwaiger Verkokungsnieder- sehläge zLi erleichtern, welche nur in :der Zone a entstehen können, ist das Rohr- stück 21 mit einem seitlichen Reinigungskanal ausgerüstet, den die Schraube 19 verschliesst. Die Zündquelle 11 ist entsprechend Fig. 4 ausgebildet und bezeichnet.
Schwingbrenner der beschriebenen Art können mit so grossem Luftüberschuss Betre ben werden, dass auch für hoch siedende Brennstoffe eine russfreie Verbrennung ge währleistet ist, bei der die Abgase keine mit dem Auge erkennbaren Rückstände mehr ent halten.
Der Wärmeübergang vom Resonator (2, 3) auf das Wasserbad (13) ist trotz der relativ kleinen Wärmeaustausehfläche so gün stig, dass sich die Differenz zwischen der Tem peratur der Abgase und der Temperatur des beheizten Mediums (Wasserbad 13) .auf -etwa 30 C herabdrücken lässt. Die Geräte arbeiten also wärmetechnisch ungewöhnlich günstig und lassen sich zu Beheizun;gen aller Art ver wenden.
Weiterhin zeichnen sich die erläuterten Schwingbrennerdurchaussergewöhnliche Start willigkeit und Stabilität des Schwingungs zustandes aus. Brenner gemäss Fig. 4 lassen sich nach elektrischer Aufheizung der Teile 11 und 16 bei Aussentemperaturen bis zu - 50 C herunter mühelos starten und sind daher besonders zum Anwärmen von Fahr zeugmotoren geeignet. Brenner gemäss Fig. 5 werden zweckmässig zunächst mit Benzin an gelassen Lmd erst nach ausreichender Erwär mung auf Dieselölbetrieb umgeschaltet.
Die geeignetste Betriebsfrequenz für die erfindungsgemässen Schwingbrenner, auf wel- ehe der Resonator (2, 3) abzustimmen ist, liegt bei etwa 50-100 Hz. Während die bis her bekannten Schwingbrenner meist schon beim Ausfall einer einzigen Verpuffung aus setzten und neu gestartet werden mussten, ist das frequenzbestimmende System (2, 3) der erläuterten Brenner so wenig gedämpft, dass die Schwingung sieh sogar nach einem zu fälligen Aussetzen von drei bis vier Verpuf fungen sofort wieder aufschaukelt.
Hierauf ist .die hohe Betriebssicherheit dieser neuen Schwingbrenner zurückzuführen.