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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Offenbarung ist auf eine Düsenanordnung gerichtet,
und insbesondere auf eine Düsenanordnung, die konfiguriert
ist, um von einem Strömungsmittel gekühlt zu werden.
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Hintergrund
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Motoren,
die Dieselmotoren, Benzinmotoren, Erdgasmotoren und andere in der
Technik bekannte Motoren aufweisen, können eine komplexe
Mischung von Luftverunreinigungen ausstoßen. Die Luftverunreinigungen
können sowohl aus gasförmigem als auch aus festem
Material zusammengesetzt sein, wie beispielsweise Partikelstoffen.
Partikelstoffe können Asche und unverbrannte Kohlenstoffpartikel
aufweisen, die Ruß genannt werden.
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Aufgrund
gesteigerter Sorge um die Umwelt haben einige Motorhersteller Systeme
entwickelt, die Motorabgas behandeln, nachdem es den Motor verlässt.
Einige dieser Systeme setzen Abgasbehandlungsvorrichtungen ein,
wie beispielsweise Partikelfallen, um Partikelstoffe aus dem Abgasfluss
zu entfernen. Eine Partikelfalle kann Filtermaterial aufweisen,
welches dafür ausgelegt ist, um Partikelstoffe aufzufangen.
Nach einer verlängerten Periode der Anwendung kann jedoch
das Filtermaterial teilweise mit Partikelstoffen gesättigt
werden, wodurch die Fähigkeit des Filtermaterials zur Aufnahme
von Partikeln behindert wird.
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Die
gesammelten Partikelstoffe können aus dem Filtermaterial
durch einen Prozess entfernt werden, der Regeneration genannt wird.
Eine Partikelfalle kann regeneriert werden, indem die Temperatur des
Filtermaterials und der eingefangenen Partikelstoffe über
die Verbrennungstemperatur der Partikelstoffe gesteigert wird, wodurch
die gesammelten Partikelstoffe abgebrannt werden. Diese Steigerung
der Temperatur kann durch verschiedene Mittel bewirkt werden. Beispielsweise
setzen einige Systeme ein Heizungselement ein, um direkt einen oder
meh rere Teile der Partikelfalle aufzuheizen (beispielsweise das
Filtermaterial oder das äußere Gehäuse).
Andere Systeme sind konfiguriert worden, um Abgase stromaufwärts
der Partikelfalle aufzuheizen. Die aufgeheizten Gase fließen
dann durch die Partikelfalle und übertragen Wärme
auf das Filtermaterial und die eingefangenen Partikelstoffe. Solche
Systeme können einen oder mehrere Motorbetriebsparameter verändern,
wie beispielsweise das Verhältnis von Luft zu Brennstoff
in den Brennkammern, um Abgase mit einer erhöhten Temperatur
zu erzeugen. Alternativ können solche Systeme die Abgase
stromaufwärts der Partikelfalle beispielsweise mit einem
Brenner aufheizen, der in einer Abgasleitung angeordnet ist, die
zur Partikelfalle führt.
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Ein
solches System wird vom
US-Patent
4 651 524 offenbart, welches an Brighton am 24. März 1987
erteilt wurde („das '524-Patent"). Das '524-Patent offenbart
ein Abgasbehandlungssystem, welches konfiguriert ist, um die Temperatur
der Abgase mit einem Brenner zu steigern.
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Während
das System des '524-Patentes die Temperatur der Partikelfalle steigern
kann, ist die Regenerationsvorrichtung des '524-Patentes nicht so konfiguriert,
dass ein Teil der Vorrichtung aktiv nach der Regeneration der Partikelfalle
gekühlt werden kann. Als eine Folge können Komponenten
der Vorrichtung mit der Zeit aufgrund von Brennstoff verstopft werden,
der in der Vorrichtung zurück bleibt, während
die Vorrichtung nach der Regeneration auf einer erhöhten
Temperatur ist. Eine Verstopfung der Vorrichtung kann die Effektivität
der Vorrichtung verringern und die Leistung der Vorrichtung behindern.
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Die
offenbarte Düsenanordnung ist darauf gerichtet, eines oder
mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß einem
beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung
weist eine Düsenanordnung ein Gehäuse auf, welches
einen ersten Strömungsmitteldurchlass und einen zweiten Strömungsmitteldurchlass
aufweist, und eine Hülse, die in dem Gehäuse angeordnet
ist und strömungsmittelmäßig mit den
ersten und zweiten Strömungsmitteldurchlässen
verbunden ist. Die Düsenanordnung weist auch eine Welle
auf, die in der Hülse angeordnet ist und zwischen einer
geschlossenen Position und einer offenen Position bewegbar ist.
Die Düsenanordnung weist weiter mindestens eine Zumessöffnung
in selektiver Verbindung mit einer Regenerationsvorrichtung auf.
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Gemäß einem
weiteren beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Offenbarung weist eine Düsenanordnung ein Gehäuse
auf, welches einen ersten Strömungsmitteldurchlass definiert,
der strömungsmittelmäßig mit einem dritten
Strömungsmitteldurchlass verbunden ist, und einen zweiten Strömungsmitteldurchlass,
der strömungsmittelmäßig mit einem vierten
Strömungsmitteldurchlass verbunden ist. Die Düsenanordnung
weist auch eine Hülse auf, die in dem Gehäuse
angeordnet ist, und eine Welle, die in der Hülse angeordnet
ist und bewegbar zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen
Position angeordnet ist. Die Welle definiert einen Bypass- bzw. Überleitungsdurchlass,
der konfiguriert ist, um Strömungsmittel aus dem zweiten Strömungsmitteldurchlass
zum vierten Strömungsmitteldurchlass zu leiten. Die Düsenanordnung
weist weiter mindestens eine Zumessöffnung in selektiver Verbindung
mit einer Regenerationsvorrichtung auf.
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Gemäß noch
einem weiteren beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Offenbarung weist ein Verfahren zur Kühlung eines Teils
einer Düsenanordnung auf, ein Strömungsmittel
zu einer Kammer der Düsenanordnung zu leiten, wenn eine Welle
der Düsenanordnung in einer offenen Position ist. Das Verfahren
weist auch auf, einen Teil des Strömungsmittels von einem
mittleren Teil der Kammer zu einem Bypass- bzw. Überleitungsdurchlass
der Welle zu leiten, wenn die Welle in der offenen Position ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Veranschaulichung einer Düsenanordnung,
die mit einer Strömungsmittelquelle gemäß einem
beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung
verbunden ist.
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2 ist
eine schematische Veranschaulichung einer Regenerationsvorrichtung,
die mit einer Leistungsquelle gemäß einem weiteren
beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung
verbunden ist.
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3 ist
eine Frontansicht einer Hülse der in 1 veranschaulichten
Düsenanordnung gemäß einem beispielhaften
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
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Detaillierte Beschreibung
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Wie
in 1 gezeigt, weist eine Düsenanordnung 2 ein
Gehäuse 4, eine Kappe 6 und eine Hülse 8 auf,
die in einem Kanal 24 des Gehäuses 4 angeordnet
ist. Die Düsenanordnung 2 weist weiter eine Welle 10 auf,
die bewegbar in der Hülse 8 angeordnet ist. Die
Hülse 8 liegt an der Kappe 6 und einem Anschlag 30 der
Düsenanordnung 2 an. Der Anschlag 30 und
die Hülse 8 sind an der Kappe 6 mit einer
Einstellschraube 32 befestigt.
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Das
Gehäuse 4 kann beispielsweise eine Sammelleitung
oder irgendeine andere ähnliche Struktur sein, die Komponenten
einer Düsenanordnung tragen kann und dabei helfen kann,
eine Kammer 14 zu bilden, um Strömungsmittel zu
verwirbeln, welches von der Düsenanordnung 2 eingespritzt wird.
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Wie
in 1 gezeigt, können die Kappe 6, die
Hülse 8, die Welle 10, der Anschlag 30 und
die Einstellschraube 32 zumindest teilweise durch das Gehäuse 4 getragen
werden und/oder mit diesem verbunden sein. Das Gehäuse 4 kann
aus irgendwelchen Materialien gemacht sein, die in der Technik bekannt
sind, die Partikelfilterregenerationstemperaturen widerstehen können.
Solche Materialien können beispielsweise Platin, Stahl,
Aluminium und/oder irgendwelche Legierungen davon aufweisen. Zusätzlich
kann das Gehäuse 4 aus Gusseisen oder aus irgendeinem
anderen gegossenen Material gemacht sein. Wie unten bezüglich 2 besprochen,
können das Gehäuse 4 und/oder andere
Komponenten der Düsen anordnung 2 bemessen und/oder
in anderer Weise konfiguriert sein, um in einer Regenerationsvorrichtung 82 montiert
zu werden.
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Das
Gehäuse 4 kann einen ersten Strömungsmitteldurchlass 18 und
einen zweiten Strömungsmitteldurchlass 16 definieren.
Das Gehäuse 4 kann weiter einen dritten Strömungsmitteldurchlass 28 und
einen vierten Strömungsmitteldurchlass 26 definieren.
Wie genauer unten beschrieben wird, kann der dritte Strömungsmitteldurchlass 28 strömungsmittelmäßig
mit dem ersten Strömungsmitteldurchlass 18 verbunden
sein, und der vierte Strömungsmitteldurchlass 26 kann
strömungsmittelmäßig mit dem zweiten
Strömungsmitteldurchlass 16 verbunden sein, und
zwar beispielsweise über radiale Durchlässe in
der Hülse 8. Zusätzlich kann jeder der
Strömungsmitteldurchlässe 16, 18, 26, 28 strömungsmittelmäßig
mit dem Kanal 24 des Gehäuses 4 verbunden
sein. Wie in 1 gezeigt, kann ein Teil des
ersten Strömungsmitteldurchlasses 18 eine konische
Einschränkung in der Nähe einer Schnittstelle zwischen
dem ersten Strömungsmitteldurchlass 18 und einem
Teil der Hülse 8 definieren. Diese konische Einschränkung 15 kann
beispielsweise einen kleineren Durchmesser haben als ein Durchmesser des
dritten Strömungsmitteldurchlasses 28.
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Die
Kappe 6 kann mit dem Gehäuse 4 in irgendeiner
herkömmlichen Weise verbunden sein, um eine Strömungsmitteldichtung
dazwischen zu bilden. Beispielsweise kann die Kappe 6 ein
Gewinde aufweisen, und das Gehäuse 4 kann ein
entsprechendes Gewinde aufweisen, welches konfiguriert ist, um eine
Strömungsmitteldichtung zu bilden, wenn unter Druck gesetztes
Strömungsmittel in dem Gehäuse 4 und/oder
der Kappe 6 enthalten ist. Die Strömungsmitteldichtung
kann fähig sein, Strömungsmitteldrücken über
beispielsweise 250 psi während des Betriebs der Düsenanordnung 2 zu
widerstehen. Die Kappe 6 kann beispielsweise aus irgendeinem
der oben bezüglich des Gehäuses 4 besprochenen
Materialien gemacht sein. Wie in 1 gezeigt,
kann die Kappe 6 mindestens eine Zumessöffnung 12 definieren.
Die Zumessöffnung 12 kann bemessen, abgewinkelt
und/oder in anderer Weise konfiguriert sein, um einen konischen
bzw. kegelförmigen Fluss von Strömungsmittel beispielsweise
in die Regenerationsvorrichtung 82 einzuspritzen (2).
Die Kappe 6 kann dabei helfen, die Kammer 14 in
der Nähe der Welle 10 zu definieren, und die Kammer 14 kann auch
bemessen, geformt und/oder in anderer Weise konfiguriert sein, um
beim Einspritzen des konischen Strömungsmittelflusses zu
helfen.
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Die
Hülse 8 kann im Wesentlichen zylindrisch und im
Wesentlichen hohl sein. Die Hülse 8 kann benachbart
zu einer Innenfläche der Kappe 6 angeordnet sein
und kann aus irgendeinem der Metalle gemacht sein, die oben bezüglich
des Gehäuses 4 besprochen wurden. Die Hülse 8 kann
eine Vielzahl von Schlitzen 36 in Strömungsmittelverbindung
mit dem Kanal 24 des Gehäuses 4 und der
Kammer 14 definieren. Die Vielzahl von Schlitzen 36 kann
in irgendeinem wünschenswerten Winkel angeordnet sein,
um dabei zu helfen, Strömungsmittel in die Kammer 14 in
einem Winkel relativ zu einer Längsachse 9 der
Welle 10 und relativ zu einer radialen Achse 99 der
Hülse 8 einzuspritzen. Wie in 3 gezeigt,
kann die Hülse 8 eine vordere Stirnseite 88 und einen
Kanal 86 definieren. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel
kann die vordere Stirnseite 88 entlang der radialen Achse 99 liegen
und kann im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse 9 sein (1).
Die Schlitze 36 können im Wesentlichen gerade
oder alternativ gekrümmt sein. Obwohl die in 3 gezeigte
Hülse 8 sechs Schlitze 36 aufweist (wobei
nur einer davon in 1 veranschaulicht ist), sei
bemerkt, dass in anderen beispielhaften Ausführungsbeispielen
die Hülse 8 mehr oder weniger als sechs Schlitze 36 aufweisen
kann. Der Kanal 86 kann bemessen und/oder in anderer Weise
konfiguriert sein, um die Welle 10 bewegbar darin angeordnet
aufzunehmen.
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Wiederum
mit Bezug auf 1 kann die Hülse 8 auch
einen ersten radialen Durchlass 21 und einen zweiten radialen
Durchlass 20 definieren. Der erste radiale Durchlass 21 kann
dabei helfen, strömungsmittelmäßig den
ersten Strömungsmitteldurchlass 18 mit dem dritten
Strömungsmitteldurchlass 28 zu verbinden, und
der zweite radiale Durchlass 20 kann dabei helfen, strömungsmittelmäßig den
zweiten Strömungsmitteldurchlass 16 mit dem vierten
Strömungsmitteldurchlass 26 zu verbinden. Zusätzlich
kann der erste radiale Durchlass 21 konfiguriert sein,
um Strömungsmittel zwischen einem Ende 13 der
Welle 10 und beispielsweise dem Anschlag 30 zu
liefern. Der erste radiale Durchlass 21 kann einen größeren
Durchmesser und/oder eine größere Querschnittsfläche
haben als der Durchmes ser der konischen Einschränkung 15 des
ersten Strömungsmitteldurchlasses 18. Wie genauer
unten beschrieben wird, kann die Lieferung von Strömungsmittel
beispielsweise zwischen dem Ende 13 der Welle 10 und
dem Anschlag 30 dabei helfen, die Welle 10 in
der Hülse 8 zu bewegen.
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Es
sei bemerkt, dass die ersten und zweiten radialen Durchlässe 21, 20 Kanäle
sein können, die gefräst, gebohrt, geschnitten
und/oder in anderer Weise in der Hülse 8 ausgeformt
sind. Die ersten und zweiten radialen Durchlässe 21, 20 können
sich im Wesentlichen um einen Umfang oder Umkreis der Hülse 8 erstrecken
und können in einer Wand der Hülse 8 oder
an einer Oberfläche der Hülse 8 ausgeformt
sein. Obwohl diese in der Querschnittsansicht der 1 als
Nuten gezeigt sind, sei somit bemerkt, dass Strömungsmittel
vollständig in den ersten und zweiten radialen Durchlässen 21, 20 enthalten
sein kann, wenn es beispielsweise vom ersten Strömungsmitteldurchlass 18 zum
dritten Strömungsmitteldurchlass 28 bzw. vom zweiten
Strömungsmitteldurchlass 16 zum vierten Strömungsmitteldurchlass 26 läuft.
Wie in 1 gezeigt, kann die Hülse 8 einen Teil 29 mit
größerem Innendurchmesser in der Nähe des
Endes 13 aufweisen, und der erste radiale Durchlass 21 kann
konfiguriert sein, um Strömungsmittel zu dem Teil 29 mit
größerem Innendurchmesser zu leiten. In einem
beispielhaften (nicht gezeigten) Ausführungsbeispiel kann
die Welle 10 alternativ einen Teil mit kleinerem Durchmesser
in der Nähe des Endes 13 aufweisen, und der erste
radiale Durchlass 21 kann konfiguriert sein, um Strömungsmittel
zu dem Teil mit kleinerem Durchmesser zu leiten.
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Die
Welle 10 kann im Wesentlichen zylindrisch sein und kann
eine im Wesentlichen kegelförmige Spitze 11 haben.
Ein Teil der Welle 10 kann sich zur Spitze 11 hin
verjüngen. Die Welle 10 kann bewegbar in der Hülse 8 angeordnet
sein und kann eine erste oder offene Position haben (wie in 1 gezeigt),
in der die Welle 10 am Anschlag 30 anliegt und die
Kammer 14 auf ihrem maximalen Volumen ist. Die Welle 10 kann
auch eine (nicht gezeigte) zweite oder geschlossene Position haben,
in der die Spitze 11 mit der Zumessöffnung 12 der
Kappe 6 in Eingriff kommen kann, und die Welle 10 kann
strömungsmittelmäßig im Wesentlichen
die Zumessöffnung 12 abdichten. Die Welle 10 kann
konfiguriert sein, um sich in der Richtung des Pfeils 76 zu
bewegen, wenn sie von der offenen Position zur geschlossenen Position geht.
Im Gegensatz dazu kann die Welle 10 konfiguriert sein,
um sich in der Richtung des Pfeils 74 zu bewegen, wenn
sie von der geschlossenen Position zur offenen Position geht, wie
in 1 gezeigt. Wie genauer unten beschrieben wird,
kann eine solche Bewegung aus Unterschieden des Strömungsmitteldruckes
in gewissen Teilen von beispielsweise der Hülse 8 und/oder
dem Gehäuse 4 herrühren. Die Hülse 8 kann
einen Teil 25 mit verringertem Innendurchmesser in der
Nähe der Spitze 11 definieren, und die Spitze 11 kann
durch den Teil 25 mit verringertem Durchmesser laufen,
wenn die Welle 10 von der offenen Position zur geschlossenen
Position geht.
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Die
Welle 10 kann im Wesentlichen hohl sein und kann einen
Bypass- bzw. Überleitungsdurchlass 22 darin definieren.
Die Welle 10 kann auch eine Stöpsel 31 aufweisen,
der in der Nähe des Endes 13 angeordnet ist und
im Wesentlichen eine Strömungsmitteldichtung am Ende 13 bildet.
Die Welle 10 kann weiter mindestens ein Einspeisungsloch 17 in
der Nähe der Spitze 11 definieren. Die Einspeisungslöcher 17 können
dabei helfen, strömungsmittelmäßig beispielsweise
die Kammer 14 mit dem Überleitungsdurchlass 22 zu
verbinden. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel
kann die Welle 10 vier Einspeisungslöcher 17 definieren,
die konfiguriert sind, um Strömungsmittel von einem mittigen
Teil der Kammer 14 zum Überleitungsdurchlass 22 zu
leiten. Somit können die Einspeisungslöcher 17 dabei
helfen, strömungsmittelmäßig den Überleitungsdurchlass 22 mit der
Kammer 14 zu verbinden.
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Es
sei bemerkt, dass der Überleitungsdurchlass 22 strömungsmittelmäßig
beispielsweise mit der Vielzahl von Schlitzen 36, der Kammer 14 und
dem zweiten radialen Durchlass 20 sowohl in der offenen als
auch in der geschlossenen Position verbunden sein kann. Die Einspeisungslöcher 17 können
um die Spitze 11 herum angeordnet sein, so dass, wenn die Welle 11 in
der geschlossenen Position ist, Strömungsmittel welches
in die Kammer 14 durch die Schlitze 36 eintritt,
durch die Einspeisungslöcher 17 und in den Überleitungsdurchlass 22 laufen
kann. Die Welle 10 kann auch eine Vielzahl von Ableitungskanälen 23 definieren,
die konfiguriert sind, um strömungsmittelmäßig
den Überleitungsdurchlass 22 mit dem zweiten radialen
Durchlass 20 zu verbinden. Es sei bemerkt, dass der Überleitungsdurchlass 22,
die Einspeisungslöcher 17 und die Ableitungskanäle 23 gebohrt,
gefräst, geschnitten und/oder in anderer Weise in der Welle 10 ausgeformt
sein können. Der Überleitungsdurchlass 22,
die Einspeisungslöcher 17 und die Ableitungskanäle 23 können
in irgendeinem Winkel relativ zur Längsachse 9 angeordnet
sein und können irgendeinen Durchmesser haben, der nützlich
beim Leiten eines Strömungsmittelflusses ist. In einem
beispielhaften Ausführungsbeispiel kann die Welle 10 auch
einen Ring 27 oder eine andere herkömmliche Einkerbung
an einer Außenfläche der Welle 10 definieren.
Der Ring bzw. Ringraum 27 kann in Strömungsmittelverbindung
mit den Ableitungskanälen 23 sein und kann dabei
helfen, strömungsmittelmäßig die Ableitungskanäle 23 mit
dem ersten radialen Durchlass 20 zu verbinden.
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Der
Anschlag 30 kann beispielsweise irgendein herkömmlicher
mechanischer Abstandshalter sein. Der Anschlag 30 kann
aus irgendeinem der Metalle gemacht sein, die oben bezüglich
des Gehäuses 4 besprochen wurden, und er kann
bemessen, geformt und/oder konfiguriert sein, um die Hülse 8 eng,
beispielsweise an der Kappe 6, zu sichern, wenn die Einstellschraube 32 vollständig
festgezogen ist. Der Anschlag 30 kann im Wesentlichen inkompressibel
sein und kann mindestens eine Nut aufweisen, die konfiguriert ist,
um eine Dichtung 34 aufzunehmen. Die Dichtung 34 kann
konfiguriert sein, um eine Strömungsmitteldichtung beispielsweise
zwischen dem Gehäuse 4 und dem Anschlag 30 zu
bilden. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann
die Dichtung 34 ein O-Ring sein, der aus irgendeinem herkömmlichen
Plastik, Gummi, Polymer oder Verbundstoff gemacht ist. Solche Materialien
können beispielsweise Viton® oder
andere Fluorelastomere aufweisen. Die Dichtung 34 kann
konfiguriert sein, um eine solche Strömungsmitteldichtung zu
bilden, wenn die Strömungsmitteldrücke in dem Gehäuse 4 beispielsweise
250 psi überschreiten und die Einstellschraube 32 kann
dabei helfen, eine solche Dichtung zu formen.
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Mindestens
ein Ventil kann strömungsmittelmäßig
mit dem Gehäuse 4 verbunden sein, um bei der Steuerung
des Strömungsmittelflusses darin zu helfen. Beispielsweise
kann ein Ventil 40 strömungsmittelmäßig
mit dem dritten Strömungs mitteldurchlass 28 verbunden
sein, und ein Ventil 38 kann strömungsmittelmäßig
mit dem vierten Strömungsmitteldurchlass 26 verbunden
sein. Die Ventile 40, 38 können irgendeine
Bauart eines steuerbaren Zwei-Wege-Ventils sein, dass in der Technik
bekannt ist. Die Ventile 40, 38 können
eine (nicht gezeigte) Betätigungsvorrichtung aufweisen,
wie beispielsweise einen Elektromagneten, um dabei zu helfen, variabel einen
Strömungsmittelfluss dorthindurch zu regulieren. Ein Teil
von jedem Ventil 40, 38, wie beispielsweise die
Betätigungsvorrichtung, kann elektrisch mit einer Steuervorrichtung 56 verbunden
sein. Die gestrichelten Steuerleitungen 58, 60,
die in 1 gezeigt sind, veranschaulichen eine solche Verbindung. Die
Steuervorrichtung 56 kann beispielsweise eine elektronische
Steuereinheit, ein Computer und/oder irgendein anderer herkömmlicher
Datenprozessor sein, der konfiguriert ist, um die Position und/oder
die Funktion der Ventile 40, 38 zu steuern. Die
Ventile 40, 38 können auch strömungsmittelmäßig
mit einem Tank 42 durch Strömungsmittelleitungen 46 bzw. 48 verbunden
sein. Die Strömungsmittelleitungen 46, 48 können
irgendwelche herkömmlichen Rohre, Schläuche und/oder
andere ähnliche Strukturen sein, die konfiguriert sind,
um unter Druck gesetztes Strömungsmittel zu übertragen,
und die Strömungsmittelleitungen 46, 48 können
konfiguriert sein, um Strömungsmittel zu und von den Ventilen 40, 38 mit
Drücken von mehr als 250 psi zu übertragen.
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Der
Tank 42 kann beispielsweise ein Niederdrucksumpf, ein Brennstofftank,
ein sekundärer Brennstoffkreislauf einer Arbeitsmaschine
und/oder irgendeine andere in der Technik bekannte Niederdruckströmungsmittelquelle
sein. Der Tank 42 kann beispielsweise Dieselbrennstoff
enthalten und kann mit einer herkömmlichen Druckquelle
verbunden sein, wie beispielsweise mit einer Pumpe 44.
Die Pumpe 44 kann konfiguriert sein, um Strömungsmittel
vom Tank 42 abzuziehen und das abgezogene Strömungsmittel
zu den Kanälen 52, 54 innerhalb eines
Teils der Regenerationsvorrichtung 82 (2) über
eine Strömungsmittelleitung 50 zu leiten. Die Strömungsmittelleitung 50 kann
mechanisch ähnlich den oben besprochenen Strömungsmittelleitungen 46, 48 sein.
Die Strömungsmittelkanäle 52, 54 können
Durchlässe sein, die in dem Teil der Regenerationsvorrichtung 82 ausgeformt
sind, und die Kanäle 52, 54 können
unter Druck gesetztes Strömungsmittel zum zweiten Strömungsmitteldurchlass 16 bzw. zum
ersten Strömungsmitteldurchlass 18 leiten. Die Pumpe 44 kann
dabei helfen, das Strömungsmittel zu den Kanälen 52, 54 mit
irgendeinem wünschenswerten Strömungsmitteldruck
zu leiten. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel
kann die Pumpe 44 Strömungsmittel zu den Kanälen 52, 54 mit
ungefähr 250 psi oder mehr leiten.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Wie
in 2 gezeigt, kann die offenbarte Düsenanordnung 2 in
einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Offenbarung in Verbindung mit einer Regenerationsvorrichtung 82 verwendet
werden, um dabei zu helfen, in einem Filter 84 gesammelte
Verunreinigungen zu spülen bzw. abzubauen. Solche Filter 84 können
irgendeine in der Technik bekannte Bauart von Filtern aufweisen,
wie beispielsweise Partikelfilter, die beim Extrahieren von Verunreinigungen
aus einem Flüssigkeits- bzw. Strömungsmittelfluss
nützlich sind. Es sei bemerkt, dass solche Filter beispielsweise
verwendet werden können, um Partikel aus einem Abgasfluss
zu entfernen. Solche Filter 84, und somit die Regenerationsvorrichtung 82,
können strömungsmittelmäßig
mit einem Abgasauslass von beispielsweise einem Dieselmotor oder
einer anderen in der Technik bekannten Leistungsquelle 78 verbunden
sein. Die Leistungsquelle 78 kann in irgendeiner herkömmlichen
Anwendung verwendet werden, wo eine Lieferung von Leistung erforderlich
ist. Beispielsweise kann die Leistungsquelle 78 verwendet
werden, um Leistung zu einer stationären Einrichtung zu
liefern, wie beispielsweise zu Leistungsgeneratoren, oder zu anderen
mobilen Maschinen, wie beispielsweise Fahrzeugen. Solche Fahrzeuge
können beispielsweise Automobile, Arbeitsmaschinen (einschließlich
jenen für die Anwendung im Gelände genauso wie
auf der Straße) und andere schwere Maschinen aufweisen.
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Ein
Abgasfluss, der von der Leistungsquelle 78 erzeugt wird,
kann von der Leistungsquelle 78 durch eine Energieabfuhranordnung 80 und
in die Regenerationsvorrichtung 42 laufen. Es sei bemerkt, dass
in einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Offenbarung die Energieabfuhranordnung 80 weggelassen werden
kann. Unter normalen Betriebsbedingungen der Leistungsquelle kann die
Regenerationsvorrichtung 82 deaktiviert werden, und der
Abgasfluss kann durch die Regenerationsvorrichtung 82 zum
Filter 84 laufen, wo ein Teil der Verunreinigungen, die
vom Abgas mitgeführt werden, eingefangen wird. Mit der
Zeit kann jedoch der Filter 84 mit gesammelten Verunreinigungen
gesättigt werden, wodurch seine Fähigkeit zur
Entfernung von Verunreinigungen aus dem Abgasfluss behindert wird.
Eine oder mehrere (nicht gezeigte) Diagnosevorrichtungen können
verwendet werden, um beispielsweise eine Filtertemperatur, eine
Flussrate, eine Flusstemperatur, einen gefilterten Flusspartikelgehalt
und/oder andere Charakteristiken des Filters 84 und/oder
des Flusses zu detektieren, und kann diese Informationen an die
Steuervorrichtung 56 senden. Die Steuervorrichtung 56 kann
die Informationen verwenden, um zu bestimmen, wann der Filter 84 eine
Regeneration erfordert. Diese Bestimmung kann auch auf einem vorbestimmten
Regenerationszeitplan, der von der Leistungssquelle 78 verbrannten
Brennstoffmenge und/oder Modellen, Algorithmen oder Kennfeldern
basieren, die in einem Speicher der Steuervorrichtung 56 gespeichert
sind.
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Die
Regenerationsvorrichtung 82 kann konfiguriert sein, um
die Temperatur eines Abgasflusses zu erhöhen, der durch
sie hindurch läuft, wodurch ein Ausgangsfluss erzeugt wird,
der den Filter 84 regenerieren kann. Die Temperatur des
Flusses kann durch Einspritzen eines entzündbaren Strömungsmittels,
wie beispielsweise Dieselbrennstoff, in die Regenerationsvorrichtung 82 unter
Verwendung der Düsenanordnung 2 und durch Zünden
des Strömungsmittels in der Regenerationsvorrichtung 82 erhöht
werden. Der Betrieb der Düsenanordnung 2 wird nun
im Detail mit Bezug auf 1 beschrieben, außer
wenn etwas anderes erwähnt wird. Es sei bemerkt, dass die
gestrichelten Linien, die von der Steuervorrichtung 56 in 1 herkommen,
elektrische Leitungen oder andere Steuerleitungen darstellen. Die
durchgezogenen Linien, die jede der Komponenten der 1 verbinden,
stellen Strömungsmittelflussleitungen dar. Es sei weiter
bemerkt, dass das hier offenbarte Strömungsmittel, beispielsweise
Benzin, Dieselbrennstoff, Reformat oder irgendein anderes herkömmliches
brennbares Strömungsmittel sein kann. Das Strömungsmittel
kann in der Regenerationsvorrichtung 82 gezündet
werden, um die Temperatur des Abgasflusses zu erhöhen,
und kann verwendet werden, um Teile der Düsenanordnung 2 zu kühlen,
nachdem ein Regenerationsvorgang vollendet ist.
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Um
die Einspritzung von Strömungsmittel unter Verwendung der
Düsenanordnung 2 zu beginnen, kann die Steuervorrichtung 56 im
Wesentlichen das Ventil 40 öffnen. Die ersten
und zweiten Strömungsmitteldurchlässe 18, 16 können
mit Strömungsmittel von der Pumpe 44 mit einem
Druck von beispielsweise ungefähr 250 psi beliefert werden.
Es sei bemerkt, dass das Strömungsmittel durch die Strömungsmittelleitung 50 zu
den Kanälen 52, 54 im Wesentlichen mit
dem gleichen Druck geleitet werden kann. Wenn das Ventil 40 im
Wesentlichen offen ist, wird somit der dritte Strömungsmitteldurchlass 28 auf
einem niedrigen Druck im Vergleich zum ersten Strömungsmitteldurchlass 18 sein.
Eine solche Druckdifferenz wird das Strömungsmittel leiten,
so dass dieses vom ersten Strömungsmitteldurchlass 18 in
der Richtung des Pfeils 70 fließen wird. Das Strömungsmittel
kann durch den ersten radialen Durchlass 21 und in den
dritten Strömungsmitteldurchlass 28 fließen.
Sobald das Strömungsmittel den dritten Strömungsmitteldurchlass 28 erreicht, kann
das Strömungsmittel in Richtung des Pfeils 68 fließen.
Das Strömungsmittel kann durch das offene Ventil 40 in
den Tank 42 über die Strömungsmittelleitung 46 fließen.
Das Strömungsmittel, welches in dem Tank 42 enthalten
ist, kann beispielsweise ungefähr auf atmosphärischem
Druck sein. Wie oben beschrieben, kann ein Teil des ersten Strömungsmitteldurchlasses 18 eine
konische Einschränkung bzw. Drossel 15 in der
Nähe des ersten radialen Durchlasses 21 haben.
Diese konische Einschränkung 15 kann einen kleineren
Durchmesser haben als beispielsweise ein Durchmesser des dritten
Strömungsmitteldurchlasses 28 und ein Durchmesser
des ersten radialen Durchlasses 21. Wenn das Ventil 40 im Wesentlichen
offen ist, kann somit Strömungsmittel, das in dem ersten
Strömungsmitteldurchlass 18 beispielsweise mit
ungefähr 250 psi eintritt, nicht irgendeinen Rückdruck
zwischen dem ersten radialen Durchlass 21 und dem dritten
radialen Durchlass 28 aufbauen. Insbesondere kann das Strömungsmittel nicht
auf das Ende 13 der Welle 10 wirken, wenn das Ventil 40 im
Wesentlichen offen ist. Um die Einspritzung von Strömungsmittel
zu beginnen, kann darüber hinaus die Steuervorrichtung 56 auch
das Ventil 38 steuern, um eine vergleichsweise geschlossene Position
zu erreichen, in der das Strömungsmittel durch das Gehäuse 4 mit
einem erwünschten Druck gedrückt werden kann.
Der erwünschte Druck kann einer erwünschten Menge
an Strömungsmittel entsprechen, die in die Regenerationsvorrichtung 82 eingespritzt
werden soll. Die von der Düsenanordnung 2 eingespritzte
Strömungsmittelmenge kann dabei helfen, beispielsweise
die Verbrennungsreaktion innerhalb der Regenerationsvorrichtung 82 und die
dadurch erzeugte Wärmemenge zu steuern. Wenn das Ventil 38 gesteuert
wird, um sich einer im Wesentlichen vollständig geschlossenen
Position zu nähern, während das Ventil 40 im
Wesentlichen offen ist, kann die von der Düsenanordnung 2 eingespritzte Brennstoffmenge
zunehmen. Wenn das Ventil 38 in der vergleichsweise geschlossenen
Position ist und das Ventil 40 im Wesentlichen offen ist,
kann zusätzlich Strömungsmittel in den zweiten
Strömungsmitteldurchlass 16 ungefähr
mit beispielsweise 250 psi eintreten und kann in Richtung des Pfeils 62 zum
Kanal 24 des Gehäuses 4 laufen. Das Strömungsmittel kann
durch die Schlitze 36 laufen und in die Kammer 14 eintreten.
Das Strömungsmittel kann in die Kammer 14 in einem
Winkel basierend auf der Konfiguration der Schlitze 36 eintreten
und kann aus der Zumessöffnung 12 in kegelförmiger
Richtung austreten, wie durch die Pfeile 72 veranschaulicht.
Somit kann sich ein Strömungsmitteldruck in der Kammer 14 in der
Nähe der Spitze 11 der Welle 10 aufbauen.
Dieser aufgebaute Strömungsmitteldruck kann beispielsweise
geringer als ungefähr 250 psi und beispielsweise größer
als der Druck des Strömungsmittels sein, der durch den
ersten radialen Durchlass 21 fließt. Insbesondere
kann der in der Kammer 14 aufgebaute Druck größer
sein als der Druck des Strömungsmittels, welches in dem
ersten radialen Durchlass 21 angeordnet ist. Als eine Folge
kann die Welle 10 in Richtung des Pfeils 74 in
die offene, in 1 gezeigte Position vorgespannt
sein, und die Lieferung von Strömungsmittel zwischen dem
Ende 13 der Welle 10 und dem Anschlag 30 kann
im Wesentlichen abgeschnitten sein. Obwohl das Strömungsmittel
zum zweiten Strömungsmitteldurchlass 16 mit ungefähr
250 psi geliefert werden kann, kann der Druck des Strömungsmittels
in der Kammer 14 geringer sein als ungefähr 250
psi, und zwar aufgrund der Druckverluste stromaufwärts
der Kammer 14 und aufgrund der steuerbaren Druckeinstellung
des Ventils 38.
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In
der offenen Position kann die zur Regenerationsvorrichtung 82 (2)
gelieferte Strömungsmittelmenge durch das Ventil 38 gesteuert
werden, und die Düsenanordnung 2 kann in der offenen
Position bleiben, solange der Strömungsmitteldruck an der
Spitze 11 der Welle 10 größer
ist als der Strömungsmitteldruck, der auf das Ende 13 der
Welle 10 und/oder den Anschlag 30 wirkt. Während
der Einspritzung kann auch ein Teil des unter Druck gesetzten Strömungsmittels
in der Kammer 14 in wünschenswerter Weise von
einem mittleren Teil der Kammer 14 durch die Einspeisungslöcher 17 entfernt werden.
Die Einspeisungslöcher 17 können dabei helfen,
das entfernte Strömungsmittel zum Überleitungsdurchlass 22 der
Welle 10 zu liefern, und dieser Fluss von entferntem Strömungsmittel
kann beispielsweise dabei helfen, Komponenten der Düsenanordnung 2 während
der Einspritzung zu kühlen. Es sei bemerkt, dass das durch
die Schlitze 36 gelieferte Strömungsmittel dazu
veranlasst werden kann, in der Kammer 14 zu verwirbeln,
und zwar beispielsweise aufgrund des Druckes und/oder des Winkels
relativ zur Längsachse 9 und der Radialachse 99,
in dem das Strömungsmittel geliefert wird. Die Strömungsmittelverwirbelung
in der Nähe des mittleren Teils der Kammer 14 kann
weniger kinetische Energie haben als die Strömungsmittelverwirbelung
in der Nähe einer Außenfläche der Kammer 14 und
kann ungefähr stationär relativ zum mittleren
Teil der Kammer 14 bleiben. Somit kann die Entfernung von
Strömungsmittel vom mittleren Teil der Kammer 14 durch
die Einspeisungslöcher 17 die Störung
bzw. den Abbruch des verwirbelten Strömungsmittels in der
Kammer 14 minimieren.
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Zusätzlich
sei bemerkt, dass während verlängerten Regenerationsvorgängen
die Komponenten der Düsenanordnung 2 beispielsweise
ungefähr 600°C oder mehr erreichen können.
Wenn Strömungsmittel in den Komponenten der Düsenanordnung 2,
wie beispielsweise in den Schlitzen 36 der Hülse 8,
bei so hohen Temperaturen für verlängerte Zeitperioden
zurückbleiben sollten, kann somit das Strömungsmittel
beginnen zu verkoken und/oder die Komponenten zu korrodieren. Eine
solche Verkokung und/oder Korrodierung kann die Durchlässe von
solchen Komponenten verstopfen und kann beispielsweise die Effektivität
und/oder die Nutzungslebensdauer der Düsenanordnung 2 verringern.
Eine Kühlung der Komponenten der Düsenanordnung 2, wie
oben beschrieben, kann die Verkokung und/oder Korrosion nach wiederholten
Regenerationsprozessen verringern und kann die Lebensdauer der Düsenanordnung 2 verlängern.
Darüber hinaus kann das kontinuierliche zyklische Leiten
von Strömungsmittel durch die Komponenten der Düsenanordnung 2, während
die Welle 10 sowohl in der offenen als auch in der geschlossenen
Position ist, auch die Verkokung und/oder Korrosion verringern und
dabei helfen, die Lebensdauer der Düsenanordnung 2 zu
verlängern.
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Um
die Einspritzung von Strömungsmittel in die Regenerationsvorrichtung 82 zu
stoppen, kann die Steuervorrichtung 56 das Ventil 40 schließen
und das Ventil 38 kann in der vergleichsweise geschlossenen
Position bleiben, die oben besprochen wurde. Wenn das Ventil 40 geschlossen
ist, wird Strömungsmittel zum ersten Strömungsmitteldurchlass 18 durch die
Pumpe 44 beispielsweise mit ungefähr 250 psi geleitet.
Das Strömungsmittel wird sich beispielsweise in dem ersten
Strömungsmitteldurchlass 18 und dem ersten radialen
Durchlass 21 sammeln, und Strömungsmittel, welches
im ersten radialen Durchlass 21 der Hülse 8 angeordnet
ist, wird auf das Ende 13 der Welle 10 wirken.
Dieses Strömungsmittel kann einen Strömungsmitteldruck
haben, der im Wesentlichen gleich dem Druck des Strömungsmittels
ist, welches in den ersten Strömungsmitteldurchlass 18 eintritt
(d. h. ungefähr 250 psi). Somit kann der Druck des Strömungsmittels,
der auf das Ende 13 der Welle 10 wirkt, größer
als der Druck des Strömungsmittels sein, der auf die Spitze 11 der
Welle 10 wirkt, wenn das Ventil 40 geschlossen
ist und das Ventil 38 in der vergleichsweise geschlossenen
Position ist. Diese Druckdifferenz wird die Welle 10 dazu
zwingen, sich in Richtung des Pfeils 76 zu bewegen, bis
die Spitze 11 der Welle 10 mit der Zumessöffnung 12 der
Kappe 6 in Eingriff kommt. Die Welle 10 kann eine
Strömungsmitteldichtung mit der Kappe 6 bilden,
so dass im Wesentlichen kein Strömungsmittel aus der Zumessöffnung 12 austreten
kann. Wie oben besprochen, kann die Düsenanordnung 2 in
der geschlossenen Position sein, wenn die Welle 10 vollständig
in Richtung des Pfeils 76 vorgespannt ist. Es sei bemerkt,
dass wenn die Düsenanordnung 2 in der geschlossenen
Position ist, das Ventil 38 geringfügig geöffnet
werden kann, um den Druck des Strömungsmittels zu verringern,
der auf die Spitze 11 der Welle 10 wirkt.
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Während
die Düsenanordnung 2 in der geschlossenen Position
ist, kann zusätzlich das Strömungsmittel, welches
in den zweiten Strömungsmitteldurchlass 16 eintritt,
durch den Kanal 24 in Richtung des Pfeils 76 laufen.
Das Strömungsmittel kann durch die Schlitze 36 zur
abgedichteten Kammer 14 laufen. Das Strömungsmittel
kann dann zum Überleitungsdurchlass 22 durch die
Einspeisungslö cher 17 geleitet werden und kann
durch die Ableitungskanäle 23 in Richtung des
Pfeils 64 laufen. Das Strömungsmittel kann dann
in den zweiten radialen Durchlass 20 eintreten und aus
dem Gehäuse 4 durch den vierten Strömungsmitteldurchlass 26 in
Richtung des Pfeils 66 austreten. Das Strömungsmittel
kann durch das Ventil 38 laufen und dann zum Niederdrucktank 42 durch
die Strömungsmittelleitung 48 geleitet werden.
Wie oben bezüglich der offenen Position der 1 beschrieben,
kann das Strömungsmittel, welches durch die Schlitze 36 in
den Überleitungsdurchlass 22 und um den zweiten
radialen Durchlass 21 herum läuft, zumindest einen
Teil der Düsenanordnung 2 kühlen, wenn
die Düsenanordnung 2 in der geschlossenen Position
ist. Eine solche Kühlung kann das Niveau der Verkokung
und/oder von anderen mit Korrosion in Beziehung stehenden Reaktionen
in der Düsenanordnung 2 verringern. Zusätzlich kann
das Zirkulieren von Strömungsmittel durch die Komponenten
der Düsenanordnung 2, während die Regenerationsvorrichtung 82 (2)
nicht in Gebrauch ist, den Aufbau von Schmutz oder anderen Verunreinigungen
in den Komponenten verringern.
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Es
wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen
und Variationen an der offenbarten Düsenanordnung 2 vorgenommen
werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
Obwohl die Düsenanordnung 2 hier beispielsweise
derart offenbart ist, dass sie mehrere getrennte Komponenten hat,
sei bemerkt, dass eine oder mehrere der getrennten Komponenten,
wie beispielsweise die Hülse 8 und der Anschlag 30, kombiniert
sein können, um eine einzige Komponente zu bilden. Andere
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden dem Fachmann
aus einer Betrachtung der Beschreibung und der praktischen Ausführung der
hier offenbarten Erfindung offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt,
dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen
werden, wobei ein wahrer Umfang der Erfindung durch die folgenden
Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungen
gezeigt wird.
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Zusammenfassung
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DÜSENANORDNUNG
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Eine
Düsenanordnung weist ein Gehäuse auf, welches
einen ersten Strömungsmitteldurchlass und einen zweiten
Strömungsmitteldurchlass definiert, und eine Hülse,
die in dem Gehäuse angeordnet ist und strömungsmittelmäßig
mit den ersten und zweiten Strömungsmitteldurchlässen
verbunden ist. Die Düsenanordnung weist auch eine Welle
auf, die in der Hülse angeordnet ist und zwischen einer
geschlossenen Position und einer offenen Position bewegbar ist.
Die Düsenanordnung weist weiter mindestens eine Zumessöffnung
in selektiver Verbindung mit einer Regenerationsvorrichtung auf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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