DE1501855A1

DE1501855A1 - Brenner fuer fluessigen Brennstoff

Info

Publication number: DE1501855A1
Application number: DE19651501855
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Hartmann
Original assignee: Alfred Kaercher SE and Co KG
Current assignee: Alfred Kaercher SE and Co KG
Priority date: 1965-05-14
Filing date: 1965-05-14
Publication date: 1969-06-26
Also published as: GB1072669A; BE680017A; AT263185B; NL6606435A; CH438549A

Description

DlRL.-INQ. M. SC. DlPU.-PHYS- DPt.

HÖGER - STELLRECHT - GRIESSBACH 15018 55

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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Dr. Expl.

Firma Alfred Kärcher Winnenden/ffürtt.

Brenner für flüssigen Brennstoff

Die Erfindung betrifft einen Brenner für flüssigen Brennstoff» der als Zerstäubungsicegel in eine kegelige Vorbrennkammer im wesentlichen gleiohen Kegelwinkela eingeblasen wird, die an ihrer Kegelspitze eine Einlaßöffnung für den Zustrom eines Teiles der Verbrennungsluft aufweist und an deren Kegelbasis eine von den Zeretäubungsstrahlen im wesentlichen senkrecht beaufschlagte, kegelige, einen

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zentrischen Durchlaß aufweisende Prallfläche angeordnet ist. Diese heiße keramische Prallfläche hat die Aufgabe, durch die Rückstrahlung ölpartikelchen auf dem Weg zu dieser Prallfläche zu erhitzen, und gegebenenfalls zu verdampfen sowie durch den Rückprall der darauf nicht verdampften aufgesprühten ölteilchen diese noch weiter aufzuteilen und zum Verdampfen zu bringen, so daß auch Mittel- und Schweröle möglichst vollständig zur Verbrennung gelangen.

Die vorliegende Erfindung geht von der Aufgabe aus, den VerbrennungsVorgang in der Vorbrennkammer noch weiter zu verbessern und löst diese Aufgabe durch eine zweckmäßigere Gestaltung der Zufuhr der Verbrennungsluft.

Im einzelnen ist hierfür gemäß der Erfindung vor allem vorgesehen, daß im Bereich des Basisrandes des kegeligen Mantels der Vorbrennkammer ein gleichmäßig auf deren Umfang verteilter für den allseitigen radialen Zustrom zusätzlicher Verbrennungsluft aus dem die Vorbrennkammer umgebenden Brennergehäuse längs der Prallfläche zur Kegelachse hin vorgesehen ist.

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Bei dieser Gestaltung des Brenners tritt gegebenenfalls bereits stark erwärmte Frischluft ohne Abgasbeimischung mit hoher Geschwindigkeit fast senkrecht auf die Strahlen des Brennstoffkegeis bzw. auf den durch den Aufprall verdampften Brennstoff. Dabei ergibt sich eine besonders gute Durohmisohung des zerstäubten bzw. verdampften Brennstoffs mit Verbrennungsluft. Der mit zusätzlicher Frischluft gemischte Ölnebel bzw. öldampf wird nach der Mitte der Vorbrennkammer-Austrittsöffnung gelenkt und dabei eine zusätzliche Durchmischung der beiden Medien herbeigeführt.

Wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen ist, daß die Prallfläche an einem Körper aus Stahl, insbesondere an einem hochhitzebeständigen Stahlblech vorgesehen ist, so wird diese durch die Flammenstrahlung in der Brennkammer so stark erwärmt, daß die auftreffenden öltropfen mit Sicherheit schnell verdampfen, selbst wenn eine hohe Verdampfungstemperatur nötig ist.

Der oben erwähnte Durchlaß für den allseitigen radialen Zustrom von zusätzlicher Verbrennungsluft längs der Prallfläche zur Brennkammerachse hin kann in besonders einfacher

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Weise dadurch geschaffen werden, daß er aus einem zwischen dem Basisrand des kegeligen Mantels der Vorbrennkammer einerseits und der Prallfläche andererseits freigelassenen Ringspalt besteht.

Wenn vorgesehen wird, daß die Prallfläche an der Stirnseite der Brennkammer vorgesehen ist, wird insbesondere dann, wenn diese Stirnseite der Hauptbrennkacuner aus einem die Prallfläche aufweisenden Blechkegel besteht, w&tf dieses Prallblech auch noch durch die !Flammenstrahlung der Hauptbrennkammer aufgeheizt und erlangt dabei besonders hohe Temperatur.

Man kann aber auch vorsehen, daß die Prallfläche an einem besonderen Leitblech vorgesehen ist, das innerhalb eines zwischen dem Basisrand des kegeligen Mantels der Vorbrennkammer und der ebenfalle kegeligen Stirnseite der Hauptbrennkammer vorgesehenen Durchlaß-Ringspaltes mit Abstand von beiden angeordnet ist. Dadurch wird erreicht, daß zwei getrennte Ringdurchlässe für radialen Zustrom von Frischluft vorliegen. Die Strahlen der unterhalb des Leitblechs ohne Vermischung mit Brennstoff mit hoher

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Geschwindigkeit von allen Seiten einströmenden Frischluft treffen sich im Bereich des Durchlasses von der Vor- zur Häuptbrennkammer. Dadurch gelangt ein Teil der Frischluft in den Hohlraum des hohlkegeligen Zerstäubungskegels, was für die Durchmischung sehr förderlich ist.

Um innerhalb der Vorbrennkammer eine Flammenrotation hervorzurufen, können für den Zustrom zusätzlicher Luft aus dem Brennergehäuse in die Vorbrennkammer in dem Vorbrennkammer-Mantel Durchbrechungen und an ihm diese Durchbrechungen abdeckende Leitzungen vorgesehen sein, die eine den Luftstrom in Umfangsrichtung entlang der Mantelinnenseite führende Neigung zu dieser haben. Diese Zungen lenken also die durch die Durchbrechungen eintretende Luft so um, daß sie in Umfangsrichtung längs der Innenseite des kegeligen Vorbrennkammer-Mantels entlangströmte

Zur weiteren Verbesserung der Durchmischung von Luft und Brennstoff kann vorgesehen werden, daß die Brennerdüse für die Erzeugung eines Zerstäubungskegels mit kegeligem, zentralem Hohlraum eingerichtet ist, dessen Basisdurchmesser im Bereich der zur Hauptbrennkamraer führenden

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Vorbrennkammer-Öffnung größer ist als deren Durchmesser. Dadurch wird einerseits erreicht, daß sämtliche Strahlen des Zerstäubungskegels auf die verdampfungsfördernde Prallflache auftreffen. Andererseits bewirkt dieser Hohlraum in Verbindung mit der radial längs der Prallfläche zugeführten Verbrennungsluft eine Rückströmung eines Teiles des längs der Prallfläche in der Mitte des kegeligen Hohlraumes.

Weiter trägt es zu einer besseren Durchmischung bei, wenn in dem Prallflächenleitblech für das Übertreten aus der darunter liegenden Strömung auf die andere Leitblechseite Durchbrechungen und an ihm die Durchbrechungen abdeckende Leitzungen vorgesehen sind, die eine den übertretenden Luftstrom gegen die Kammermitte hin umlenkende Neigung zu dem Leitblech haben.

Es· empfiehlt sich, die Einlaßöffnung der Vorbrennkammer als trichterförmige Erweiterung der Spitze des kegeligen Mantels der Vorbrennkammer auszubilden, an die sich ein flanschartiger Kragen anschließt, der seinerseits mit einer Deckplatte einen Durchlaß für den allseitigen

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radialen Zustrom von Verbrennungsluft aus dem Brennergehäuse bildete Eine derartige Gestaltung des Brennereinlasses, welcher auch mit Drallochaufein.versehen werden kann, hat den Vorteil, daß dadurch der eintretende Luftstrom so geführt wird, daß eine einwandfreie Zündung und Flammenhalterung ohne zusätzliche Stauscheibe, Plammentrichter oder andere Mittel erreicht werden kann.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Darin zeigen:

Pig. 1 einen durch die Längsachse des Brenners gelegten Schnitt;

Piß. 2 einen Teilschnitt längs der Schnittlinie 2-2 in Pig. 1:

Pig. 3 einen Teilschnitt durch eine abgewandelte Gestaltung der Vorbrennkamiuer in größerem Maßstab;

Fig. 4 einen gleichartigen Schnitt durch eine noch

weiter abgewandelte Porm der Vorbrennkammer.

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Bei der in Fig. 1 ganz schematisch dargestellten Ausführung einea Brenners ist das Brennergehäuse 11 nur unvollständig dargestellt. Die Figur zeigt nicht den von dem Brenner zu beheizenden im Brennergehäuse vorgesehenen Warmaustauscher und auch nicht die Stutzen für den Frischluftzutritt und Rauchgasaustritt, wobei Frischluft und Rauchgas immer getrennt gehalten sind. In diesem Gehäuse befinden eich eine Vorbrennkammer 12 und eine Hauptbrennkammer 13, die in diesem Beispiel beide von einem Bleohmantel 14 bzw. 15 umschlossen sind. Am letzteren schließt sioh- ein weiterer Mantel 27 an, durch den die Rauohgaee über einen Austrittestutzen aus dem Brennergehäuse 11 hinausgeführt werden, ohne mit der zugeführten Frischluft in Berührung zu kommen. Ber Bleohmantel 15 der Hauptbrennkammer ist -durch nicht gezeichnete und Abstand haltende Befestigungsmittel so im Innern des Brennergehäuses 11 gehalten, daß sich zwischen seiner Außenfläche und der Innenfläche des Brennergehäusee ein langer Ringkanal für den Zutritt von Frischluft bildet, deren Zutritteriohtung durch die Pfeile 16 gekennselehnet ist.

Ber Mantel 14 der Vorbrennkammer 12 umhüllt als Kegelmantel ' den von einer an das Brennstoff-Zufuhrrohr 17 angeschlossenen

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Sprühdüse 18 ausgestrahlten Zerstäubungskegel 18a. Der Kegelwinkel des Mantels 14 ist dabei dem Kegelwinkel der äußersten Strahlen des üprühkegels 18a angepaßt.

Der kegelige Vorbrennkammermantel 14 hat im Bereich der Kegelspitze eine Einströmöffnung innerhalb einer trichterförmigen Erweiterung 14a, an die sich ein flanschartiger Kragen 14b anschließt. Dieser Kragen 14b liegt dabei in einer zur Stirnwand des Brennergehäuses 11 parallelen lage, die als Deokflache zur Bildung eines zwischen dem Kragen 14b dieser Deckfläche gelegenen Ringkanales dient. Durch diesen Ringkanal tritt Frischluft in der durch die Pfeile 19 gekennzeichneten Richtung allseitig radial oder auch durch Leitschaufeln tangential bis zur Einlaß·* öffnung der Vorbrennkammer ein und schwenkt dann in die Einlaßöffnung innerhalb des Trichters 14a ein.

In den Blechmantel 14 sind Durchlaßöffnungen 14c so eingestanzt, daß das ausgestanzte Material als Zunge 14d die Durchtrittsöffnungen 14c ii> wesentlichen abdeckt und dabei eine solche Neigung zur Innenfläche des Mantels 14 hat,

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daß die durch die öffnungen 14c eintretende zusätzliche Frischluft in Richtung der Pfeile 20 umgelenkt wird, d.h. eine Kreisrichtung längs der Innenfläche durchläuft und zur Bildung einer Flammenrotation beiträgt.

Die Vorbrennkammer kann mit Hilfe nicht gezeichneter Befestigungsmittel mit dem gewünschten Abstand an der die Düsenzuführung 17 enthaltenden Stirnfläche des Brennergehäuaes 11 angebracht sein.

Mit einigem Abstand von dem Basierend dee Kegelmantels 14 der Vorbrennkammer 12 ist an dem Bleohmantel 15 der Hauptbrennkammer 13 eine nach innen gerichtete trichterförmige Abwinklung in Gestalt eines Kegelmantels 15a vorgesehen, auf den praktisch sämtliche Strahlen des Sprühatrahls 18a der Düse 13 auftreffen, da letzterer als hohler Sprühkegel ausgebildet ist und die vom Kegeltriohter i5a frei gelassene Eintrittsöffnung 15b der Hauptbrennkammer 13 einen kleineren Durohmesser aufweist als die Basis des kegelförmigen Hohlraums des Sprühstrahla 18a.

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Die Oberseite des kegeligen Blechträgere 15a bildet zugleich eine Prallfläohe für die darauf auftreffenden Strahlen des Zerstäubungshohlkegels 18a. Da dieser Trichter durch die Strahlung der in beiden Kammern12 und 13 gebildeten Flaume sehr stark aufgeheizt wird, verdampfen die darauf auftreffenden Oltröpfchen, soweit sie nicht durch Strahlungswirkung schon auf dem Wege zu dieser Prallfläche ▼erdampft sind.

Wichtig für die mit der vorliegenden Erfindung angestrebte größtmögliche Durchmischung des in die Vorbrennkammer eingesprühten öle uit Verbrennungsluft ist nun, daß für den weiteren Zustrom solcher Verbrennungsluft zwischen dem Basierend des Kegelmantels 14 der Vorbrennkammer 12 und der kegelförmigen Trichterabwinklung 15a des Hauptbrennkammer-Mantels 15 der Hauptbrennkammer 13 ein Ringspalt freigelassen ist, durch welchen von allen Seiten in radialer Richtung diese Frischluft zu- und längs der Prallfläche 15a (siehe Pfeile 21) zur Kegelachse hin strömt. Dabei trifft der Luftstrom, also im wesentlichen senkrecht, auf die Strahlen des Öl-Sprühkegels 18a auf und bestreicht den Bereich der Verdampfung der öltröpfchen. Hierbei wird

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eine intensive Durchinieehung von Frischluft und ölnebel bzw. öldampf erreicht· Diese Durchmisohung wird noch verstärkt durch den Zusammenprall der allseitig radial zuströmenden Luftstrahlen im Zentrum des konvergierenden Kegelmantels des Pralltrichtere 15a. Dadurch bildet sich auch im Bereich des inneren Hohlraums des Zeratäubungskegels 18a eine Rüokströmung zur Düse hin aus, welohe die Durchmischung von Luft und öldämpfen noch weiterhin begünstigt. Die Auebildung einer solchen Rückströmung wird unterstützt durch die durch die Zungen 14d bewirkte rotierende Bewegung der durch die öffnungen 14o zugeführten Luft.

Bei der durch alle diese beschriebenen Haßnahmen erreichten ganz besonders innigen Durohmischung von öl und Luft bildet sich eine sehr stabile Flammenfront bereits in der Vorbrennkammer, was die Aufbereitung des Brennstoffs wesentlich beschleunigt. Die Flamme bleibt immer unterhalb der engsten Stelle des Vorbrennkammer-Eintritts 14a.

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Beim Ausführungsbeispiel nach Pig. 3 zeigt eine Luftzuführung im Bereich zwischen dem Basisrand des Kegelmantels 14 der Vorbrennkammer 12 und der kegeligen Stirnseite der Haupfbrennkammer 13» wie sie bei großen Brennereinheiten sowie solchen Brennern empfehlenswert ist, die als Brennstoff Mittel- und Schweröl verbrennen sollen. Es handelt sich bei diesem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 und auch bei demjenigen nach Fig. 4 um eine doppelte Luftzuführung.

In diesen beiden Fällen ist die Kegelprallfläche an einem selbständigen Luftleithlech 22 vorgesehen, wobei dieses Blech mit dem Basisrand des Kegelmantels 14 den einen ringförmigen Durchlaß für den allseitigen radialen Zustrom von Luft in Richtung des Pfeiles 23 bildet. Der andere ringförmige Zutrittskanal liegt beim Beispiel naoh Fig. 3 unterhalb des Prallflächenleitbleohes 22 zwischen diesem und der entsprechend kegeligen Stirnfläche 15a des Mantels 15 des Hauptbrennergehäuses 13. Auch hier strömt Frischluft allseitig in radialer Richtung entsprechend dem Pfeil 24 ein,ohne jedoch in diesem Ringkanal auf ölstrahlen aufzutreffen,sondern mit entsprechender Geschwindigkeit als Frischluft im Zentrum aufeinanderzutreffen. Hierbei kann die Auftreffgeschwindigkeit noch dadurch erhöht werden, daß am inneren Ende

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des zwischen dem Leitblech 22 und dem Trichterblech 15a liegenden Ringkanales eine Ringblende 22a vorgesehen ist, die engere Durchtrittsöffnungen 22b aufweist.

Im Leitblech 22 sind im inneren Bereich noch Durchbrechungen 22c vorgesehen, die in ähnlicher Weise wie die Durchbrechungen 14c im Kegelmantel 14 durch ausgestanzte Zungen 22d abgedeckt sind, die ihrerseits eine Richtung haben, bei der sie die aus dem unteren Ringkanal auf die Oberseite des Leitbleches 22 in Richtung der Pfeile 25 austretende Luft ebenfalls zum Zentrum des Kegels hin lenkt.

Das den zwischen dem Basisrand des Kegelmantels 14 der Vorbrennkammer 12 und den Stirnfläche der Hauptbrennkammer bestehenden Ringspalt in zwei Teilspalte aufteilende Leitblech 22 bildet im Falle der Pig. 3 zusammen mit der Blende 22a und dem Blechkegel 15a einen Hohlkörper aus Blech. Im Falle der Fig. 4, bei dem die Hauptbrennkammer 13 durch einen Keramikmantel 26 umschlossen ist, der an seiner Stirnfläche eine dem Kegeltrichter 15a aus Blech entsprechende Kegelfläche 26a aufweist, ist das Leitblech 22 zusammen mit der Blende 23a als Aufsatz aus Stahlblech ausgebildet, der auf den Keramikkörper 26 der Hauptbrennkammer 13 aufgesetzt ist. _1t-

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Bei der in allen Ausführungebeispielen gezeigten mehrfachen Zufuhr von Frischluft zur Vorbrennkammer 12 kann durch Abstimmung des Querschnitte der verschiedenen Luftströme aufeinander der jeweils günstigste Verbrennungsablauf erzielt werden. So kann man z.B. die längs der Pfeile 19 in Düsenhöhe eingeführte Verbrennungsluftmenge so niedrig, zweckmäßig etwa ein Drittel der Gesamtmenge der zugeführten Frischluft, halten, daß sich bereits dicht unterhalb der engsten Stelle des trichterförmigen Einlasses 14a der Vorbrennkammer 12 eine rotierende Flamme bildet. Die Anpassung der auf den verschiedenen Zufuhrwegen in die Kammer eintretenden Teilströme aufeinander wird noch dadurch begünstigt, daß die Zungen 14d und 22d bei der Montage durch einfaches Biegen eine Veränderung des Durchlaßquerschnittes an den betreffenden Stellen zulassen.

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Claims

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Patentansprüche

(i) Brenner für flüssigen Brennstoff, der als Zerstäubungskegel in eine kegelige Vorbrennkammer im wesentlichen gleichen Kegelwinkels eingeblasen wird, die an ihrer Kegelspitze eine Einlaßöffnung für den Zustrom eines Seiles der Verbrennungsluft aufweist und an deren Kegelbasis eine von den Zerstäubungsstrahlen im wesentlichen senkrecht beaufschlagte, kegelige, einen sentriechen Durchlaß aufweisende Prallfläche angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Basierendes des kegeligen Mantels (14) der Vorbrennkammer (12) ein gleichmäßig auf deren Umfang verteilter Durchlaß für' den allseitigen radialen Zustrom (21) zusätzlicher Verbrennungsluft aus dem die Vorbrennkammer umgebenden Brtnnergehäuse (11) lange der Prallflache (15a, 22) sur Kegelaohee hin vorgesehen ist.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallflioh· an ein·« Körper (I5a, 22) aus Stahl, insbesondere eine« hoohhltsebeständigen Stahlblech, vorgesehen ist.

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3· Brenner nach Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß aus einem zwischen dem Basisrand des kegeligen Mantels (14) der Vorbrennkammer (12) und der Prallfläche (15a, 22) frei gelassenen Ringspalt besteht.

4. Brenner nach den Ansprüchen 1 und/oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Prallfläche (i5a) an der Stirnseite der Hauptbrennkammer (13) vorgesehen ist.

5. Brenner nach den Ansprüchen 1 und/oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Prallfläohe an einem Leitblech (22) vorgesehen ist, das innerhalb eines zwischen dem Basisrand des kegeligen Mantels (14) der Vorbrennkammer und der ebenfalls kegeligen Stirnseite der Hauptbrennkammer (13) vorgesehenen Durchlaßringspaltes mit Abstand von beiden angeordnet ist.

6. Brenner nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für den Zustrom (20) zusätzlicher Luft aus dem Brennergehäuse (11) in die Vorbrennkammer (12) in dem Vorbrennkammer-Mantel (14) Durchbrechungen (Hc) und an ihm diese Durchbrechungen abdeckende Leitzungen (I4d) vorgesehen sind, die eine den Luftstrom (20) in Umfangerichtung entlang der Mantelinnenseite führende Neigung zu dieser haben.

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7ο Brenner nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerdüse (18) für die Erzeugung eines Zerstäubungskegels (10) mit kegeligem zentralem Hohlraum eingerichtet ist, dessen Basisdurchmesser im Bereich der zur Hauptbrennkammer (13) führenden Vorbrennkaramer-Öffnung (15b) größer ist als deren Durchmesser«

8. Brenner nach Anspruch 1 und/oder einem der Ansprüche 2, 4 und 5| dadurch gekennzeichnet, daß in dem Prallflächenleitblech (22) für das Übertreten von Luft (25) aus der darunterliegenden Strömung (24) auf die andere Leitblechseite Durchbrechungen (22c) und an ihm die Durchbrechungen abdeckende Leitzungen (22d) vorgesehen sind, die eine den übertretenden Luftstrom gegen die Kammerraitte hin umlenkende Neigung zu dem Leitblech haben,

9. Brenner nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung der Vorbrennkammer (12) als trichterförmige Erweiterung (14a) der Spitze des kegeligen Mantels (14) der Vorbrennkammer (12) ausgebildet ist, an die sich ein flansohartiger Kragen (14b) anschließt, der seinerseits mit einer Deckplatte einen Durchlaß für den allseitigen Zustrom (19) von Verbrennungsluft aus dem Brennergehäuse (11) zur Brennermitte bildet.

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