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Verbrennungsturbine mit umlaufenden Brennkammern, insbesondere zum
Antrieb von Kraftfahrzeugen Zum Antrieb von Kraftfahrzeugen werden bisher allgemein
Verbrennungskraftmaschinen mit Kurbeltriebwerk verwendet. Die Nutzleistung dieser
Motoren mit Kurbeltriebwerk beträgt nur rund ein Drittel der dem Motor im Kraftstoff
zugeführten Energie, da ein großer Teil der zugeführten Energie durch die Reibung
der Kolben im Zylinder, durch die Kraft, die zum Beschleunigen der Kolben nötig
ist, und durch die Fliehkraft, die an den Kolben und Kolbenstangen auftritt, aufgebraucht
wird. Diese Verluste treten bei Verbrennungsturbinen mit nur rotierenden und ohne
wesentliche Reibung laufenden Teilen (Rotor) und mit nur feststehenden Teilen (Stator)
nicht auf. Außerdem ist bei einer Verbrennungsturbine die Energieausnutzung günstiger
als bei einer Kraftmaschine mit Kurbeltriebwerk, da bei einer Verbrennungsturbine
der weitaus größte Teil des durch die Verbrennung des Brenngemisches entstehenden
Druckes ausgenutzt werden kann, während bei einem Motor mit Kurbeltriebwerk der
Verbrennungsdruck nur so lange ausgenutzt wird, solange der Kolben von oben nach
unten geht. Der übrige Druck geht unausgenutzt durch den Auspuff.
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Bei den bis jetzt bekannten Verbrennungsturbinen mit umlaufenden Brennkammern
wird die treibende Leistung gewöhnlich nur bei einer sehr hohen Umdrehungszahl voll
erreicht. Auf diese hohen Umdrehungszahlen kann aber nur dann verzichtet werden,
wenn durch entsprechende Bauart der durch die Verbrennung in den Brennkammern entstehende
Druck nur auf die Arbeitsturbine einwirken kann. Dies wiederum kann nur bei einer
Verbrennungsturbine erreicht werden, deren Brennkammern wechselweise zum Verdichter
hin vollständig abgeschlossen sind, wobei die Brennkammern wechselweise immer nur
nach einer Seite hin offen sind.
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Bei den bis jetzt bekannten Verbrennungsturbinen mit umlaufenden Brennkammern
sind der Einlaß und der Auslaß gegenseitig derart überlappt, daß durch diese überlappung
der durch die Verbrennung in den Brennkammern entstehende Druck zeitweise sowohl
auf die Arbeitsturbine als auch auf den Verdichter wirken kann. Die Ausnutzung der
im Kraftstoff enthaltenen Energie ist aber bei einer Oberlappung der Einlaß- und
Auslaßöffnungen nur so lange möglich, wie der in den Brennkammern entstehende Verbrennungsdruck
nur auf die Arbeitsturbine wirkt. Sobald jedoch die Brennkammern durch die überlappung
der Einlaß- und Auslaßöffnungen nach beiden Seiten offen sind, wirkt der Verbrennungsdruck
sowohl auf die Arbeitsturbine als auch auf den Verdichter, was wiederum nur mittels
einer sehr großen Umdrehungszahl verhindert werden kann, da nur bei einer Verbrennungsturbine
mit großer Umdrehungszahl der vom Verdichter erzeugte Druck höher ist als der von
den Brennkammern auf den Verdichter zurückwirkende Druck.
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Der Gegenstand der Erfindung ist eine Verbrennungsturbine mit umlaufenden
Brennkammern, die insbesondere mit Vergasertreibstoff betrieben wird, also Kraftstoff-Luft-Gemisch
verdichtet. Das Problem, das durch diese Erfindung gelöst werden soll, besteht in
der Zuführung des verdichteten Kraftstoff-Luft-Gemisches in die rotierenden Brennkammern,
ohne daß dabei das verdichtete Kraftstoff-Luft-Gemisch schon zur Entzündung kommt,
bevor es sich in den Brennkammern befindet. Dieses Problem kann dadurch gelöst werden,
daß die Anordnung der Ladekanäle, der Druckkanäle und der Spülkanäle so gestaltet
ist, daß die brennenden Gase nur in Richtung auf die Arbeitsturbine weitergeleitet
werden und daß die brennenden Gase nicht mit frischem Kraftstoff-Luft-Gemisch in
Berührung kommen. Ebenfalls darf der durch die Verbrennung entstehende Druck nur
auf die Arbeitsturbine wirken, denn sobald der durch die Verbrennung entstehende
Druck auch auf den Verdichter wirkt, kommt das vom Verdichter verdichtete Kraftstoff-Luft-Gemisch
bereits, bevor es in die Brennkammern gelangt ist, durch den Verbrennungsdruck zur
Selbstzündung. Durch den Verdichter darf ferner das Kraftstoff-Luft-Gemisch nur
auf ein den jeweiligen Kraftstoffeigenschaften angepaßtes. Verdichtungsverhältnis
verdichtet werden.
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Damit die brennenden Gase nicht mit frischem Kraftstoff-Luft-Gemisch,
das sich noch nicht in den
Brennkammern befindet, in Verbindung
kommen und damit der durch die Verbrennung entstehende Druck nicht auf den Verdichter
wirken kann, ist es erforderlich und bereits bekannt, daß die Ladekanal-Austrittsquerschnitte,
durch die die Brennkammern mit frischem Kraftstoff-Luft-GemiSCh gefüllt werden,
und die Druckkanal-Eintrittsquerschnitte, durch die der Verbrennungsdruck auf die
Arbeitsturbine geleitet wird, nicht überlappt sind.
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Um die Brennkammern völlig von verbrannten Gasen zu befreien und völlig
mit frischem Kraftstoff-Luft-Gemisch laden zu können, ist es ferner erforderlich
und bereits bekannt, daß außer den Ladekanälen und den Druckkanälen auch noch Spülkanäle
angebracht sind, die so angeordnet sind, daß es möglich ist, die Brennkammern von
verbrannten Gasen zu befreien und mit frischem Kraftstoff-Luft-Gemisch zu laden,
ohne daß dabei die brennenden Gase mit frischem Kraftstoff Luft Gemisch in Verbindung
kommen können und ohne daß dabei der durch die Verbrennung entstehende Druck auf
den Verdichter wirken kann.
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Die Spülkanäle sind gemäß der Erfindung bei der hier beschriebenen
Verbrennungsturbine zwischen den einzelnen Druckkanälen so angeordnet, daß sie mit
den Ladekanälen überlappt sind, und zwar derart, daß die umlaufenden Brennkammern
zuerst zu den Spülkanälen hin geöffnet werden, wodurch die in den Brennkammern noch
vorhandenen, unter Druck stehenden verbrannten Gase durch die Spülkanäle, auf die
die Arbeitsturbine eine saugende Wirkung hat, abströmen können. Die in den Brennkammern
befindlichen verbrannten Gase werden nämlich von der Arbeitsturbine durch die Spülkanäle
aus den Brennkammern gesaugt, und der in den Brennkammern vorhandene Verbrennungsdruck
kann damit nicht in die Ladekanäle dringen. Wenn dann anschließend die Brennkammern
infolge der überlappung der Spülkanäle mit den Ladekanälen beiderseitig offen sind,
wird das in den Brennkammern noch befindliche restliche verbrannte Gas durch vom
Verdichter unter Verdichtungsdruck gebrachtes frisches Kraftstoff-Luft-Gemisch aus
den Brennkammern heraus in die Spülkanäle gedrückt, und es werden so die Brennkammern
völlig mit frischem Kraftstoff-Luft-Gemisch geladen.
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In den Zeichnungen ist der Aufbau der Verbrennungsturbine und sind
die Anordnung der Ladekanäle, Druckkanäle und Spülkanäle vereinfacht dargestellt.
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Abb. 1 der Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch die Verbrennungsturbine;
Abb. 2 der Zeichnung ist ein aufgerollter Kreisschnitt durch die Verbrennungsturbine
der Abb. 1. Die Verbrennungsturbine ist in der üblichen Weise in mehrere Abschnitte
aufgeteilt, von denen jeder einen eigenen Arbeitsgang ausführt. Der vordere Abschnitt
der Verbrennungsturbine ist der Verdichter 1. Der darin befindliche vordere Rotorteil
hat die Form eines Kegelstumpfes mit mehreren kranzförmig um die Achse angebrachten
Verdichter-Laufrädern2. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird durch die Ansaugöffnung3
aus dem Vergaser angesaugt und verdichtet. In den Zwischenräumen der Laufräder 2
sind Leiträder 4, die in dem als Stator dienenden Turbinengehäuse eingefügt sind.
Hinter dem Verdichter 1 liegt eine Trennwand 5, durch welche Ladekanäle 6 gehen
und durch die das verdichtete Kraftstoff-Luft-Gernisch zu den Brennkammern 7 geleitet
wird. Die Trennwand 5 kann zusammen mit dem Gehäuse aus einem Stück angefertigt
sein und hat außer den Ladekanälen 6 noch in der Mitte eine Öffnung, in der sich
die verstärkte Achse des Rotors dreht. Der mittlere Abschnitt des Rotors hat die
Form eines Schaufelrades, dessen Schaufeln. radial nach außen verlaufen. Die Hohlräume
zwischen den einzelnen Schaufeln des Schaufelrades sind die Brennkammern 7, die
sich also mit der Geschwindigkeit des Rotors um die Rotorachse drehen. In den Brennkammern
7, die nach innen durch den Rotor, nach außen durch das Turbinengehäuse und zum
Verdichter l durch die Trennwand 5 abgeschlossen sind, wird das verdichtete Kraftstoff-Luft-Gemisch
durch Zündkerzen 8 entzündet und zum Verbrennen gebracht. Der durch die Verbrennung
entstehende Verbrennungsdruck wird durch Druckkanäle 9, die sich in einer hinter
den Brennkammern 7 angeordneten und mit einer Öffnung für die verstärkte Achse des
Rotors versehenen Trennwand 10 befinden, auf den hinteren Abschnitt der Turbine,
der eigentlichen Arbeitsturbine 11, geleitet. Die hintere Trennwand 10 kann ebenfalls,
wie die vordereTrennwand5, mit dem als Stator dienenden Gehäuse aus einem Stück
hergestellt sein. Um eine völlige Ladung der Brennkammern 7 mit frischem Kraftstoff-Luft-Gemisch
zu erreichen, sind in der hinteren Trennwand 10 noch Spülkanäle 12 ausgespart, die
mit den Ladekanälen 6 überlappt sind und durch die eine völlige Befreiung der Brennkammern
7 von verbrannten Abgasen in der Weise erfolgt, daß die Brennkammern 7 zuerst zu
den Spülkanälen 12 hin geöffnet werden, wodurch die in den Brennkammern 7 noch befindlichen,
unter Druck stehenden verbrannten Gase in die Spülkanäle 12 entweichen können. Dann
sind die Brennkammern 7 kurze Zeit sowohl zu den Spülkanälen 12 als auch zu den
Ladekanälen 6 offen, wobei die in dieser Phase also auf zwei Seiten offenen Brennkammern
7 von den Ladekanälen 6 her von frischem Kraftstoff-Luft-Gemisch durchströmt werden.
Die überlappung der Spülkanäle 12 mit den Ladekanälen 6 soll möglichst klein sein,
damit möglichst wenig frisches Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Spülkanäle 12 entweichen
kann.
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Der in der Arbeitsturbine 11 befindliche hintere Abschnitt des Rotors
ist genauso aufgebaut wie der vordere Abschnitt des Rotors, nur daß sich am hinteren
Abschnitt des Rotors mehr Laufräder 13 befinden. Durch die in das Gehäuse
eingefügten Leiträder 14 wird der Verbrennungsdruck immer wieder auf die sich dahinter
befindenden Laufräder 13 des Rotors geleitet. Am Anfang der Ladekanäle 6 und am
Ende der Druckkanäle 9 und der Spülkanäle 12 sind ebenfalls Leiträder
15 und 16 in das Gehäuse eingefügt. Das verbrannte Gas wird, nachdem
es seine Arbeit in der Verbrennungsturbine geleistet hat, durch Auspufföffnungen
17 abgeleitet, Die Zuführung des Kraftstoffes in die Brennkammern 7 kann jedoch
auch im Einspritzverfahren erfolgen, so daß der Verdichter 1 nur Frischluft ansaugt
und verdichtet, wobei der Kraftstoff dann durch Einspritzdüsen 18 (Abb. 2) direkt
in die Brennkammer n7 eingespritzt wird. Vorzeitiges Zünden, das beim Ansaugen und
Verdichten von Kraftstoff-Luft-Gemisch auftreten kann, ist dann nicht zu befürchten:
doch ist es auch hier zum Erreichen einer völligen Befreiung der Brennkammern 7
von verbrannten Abgasen, und damit der Verbrennungsdruck nicht auf den Verdichter
1 zurückwirken kann; vorteilhaft, die Brennkammern
7 gemäß der
Erfindung zuerst zu den Spülkanälen 12 und erst danach zu den Ladekanälen 6 hin
zu öffnen. Die hier angeführte Anordnung der Spülkanäle 12 kann bei fast allen bisher
bekannten Verbrennungsturbinen mit umlaufenden Brennkammern in Anwendung gebracht
werden.