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Antriebsverbundmaschine Die Erfindung betrifft eine Antriebsverbundmaschine,
bestehend aies einem Brennkraft-Kolbenmotor, einer von diesem gespeisten Abgasturbine,
wenigstens einem Kompressor, welcher dem Kolbenmotor Druckluft zuführt, und einer
Hilfsturbine sowie einem Differentialgetriebe mit drei Getriebegliedern, von denen
das eine mit der Abtriebswelle des Kolbenmotors verbunden ist, ein zweites die Antriebskraft
auf den Kompressor überträgt ,und das dritte mit der Ausgangswelle der Antriebsverbundmaschine
verbunden. ist.
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Antriebsverbundmaschinen sind in verschiedenen Ausführungsformenbekannt.
1n der britischen Patent schrift 718100 sind z. B. zwei grundsätzliche Typen einer
solchen Verbundmaschine und deren Jeweilige Nachteile im einzelnen erläutert. Demgegenüber
beschreibt diese Patentschrift eine Verbundmaschine mit einer Abgasturbine, die
direkt mit dem Rotor des Kompressors verbunden ist und über ein variables Differentialgetriebe
auf die Ausgangswelle arbeitet, mit der die Antriebswelle des Motors über ein besonderes
Untersetzungsgetriebe direkt, also nicht über das Differentialgetriebe, verbunden
ist.
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Die USA. Patentschrift 2149 785 zeigt ebenfalls eine Verbundmaschine
mit Verbrennungsmotor und einer Abgasturbine, die über ein Differentialgetriebe
auf einen Kompressor einwirken. Hierbei soll eine falsche Drehrichtung des Turbinenläufers
für die Fälle verhindert werden, in denen die Turbine mit Abgasen nicht ausreichend
gespeist wird, um auf das Differentialgetriebe ein Drehmoment zu übertragen. Zu
diesem Zweck ist eine Überholkupplung zwischen zweien der Elemente des Differentialgetriebes
vorgesehen, welche bei normalem Betrieb,, also während einer ausreichenden Speisung
der Turbine, gelöst ist, den Turbinenläufer aber bei drohendem Leerlauf an ein getriebenes
Element ankuppelt, um damit den richtigen Drehsinn auch weiterhin zu gewährleisten.
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Schließlich zeigt die USA.-Patentschrift 3 007 302 bereits eine Verbundmaschine,
bei der die einzelnen Elemente, nämlich Dieselmaschine, eine von dieser direkt gespeiste
Abgasturbine und ein. Luftverdichter über ein Differentialgetriebe zusammengeschaltet
sind. Es ist eine zweite Turbine vorgesehen, wobei die beiden Turbinen bezüglich
der Abgase der Dieselmaschine in Reihe liegen. Zwischen der Dieselmaschine und der
ersten, an ein Glied des Differentialgetriebes angeschlossenen Abgasturbine ist
ein Nachbrenner vorgesehen. Dieser dient - bei öffnung eines entsprechenden Ventils
und bei Festlegung des Differentialgetriebes - zum Anwerfen der Dieselmaschine.
Die beiden Turbinen arbeiten nach Schließen des Ventils und Abschalten des Nachbrenners
in üblicher Weise als Abgasturbinen, welche den Kompressor antreiben und überschüssiges
Drehmoment über das Differentialgetriebe über die Ausgangswelle der Verbundmaschine
abgeben. Diese Arbeitsweise erstreckt sich - wie auch bei den anderen bekannten
Verbundmaschinen - bis zu der normalen Leistungsgrenze, für welche die Verbundmaschine
ausgelegt ist. Die Verwendung einer Hilfsturbine neben der üblicher< Abgasturbine,
die beide über das Differentialgetriebe gekuppelt sind, dient dem Zweck, bei Zunahme
der Last und auf konstante Drehzahl geregelter Dieselmaschine eine Drehzahlherabsetzung
und damit. -eine Drehmomentsteigerung der Hilfsturbine gleichzeitig mit einer Drehzahlerhöhung
der zweiten, den Kompressor direkt antreibenden Abgasturbine zu erzielen. Eine weitere
Leistungssteigerung kann bei dieser bekannten Anord-nung durch erneute Einschaltung
des Nachbrenners erzielt werden, wobei die beiden Abgasturbinen in Betrieb bleiben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verbundmaschine der
eingangs näher bezeichneten Art in der Weise weiterzuentwickeln, daß ähx die Notwendigkeit
eines besonderen Startaggregats bessere Startbedingungen für die Verbundmaschine
erzielt werden, d. h. ein hohes Drehmoment bei den niedrigere Startdrehzahlen.
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Hilfsturbine zur Lieferung
eines Startdrehmoments über die Ausgangswelle und eine Regeleinrichtung vorgesehen
sind, welch letztere antriebsmäßig dem zu der Ausgangswelle oder dem Kompressor
führenden Glied des Differentialgetriebes zugeordnet ist und@n der Weise steuerbar
ist, daß die Hilfsturbine der-Ausgangswelle vom Starten an nur über einen vorbestimmten
Drehzahlbereich des der Regeleinrichtung zugeordneten- Getriebegliedes - ein zusätzliches
Drehmoment zuführt. Bei dieser neuen Anordnung dient also die Hilfsturbine dazu,
beim Start aus dem Stand ein Mehrfaches des Drehmoments zu liefern, das bei maximalen
Drehzahlen erreicht wird. Diese Hilfsturbine ist dabei im eigentlichen Sinn als
Hilfsaggregat tätig, da sie unter der Steuerung der Steuereinrichtung nur innerhalb
eines vorbestimmten Drehzahlbereichs, beginnend vom Start an wirksam ist und dann
abgeschaltet wird. Dadurch wird zur Überwindung -des Startmoments ein sehr hohes
Drehmoment zur Verfügung gestellt, das bei wachsender Drehzahl und abnehmendem Drehmomentbedarfvermindert
und schließlich auf das normale Drehmoment der aus Motor und Hauptturbine bestehenden
eigentlichen Verbundmaschine reduziert wird.
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Vorteilhafterweise'=ist die Regeleinrichtung der Ausgangswelle zugeordnet
und wirkt auf ein Ventil in einer Zweigleitung ein, die von der Luftspeiseleitung
zwischen Kompressor und Kolbenmotor ausgeht und zu der Hilfsturbine -führt, um das
Ventil bei Unterschreiten der oberen Grenze des vorbestimmten ' Drehzahlbereichs
allmählich zu öffnen.
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Die Erfindung wird nachfolgend an Hand schematischer Zeichnungen an
mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. ' F i g. 1 ist ein Diagramm, in
dem das Drehmoment über der Geschwindigkeit aufgetragen ist, und zwar mit dem vornehmlichen
Zweck, die Definition bestimmter in der Beschreibung .benutzter Ausdrücke zu erleichtern;
F i g. 2 zeigt schematisch eine Grundform der Verbundmaschine gemäß der Erfindung;
F i g. 3 zeigt eine abgewandelte Grundform der Verbundmaschine gemäß der Erfindung;
F i g. 4 veranschaulicht einige der Grundelemente gemäß F i g. 2 und 3 bei ihrer
Verwendung in einer ersten Ausführungsform der Verbundmaschine; F i g. 4 a, 4 b
und 4 c zeigen verschiedene Details; F i g. 5 veranschaulicht die Verwendung- einiger
der Grundelemente der F i g. 2 und 3 in einer zweiten Ausführungsform; F i g. 5
a und 5 b veranschaulichen verschiedene wahlweise verwendbare Details; F i g. 6
zeigt .eine Drehzahlfühleinrichtung, die auch auf die Stellung der Brennstoffsteuereinrichtung
anspricht; - ' F i g. 7 ist schließlich ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen
den Drehzahlen der Elemente des Differentialgetriebes wiedergibt.
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In.. F i g. 1 ist ein Diagramm gezeigt, in dem das Drehmoment
T einer Welle über der Drehzahl N '
dieser Welle aufgeträgen ist. Wenn
diese Welle die einzige Ausgangswelle eines Motors bildet, muß, um den Antriebsmotör="unter
konstanter Leistung (PS) arbeiten zu lassen; :die Drehmoment-Drehzahlkurve die Form
einer in dem Diagramm mit A bezeichneten Kurve annehmen, d. h. die Form einer Hyperbel.
Das Produkt aus Drehmoment und Drehzahl ist an jeder Stelle dieser Kurve gleich
einer Konstante, d. h. T - N = K. Da die Leistung eine Funktion des Produktes
aus' Drehmoment und Drehzahl ist, folgt daraus notwendigerweise, daß die Antriebsmaschine
unter konstanter Leistung (PS) arbeitet. Ein Beispiel für eine Antriebsmaschine
dieser Art ist eine Dampfmaschine, deren Drehmoment-Drehzahlkurve sehr ähnlich der
Kurve A ist.
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Man ist seit langem bemüht, eine Verbundmaschine mit einem Brennkraftkolbenmotor
zu schaffen, die .eine Drehmoment-Drehzahl-Charakteristik aufweist, die der Kurve
A ähnlich ist.
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Die Kurve B gibt die Drehmoment-Drehzahl-Charakteristik einer Verbundmaschine
gemäß der vorliegenden Erfindung wieder, wenn der Kolbenmotor auf seiner maximal
zulässigen Drehzahl gehalten wird, während die Drehzahl der Ausgangswelle zwischen
dem Wert Null und dem maximalen Wert variiert. Die Kurven C und D veranschaulichen
die Drehmomentkurven" die man an der Ausgangswelle ermitteln kann, wenn der Motor
bei Drehzahlen läuft, die niedriger als die maximal zulässige Drehzahl ist.
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Unter den »Verhältnissen am Auslegungspunkt« versteht man diejenigen
Verhältnisse, die in der Verbundmaschine vorherrschen, wenn die Drehzahl der Welle
gleich dem Wert N.,. .(s. F i g. 1) ist, und das maximale Drehmoment, das
von der Einheit bei der Drehzahl TD erhalten werden kann, über die Ausgangswelle
abgegeben wird. Es handelt sich dabei um die Verhältnisse, für die die Verbundmaschine
ausgelegt ist. Unter Bezugnahme auf F i g. 1 wird deutlich, daß -der Wert T."" etwa
zehnmal so groß ist wie das Drehmoment bei der Drehzahl N"ax, d. h. zehnmal so groß
wie das Drehmoment an dem Auslegungspunkt gemäß der Kurve B. Es, sollte insbesondere
darauf aufmerksam gemacht werden, daß durch die Kurve B die Verhältnisse nur veranschaulicht
werden sollen und durch entsprechende Ausbildung der Verbundmaschine erreicht werden
kann, daß der Punkt BI, an dem die Kurve B die Drehmomentordinateschneidet,
so tief liegt, wie das durch B 2 angedeutet ist. An dieser Stelle ist das Drehmoment
etwa nur viermal TD. Es kann jedoch auch höher als B 1 liegen, wobei das Drehmoment
bis zu zwanzigmal so groß wie TD oder mehr sein kann. Es ist selbstverständlich,
daß bei unterschiedlichen Anwendungen der Verbundmaschine unterschiedliche Drehmomentsanforderungen
gestellt werden müssen. So braucht bei der Anwendung bei Schienenlokomotiven der
Drehmomentbereich, d. h. das Verhältnis zwischen T."" und TD nur beispielsweise
wie 5:1 sein, während für Straßenfahrzeuge das Drehmoment einen .Bereich von 10:1
überstreichen sollte. Im Fall von Erdbewegungsfahrzeugen kann es erforderlich sein,
daß das Drehmoment einen Bereich von 20: 1 oder mehr überdeckt.
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In F i g. 1 ist eine Linie E eingezeichnet, welche die Grenze des
maximalen Drehmoments angibt, das von der Verbundmaschine ohne die Hilfe einer Hilfsturbine
gewonnen werden kann. Der vertikale Abstand zwischen der Linie E und der Kurve B
bei jeder Geschwindigkeit gibt den Beitrag der Hilfsturbine wieder. Es ist deutlich,
daß die Hauptwirkung zur Erzielung eines hohen Drehmoments dann vorliegt, wenn die
Ausgangswelle sich im Anlaufstadium
befindet. Auf diese Weise überwacht
die Hilfsturbine zu einem erheblichen Ausmaß das Drehmoment, das von der Ausgangswelle
bei niedrigen Drehzahlen geliefert wird.
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Die F i g. 2 und 3 geben Grundausbildungen der Antriebs-Verbundmäschine
gemäß der Erfindung wieder.
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In F i g. 2 ist mit 1 eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Zündung
wiedergegeben, die durch .ein Getriebe 14 mit einer Hauptturbine 2 verbunden ist.
Der Kolbenmotor treibt den Ring 3 a eines Planetengetriebes 3 an, welches das Differentialgetriebe
darstellt und dessen Sonnenrad 3 c so angeordnet ist, daß es einen Kompressor 4
antreiben kann. Der Planetenradträger 3 b des Getriebes 3 ist mit der Ausgangswelle
5 der Verbundmaschine gekuppelt, während ein. Zahnrad 6 eine Hilfsturbine 7 ebenfalls
mit der Ausgangswelle 5 verbindet.
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Der Kompressor 4 saugt am Einlaß 8 Luft an und liefert diese unter
einem erhöhten Druck von beispielsweise 4 Atmosphären über ein als Luftspeiseleitung
dienendes Rohr 9 an den Kolbenmotor. Bedarfsweise wird ein Teil der Luft durch eine
Rohrzweigleitung 10 der Hilfsturbine 7 zugeführt. In dem Rohr 10 ist ein Ventil
11 angeordnet, um die Zuführung von Luft zu dieser Hilfsturbine zu steuern. Die
Abgase des Kolbenmotors 1 werden durch ein Rohr 12 in die Hauptturbine- 2 geleitet,
aus der sie in die Atmosphäre bei 13 abgeführt werden.
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Wenn die Ausgangswelle- 5 unter durch die Auslegung der Verbundmaschine
vorgesehenen Bedingungen läuft, d. h. unter vollem Drehmoment TD bei maximaler Drehzal
N"", ist die Anordnung so getroffen, daß das Umgehungsventil 11 geschlossen ist
oder annähernd geschlossen ist, während der Ausstoß des Kompressors nach dem Durchgang
durch den Kolbenmotor 1 zum Antrieb der Hauptturbine 2 dient.
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In F i g. 3 sind die gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 2 benutzt,
es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß die Hauptturbine 2 in diesem Fall direkt über
ein Getriebe mit der Ausgangswelle verbunden ist, und zwar durch ein einfaches Untersetzungsgetriebe,
während die Hilfsturbine 7 in diesem Fall antriebsmäßig mit der Hauptturbine in
Verbindung steht. Der Kolbenmotor 1 ist mit dem Ring des Differentialgetriebes 3
antriebsmäßig verbunden.
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Um den Vorteil eines zusätzlichen Drehmoments von der Hilfsturbine
ausnutzen zu können, ist es notwendig, daß diese Hilfsturbine zwischen der Drehzahl
Null und einer vorbestimmten Drehzahl der Ausgangswelle wirksam wird. _ Demgemäß
ist es notwendig, däß die Hilfsturbine einen maximalen Beitrag unter Anlaufbedingungen
der Ausgangswelle liefert, während dieser Beitrag allmählich vermindert wird, bis
die Verbundmaschine in der Läge ist, den Bedarf bei normalen. Fahrgeschwindigkeiten
des Fahrzeuges zu decken, in welchem .die Verbundmaschine als Antriebsmaschine eingebaut
ist. Das Ventil 11, das die Menge der Luft kontrolliert, die der Hilfsturbine zugeführt
wird, muß also bei einer vorbestimmten Drehzahl der Ausgangswelle zu öffnen beginnen,
während die Drehzahl der Ausgangswelle sinkt, und muß dann vollständig offen sein,
.wenn die Ausgangswelle nahezu zum Stillstand kommt.
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Die vorbestimmte Drehzahl, bei der das Ventil 11 sich zu öffnen beginnt,
wenn die Drehzahl der Ausgangswelle absinkt, kann für alle Drehzahlen des Kolbenmotors
gleich sein, oder sie kann so festgelegt werden, daß sie bei verschiedenen Motordrehzahlen
variiert. Das Ventil kann nach einer ganz bestimmten Gesetzmäßigkeit geöffnet werden,
wie dies weiter unten beschrieben wird. Das Ventil beginnt sich fortschreitend zu
schließen, wenn die Ausgangswelle vom Wert Null an beschleunigt wird. Das Ventil
wird vollständig oder nahezu vollständig geschlossen., wenn die vorbestimmte -Drehzahl
der Ausgangswelle erreicht ist, so daß dann die Hilfsturbine keinen Beitrag mehr
zu dem Ausgangsdrehmoment liefert. Die in den F i g. 2 und 3 zur Bezeichnung der
Hauptteile der Antriebseinheit benutzten Bezugszechen werden nachfolgend bei allen
Ausführungsbeispielen wieder verwendet werden.
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In F i g. 4 ist eine praktische Ausführungsform der Verbundmaschine
gemäß der. Erfindung wiedergegeben. Die Bezugsziffer 1 bezeichnet eine horizontal
angeordnete gegenläufige Zweitaktkolbenmaschine mit Gleichstromspülung und wird
nachfolgend nur noch einfach als Motor bezeichnet. Zwei ein übersetzungsgetriebe
bildende Zahnräder 20 und 21 dienen zur Verbindung der Motorwelle 23 mit einem Differentialgetriebe
3. Das Zahnrad 21 ist fest mit dem Ring 3 a des Differentialgetriebes verbunden,
während der Planetenradträger 3 b antriebsmäßig mit der Ausgangswelle 5 über eine
Hohlwelle 24 und zwei Untersetzungszahnrädern 25 und 26 verbunden ist. Das Sonnenrad
3 c ist so angeordnet, daß es einen Zentrifugalkompressor über eine Welle 27 antreiben
kann. Eine Welle 28 und ein Zahnrad 29 verbinden die Hauptturbine 2 mit einem Zahnrad
30, das auf der Hohlwelle 24 befestigt ist, während eine Welle 31 und zwei Untersetzungszahnräder
32 und 33 die Hilfsturbine 7 mit der Hohlwelle 24 verbinden. Wenn man die Drehzahlen
aller Glieder des Differentialgetriebes durch das Zahnradpaar 20 und 21 erhöht;
wird die Größe des Drehmoments für gleiche Durchgangsleistung entsprechend vermindert,
verglichen mit einem direkten Antrieb für das Differential. Folglich können die
Elemente des Differentialgetriebes kleiner ausgebildet werden, was zu einem kleineren
und billigeren Getriebe führt: Es ist ersichtlich, daß- der Zentrifugalkompressor
normalerweise mit hohen Drehzahlen angetrieben werden sollte. Folglich führt ein
Anstieg der Drehzahl aller Elemente des Differentialgetriebes dazu, daß es möglich
wird, den. Zentrifugalkompressor ohne zusätzliche Getriebewege zwischen dem Sonnenrad
3 c und dem Kompressor anzutreiben. Die Geschwindigkeit des Sonnenrades 3 c kann
unter bestimmten Umständen dennoch nicht ausreichend hoch sein, um den Drehzahlanforderungen
des Zentrifugalkompressors zu genügen. Es kann daher dann notwendig werden, ein
weiteres Übersetzungsgetriebe 34 und 35 zwischen dem Sonnenrad 3 c und dem Kompressor
4 einzuschalten, wie dies in F i g. 4 c gezeigt ist. In diesem Fall ist die Kompressorwelle
mit dem Bezugszeichen 36 bezeichnet.
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In F i g. 4 a ist .das Zahnrad 21 mit dem Differentialgetriebe 3 über
einen Planetenradträger 3 b und die Hohlwelle 24 verbunden, die mit dem Ring 3 a
fest verbunden ist. Diese Anordnung der Zahnräder bildet eine alternative Ausführungsform
zu der in F i g. 4 und kann Vorteile ,in bestimmten praktischen Ausführungsformen
der Verbundmaschine haben. In F i g. 4b ist ein positiver Verdrängungskompressor
37, beispielsweise ein Flügelkompressor gezeigt, der
mit der Kompressorwelle
27 verbunden ist. Derartige Kompressoren werden für gewöhnlich mit einer Drehzahl
angetrieben, die gleich hoch wie bei Zentrifugalkompressoren ist. Daher sind die
Drehzahlanforderungen solcher Kompressoren leichter zu erfüllen, indem ein direkter
Antrieb von dem Sonnenrad 3 e über die Welle 27 erfolgt.
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Ein übersetzungsgetriebe für den Kompressor soll sicherstellen, daß
der Kompressor 4 mit einer Drehzahl angetrieben wird, die mit der Größe und den
Charakteristiken vereinbar ist, wobei die Tatsache berücksichtigt werden muß, daß
es erforderlich ist, eine variierende Luftmenge zeitweilig unter sehr hohem Ausgangsdruck
zu liefern und eine Drehmomentreaktion für das Differentialgetriebe vorzusehen,
derart, daß dieses Getriebe in der Lage ist, ein Drehmoment auf die Ausgangswelle
5 zu übertragen.
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Der Ausgangswelle 5 ist eine Regeleinrichtung in Form einer Drehzahlfühlvorrichtung
38 zugeordnet, während die gestrichelte Linie 39 eine Steuerverbindung andeutet,
mit der die Stellung des Hebels 40
des Ventils 11 in Abhängigkeit von der
Drehzahl verändert werden kann.
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Weiterhin ist ein Fußpedal 41 z. B. für die Steuerung der Brennstoffzufuhr
od,. dgl. zur Steuerung des Motors 1 vorgesehen, das auf ein Gestänge, 42 einwirkt,
um die Steuereinrichtung 43 für die Drehzahl des Motors 1 einzustellen. Mit der
Bezugsziffer 44 ist eine Steuerverbindung angedeutet, die sich von dem Brenstoffkontrollelement
zu der die Drehzahl fühlenden Vorrichtung 38 erstreckt, um diese ,in einer nachfolgend
zu beschreibenden Weise zu beeinflussen. Die Steuerverbindungen 39 und 44 können
durch übliche Steuerglieder wie Kabel, Winkelhebel, Druckmittelleitungen, Ventile
od. dgl. gebildet werden.
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In der Luftspeiseleitung g ist zwischen der Zweigleitung 10 und dem
Motor 1 ein Luftkühler 45 eingeschaltet. Die in den Motor eintretende Luft muß sich
auf einer für den Verbrennungsvorgang entsprechenden Temperatur befinden, damit
dieser Vorgang befriedigend abläuft. Andererseits ist es nicht erwünscht, Wärme
vom Motor durch die Luft abzuführen, mit der der Antrieb der Hilfsturbine .erfolgt.
Aus- diesem Grund ist der Luftkühler 45 zwischen der Zweigleitung 10 und dem Motor
1 angeordnet. Mit der Bezugsziffer 46 ist eine Freilaufkupplung der Welle 31 der
Hilfsturbine bezeichnet, die verhindert, daß die Hilfsturbine mit zu großer Drehzahl
angetrieben wird, wenn die Hilfsturbine die Ausgangswelle nicht positiv antreibt.
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m einem abgewandelten Ausführungsbeispiel, das in F i g. 5 gezeigt
ist, ist die Motorwelle 23 mit dem Ring 3e, des Differentialgetriebes direkt gekuppelt,
während der Planetenradträger 3 b antriebsmäßig mit der Ausgangswelle über die Hohlwelle
24 und die Zahnräder 25 und 26 verbunden ist. Das Sonnenrad 3 c ist antriebsmäßig
mit einem positiven Verdrängungskompressor 37 verbunden. Die Hauptturbine 2 und
die Hilfsturbine 7 sind mit der Ausgangswelle in der in F i g. 4 dargestellten Weise
verbunden. Die weiteren Zahnradelemente 48 und 49 sind so angeordnet, daß der Zentrifugalkompressor
4
in F i g. 5 a oder der Kompressor mit positiver Verdrängung 37 (F i g. 5
b) mit einer Drehzahl angetrieben werden, die mit dem Luftbedarf der übrigen Teile
der Verbundmaschine vereinbar ist, sowie mit den Anforderungen, daß eine Drehmomentwirkung
vorhanden ist, um über den Motor die Ausgangswelle antreiben zu können. Die auf
die Drehzahl ansprechende Regeleinrichtung 38 wird bei diesem Ausführungsbeispiel
durch die Welle 27 angetrieben. Die übrigen Elemente sind mit den gleichen Bezugsziffern
versehen, wie die in bezug auf F i g. 4 beschriebenen Elemente.
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Die Regeleinrichtung 38 kann ein bekannter Zentrifugalkraftregler
sein, dessen mit der zu fühlenden Drehzahl umlaufenden Pendelgewichte die gewünschten
Stehbewegungen liefern, die zur Betätigung des Ventils 11 ausgenutzt werden können.
Die Regeleinrichtung kann vorteilhafterweise der Ausgangswelle 5, aber auch irgendeiner
anderen Welle oder einem anderen Glied zugeordnet werden, beispielsweise der Hohlwelle
24 oder dem Planetenradträger 3 b, welche Elemente mit einer zu der Drehzahl der
Ausgangswelle proportionalen Drehzahl angetrieben werden. Alternativ dazu könnte
die Regeleinrichtung auch der Kompressorwelle oder irgendeiner Welle oder einem
Glied, z. B. der Welle 27, zugeordnet werden, die mit einer Drehzahl proportional
zu der Kompressordrehzahl rotiert.
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Wenn die Regeleinrichtung 38 der Ausgangswelle 5 zugeordnet ist, wird
man die Steuerung des Ventils 11 so vorsehen, .daß das Ventil fortschreitend geschlossen
wird. Wenn daher die Ausgangswelle sich im Anlaufstadium befindet, erreicht das
Ventil die volle Öffnung. Die Schließung des Ventils 11 bei steigender Drehzahl
könnte auf einen vorbestimmten Wert durch einen entsprechenden Anschlag in der Regeleinrichtung
begrenzt werden. Die vorbestimmte Drehzahl könnte in diesem Fall bis zu den Punkten
F, G, H auf den Kurven B; e, D in F i g. 1 ansteigen.
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Wenn die Zentrifugalkraft-Regeleinrichtung von der Kompres.sorwelle
27 oder 36 oder einer Welle angetrieben wird, die mit einer der Kompressorwelle
proportionalen Drehzahl umläuft, ist die Betätigung des Ventils Il so vorgesehen,
daß es mit zunehmender Drehzahl fortschreitend. geöffnet wird. Wenn die Motordrehzahl
konstant gehalten wird, sorgt das Differentialgetriebe dafür, daß, wenn die Drehzahl
der Ausgangswelle auf Null abnimmt, die Drehzahl des Kompressors auf das Maximum
ansteigt. Wenn also das Ventil 11 fortschreitend geöffnet wird, wird diese Öffnungsbewegung
abhängig sein von .einem Anstieg in der Drehzahl der Kompressorwelle, und zwar von
einer vorbestimmten Drehzahl dieser Welle bis auf den maximalen Wert. F i g. 7 zeigt
den Zusammenhang zwischen der Drehzahl Nc des Kompressors zu der Drehzahl N der
Ausgangswelle, und zwar bei verschiedenen Werten für die Maschinendrehzahl NC entsprechend
den Kurren B, C, D in F i g, 1. Wenn der Öffnungsvorgang für das Ventil 11 so eingestellt
ist, daß er bei der Drehzahl Ncl beginnt, beeinf<ußt die Drehzahl der Maschine
die Drehzahl der Ausgangswelle, bei welcher dieser Vorgang eintritt. Die vorbestimmte
Drehzahl, bei der die Hilfsturbine anfängt, die Ausgangswelle mit anzutreiben,,
da die Drehzahl dieser Welle absinkt, ist daher abhängig von der Maschinendrehzahl,
wenn die Steuervorrichtung von der Kompressorwelle allein angetrieben wird. In diesem
Fall würden die Punkte auf den Kurven B, G, D, an denen das Ventil 11 zu öffnen
beginnt, beispielsweise an den Punkten F, J, K, erscheinen.
In F
i g. 6 zeigt eine besondere Ausführungsform. einer Zentrifugalkraft-Regeleinrichtung
38, die entweder durch die Ausgangswelle 5 oder die Kompressorwelle 27 angetrieben
wird, wobei die Antriebswelle in F i g. 6 mit 53 bezeichnet ist. Auf dieser sind
bei 52 die Schwenkarme 55 von Schwunggewichten 54 angelenkt, die über Lenker 57
auf eine Schiebehülse 56 einwirken. Diese steht unter der. Wirkung von zwei Vorspannfedem
60 und 63, von denen die erste an einem festen Anschlag 61 und die andere an einem
Schiebering 64 abgestützt sind. In eine Nut 59 der Schiebehülse 56 greift ein Winkelhebel
58, der mit einem Betätigungshebel 40 des Ventils 11 verbunden ist. In, eine Nut
65 des Schieberinges 64 greift ein Winkelhebel 66 ein, der zusammen mit einem weiteren
Winkelhebel 67 einen Teil der Steuerverbindung 44 bildet, auf die bereits oben im
Zusammenhang mit F i g. 4 Bezug genommen wor= den ist. Diese Steuerverbindung geht
von dem Brennstoffkontrollglied aus, das durch einen Hebel 68 wiedergegeben ist.
Durch entsprechende Ausbildung der Teile der Regeleinrichtung können die Punkte
vorbestimmt werden, an denen das Ventil sich zu öffnen beginnt, wenn die Maschine
unter Teillast steht. Weiterhin kann der Öffnungsvorgang1.des Ventils so beeinflußt
sein, daß, er nach einem gewählten Gesetz abläuft. Zu diesem Zweck kann die Regeleinrichtung
entsprechend ausgebildet sein.
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Wenn die Hilfsturbine in der Verbundmaschine fehlen würde, könnten
Anordnungen so - getroffen werden, daß der Motor unter von den normalen Betriebsverhältnissen
abweichenden Verhältnissen für den Start des Fahrzeuges betrieben wird. Dies würde
bedeuten, daß der Motor so ausgelegt sein maß, daß er ein höheres Drehmoment als
normal bei der gleichen Drehzahl liefert, und zwar durch Zufuhr von zusätzlichem
Brennstoff. Das Einstellen der Injektoren und der Brennstoffpumpen in dem Fall einer
Dieselmaschine müßten entsprechend dieser zusätzlichen Brennstoffmenge eingestellt
werden. Eine höhere Drehmomentlieferung durch den Motor würde notwendigerweise zu
einem höheren Drehmoment am Kompressor führen, was zu einer Erhöhung des Druckes
in der Motorverteilerleitung führt. Eine verstärkte Massenströmung würde außerdem
zu einem vergrößerten Drehmoment in der Hauptturbine führen. Die Maschine könnte
also eine wesentlich vergrößerte Leistung und ein größeres Drehmoment bei der gleichen
Drehzahl unter den Auslegungsverhältnissen liefern. ' Es maß dabei jedoch daran
erinnert werden, daß während des Startvorganges des Fahrzeuges die Ausgangswelle
sich .in Ruhe befindet oder sich nur ganz langsam dreht und daß der Kompressor so
ausgelegt sein müßte, daß er das wesentlich vergrößerte Drehmoment des unter abnormalen
Bedingungen betriebenen Motors voll absorbiert. Selbst bei dieser vergrößerten Leistung
kann das Drehmoment an: der Ausgangswelle; . das sowohl von dem Motor als auch von
der Hauptturbine abgeleitet wird, nicht bis auf einen Stand gebracht werden, der
wesentlich mehr als dreimal dem Wert des Drehmoments bei normalen Auslegungsbedingungen
entspricht. Tatsächlich würde der Weg, auf dem auf diese Weise von dem Motor Leistung
gewonnen wird, zu einer Beeinträchtigung der Zuverlässigkeit oder Betriebssicherheit
führen., die bei dem Motor vorgesehen ist. Dies ist natürlich unerwünscht. In jedem
Fall ist eine dreifache Vergrößerang des normalen Drehmoments, das bei den Auslegungsverhältnissen
erhalten wird, nicht ausreichend bei normalen Schienen- oder Straßenfahrzeugen,
um adäquate Drehmomentübertragungswerte ohne die Hilfe von üblichen Übertragungsmitteln
zu erhalten. Ein weiterer Nachteil des oben beschriebenen Verfahrens- zur Erhaltung
eines vergrößerten Drehmoments liegt darin, daß der Kompressor, der so ausgebildet
ist, daß er den Übergangsverhältnissen beim Anlaufen des Fahrzeuges Rechnung trägt,
einen erheblich verstärkten Massendurchfluß über seinen ganzen Arbeitsbereich aufweist,
so daß ein Teil dieses Massendurchflusses in die Atmosphäre abgeleitet werden maß.
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Um diese möglicherweise übermäßige Motorbeanspruchung während des
Anlaufens zu vermindern, könnte das System, das immer noch ohne die genannte Hilfsturbine
angenommen wird, dadurch verbessert werden, daß z. B. der Motor so ausgebildet und
betrieben wird, daß er die gleiche Ausgangsleistung am Startpunkt wie. an dem Auslegungspunkt
entwickelt. In diesem Fall brauchte der Kompressor nicht mehr als die ausgelegte
Leistung des Motors bei Startdrehzahlen verbrauchen, die zwar im Vergleich mit der
normalen Betriebsleistung des Kompressors hoch ist, jedoch Anlaß zu einem günstigeren
Auslegungsparameter als die vorherige Anordnung gibt. Jedoch ergibt sich an. Stelle
der Verminderung des Leistungsverbrauches durch den Kompressor die gleiche überhöhte
Drehzahl für den Kompressor beim Anlaufen. Es ist also auch hier erforderlich, einen
Teil des erhöhten Mass.endurch-Flusses des Kompressors abzuleiten. Darüber hinaus
fällt das gesamte kombinierte Drehmoment an der Ausgangswelle auf einen Faktor von
etwa nur zweimal dem Drehmoment für die Auslegungsverhältnisse.
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Durch Verwendung der Maßnahme gemäß der Erfindung, d. h. durch Anordnung
einer Hilfsturbine in dem Umgehungsluftweg, kann der vergrößerte Massendurchfluß
leicht dazu verwendet werden, um an der, Ausgangswelle über ein geeignetes übersetzungsgetriebe
ein Startdrehmoment zu entwickeln, das zehnmal das Drehmoment unter Auslegungsverhältnissen
übersteigt und daher besonders geeignet ist für Straßenfahrzeuge. Der ..zuletzt.
genannte Wert ist natürlich ausreichend hoch, um der Verbundmaschine die Möglichkeit
zu geben, ein Fahrzeug vom Stillstand an zu beschleunigen, und zwar mit einer beachtlichen
Anfangsbeschleunigung, bis .auf die höchste Geschwindigkeit, und zwar ohne die Notwendigkeit
von Hilfsübertr a°ungsmitteln, d. h., es wird eine stufenlose Übertragung der Leistung
möglich vom Start an. _ Ein Vorteil der Verbundmaschine nach der Erfindung sollte
besonders hervorgehoben werden. Der große Anstieg an. Drehmoment,. der von der Verbundmaschine-
bei niedrigen -Ausgangswellendrehzahlen erhalten werden kann, beruht auf der Auslegung
und der Ausbildung der Hilfsturbine und der =Antriebsverbindung, insbesondere auf
dem Drehmomentverhältnis der Antriebsverbindung: - Die Zahnräder 32 und 33 in F
i g. 4 und 5 sind in großem Umfang die beherrschenden Faktoren in der Bestimmung
des Drehmoments, das durch die Hilfsturbine auf die Welle aufgebracht wird, obwohl
die Größe und die Ausbildung der Hilfsturbine ebenfalls wesentliche Faktoren sind.
Es ist klar, daß während
die Hilfsturbine eine sehr teure Komponente
der Verbundmaschine ist, die Zahnräder 32 und 33 nicht teuer sind und daß die Verhältnisse
bei niedrigen Drehzahlen einer besonderen. -Kombination von Kolbenmotor, Hauptturbine,
.Kompressor, Hilfsturbine und Differentialgetriebe im weiten Umfang variiert werden
können, um eine Anpassung an die besonderen Installationsverhältnisse zu erhalten,
und zwar einfach durch Veränderung der Größe der im Eingriff stehenden Zahnräder
32 und 33. Auf diese Weise kann mit sehr - geringen Kosten eine große Flexibilität
für die verschiedenen Einbauzwecke erhalten werden: Der Wirkungsgrad der Hilfsturbine
ist von untergeordneter Bedeutung im Hinblick auf deren Hauptfunktion, nämlich der
Verstärkung des Drehmoments.