DE1476935B2

DE1476935B2 - Gasturbinenaggregat fuer personen- und kombikraftwagen sowie kleintransporter

Info

Publication number: DE1476935B2
Application number: DE1966W0040837
Authority: DE
Inventors: Sam Barlow Walied Lake Mich. Williams (V.StA.)
Original assignee: Williams Research Corp., Walled Lake, Mich. (V.StA.)
Priority date: 1965-02-01
Filing date: 1966-01-31
Publication date: 1976-12-02
Also published as: US3363415A; DE1776234A1; SE340725B; DE1476935A1; SE340726B; DE1776264A1; US3377798A; GB1136853A; GB1136851A; SE346139B; DE1776234B2; GB1136854A; GB1136852A; DE1776234C3

Description

Die Erfindung betrifft ein Gasturbinenaggregat für Personen- und Kombikraftwagen sowie Kleintransporter zum Einbau in das Heck des Fahrzeugs hinter der angetriebenen Hinterachse, das über einen am Vorderende des Turbinengehäuses angeflanschten Getriebekasten mit der Hinterachse verbunden ist.

Bekannte Gasturbinenaggregate der vorstehend beschriebenen Art nehmen, sofern sie im Fahrzeugheck eingebaut sind, den gesamten Raum hinter den Rücksitzen bzw. der Heckscheibe und unterhalb der Heckklappe der Karosserie ein. Neben dieser durch die Konstruktion und Anordnung ihrer Einzelteile bedingten voluminösen Raumbeanspruchung sind außerdem bei den herkömmlichen Gasturbinenaggregaten die Wärmeprobleme schwierig zu lösen, und es wird für das gesamte Aggregat maschinenbautechnisch ein verhältnismäßig großer Aufwand getrieben, da die Aggregateinzelteile mehr oder weniger beliebig zusammengefügt und durch Gasführungskanäle miteinander verbunden sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gasturbinenaggregat der eingangs beschriebenen Art in neuer technischer Konzeption so zu gestalten, daß es in gleicher Weise wie bereits bekannte Otto-Motoren nur einen geringen Raum im unteren Teil des Fahrzeughecks einnimmt, so daß auch noch im Heck unter der Kofferraumhaube Gepäckraum vorhanden ist, wobei dieser Gepäckraum wie auch der Fahrgastraum nicht durch unangenehm hohe Wärmeabstrahlung von den im Turbinenaggregat benötigten heißen Gasströmen belästigt wird, aber trotzdem auf teure und platzaufwendige zusätzliche Wärmeabschirmungen verzichtet werden kann.

Diese Aufgabe wird bei der Erfindung gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.

Dadurch wird eine flache Gesamtanordnung erzielt,

die den gewünschten Einbau im hinteren unteren Fahrzeugteil ermöglicht. Außerdem sind die Probleme, die mit der Wärmeabstrahlung an die Umgebung verbunden sind, wenn eine derart gedrängte Einbauwei-5 se im Fahrzeug gewünscht ist, mit der erfindungsgemäßen Konstruktion beherrschbar. Das Gasturbinenaggre_: gat nach der Erfindung steht also in seiner Gesamtheit einschließlich Wärmetauscher im Hinblick auf den Platzbedarf den durch den Aufbau als Boxer-Motor io besonders flach bauenden Otto-Motoren für den Einbau in ein PKW-Heck in keiner Weise nach, wobei darüber hinaus das Gasturbinenaggregat nach der Erfindung nicht an eine bestimmte waagerechte Lage gebunden ist, sondern auch schräg oder senkrecht eingebaut 15 werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Sehr wesentlich ist dabei die Möglichkeit zu einer freitragenden Konstruktion mit Hilfe von einander übergreifenden Blechpreßteilen, die tragend und zugleich Gasstrom führend sind und sich nach den Prinzipiefr~3er Massenfertigung gesfäRen lassen. - '

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der Zeichnung nachstehend beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 eine Seitenansicht des Heckteils eines Automobils mit eingebauter Gasturbine,

F i g. 2 eine Rückansicht des Automobils,

F i g. 3 eine Draufsicht auf das Heckteil des Automobils,

F i g. 4 einen horizontalen Schnitt durch die Gasturbine,

F i g. 5 den Schnitt nach 5-5 der F i g. 6 durch eine der Wärmetauscher-Matrizen,

F i g. 6 den Schnitt nach 6-6 der F i g. 3, der den Aufbau des Wärmetauschers wiedergibt,

F i g. 7 eine Vorderansicht eines der Preßteile des Turbinengehäuses,

F i g. 8 eine Draufsicht auf dieses Gehäuse,

F i g. 9 den Schnitt durch dieses Gehäuse nach 9-9 in Fig.8,

Fig. 10 eine Rückansicht eines der Preßteile der Überführung für die verdichtete Luft zu den Wärmetauschern,

F i g. 11 eine Draufsicht auf dieses Teil,
F i g. 12 den Querschnitt durch dieses Teil nach 12-12 in F ig. 11,

Fig. 13 eine Rückansicht eines der Preßteile der Überführung für die erhitzte Luft von den Wärmetauschern zur Brennkammer,
Fig. 14 eine Draufsicht auf dieses Teil,

F i g. 15 den Schnitt nach 15-15 in F i g. 14,

Fig. 16 eine Vorderansicht eines der Preßteile der Überführung für das verbrannte Gas vom Abgaskanal zu den Wärmetauschern,
Fig. 17 eine Draufsicht auf dieses Teil,

F i g. 18 den Schnitt nach 18-18 in F i g. 17,

Fig. 19 einen schematischen Schnitt durch das Getriebegehäuse senkrecht zur Turbinenwelle,

Fig.20 den Kettenantrieb für die Wärmetauscher-Matrizen.

Allgemein beschrieben, enthält das dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Gasturbine mit einer Abtriebswelle, die von einer Verdichterhohlwelle umgeben ist und um die herum sich ein ringförmiger Brennraum befindet. Ein Radialverdichter fördert Luft auf die beiden gegenüberliegenden Seiten der Maschine zu den Eintrittsöffnungen von vier Axialstrom-Regenerationswärmetauschern mit sich drehenden Matrizen.

Diese Wärmetauscher sind als zwei koaxiale Paare auf beiden Seiten der Turbinenhauptachse angebracht, so daß die Achsen der Wärmetauscherpaare im rechten Winkel mit erheblichem Abstand zur Turbinenachse stehen. Die beiden Matrizen eines Paares der Wärmetauscher sind in der senkrechten Richtung ihrer Achsen mit Abstand voneinander angebracht. Die ganze Einheit zeigt im großen und ganzen die Form eines T, d. h. die Gehäusehöhe ist nicht größer als es für die Unterbringung des Verdichters, der Brennkammer und der Turbinenräder erforderlich ist, wobei die Gehäuseteile die Ausblasleitungen und die rückwärtig an den beiden Seiten des den Verdichter, die Brennkammer und die Turbinenräder umschließenden Gehäuses sich befindenden Wärmetauscherpaare mit enthalten.

Die Maschine ist im Heck eines Kraftfahrzeuges unterhalb der Ladefläche angebracht, und die von der Maschine ausgestoßenen Abgase werden von den rückwärtigen Gehäuseteilen, die die Wärmetauscher umschließen, nach rückwärts und nach abwärts geführt, jo Auf diese Weise werden die Abgase ohne Zwischenschaltung von zusätzlichen Rohrleitungen direkt ausgeblasen. Die Frischluft wird durch" Grills am hinteren Ende des Fahrzeugs eingesogen und über Leitungen, die um das Maschinengehäuse herumgeführt sind, unter der Maschine durch einen Geräuschdämpfer und eine Filteranlage und dann in die Ansaugkammer des Verdichters geführt.

Das Gehäuse ist im wesentlichen aus vier Paaren von Blech-Preßteilen zusammengesetzt, die paarweise zur Hauptachse gleich sind, mit ihren offenen Seiten gegeneinanderstehen und Kanten aufweisen, die entweder aneinanderliegen oder sich überlappen und miteinander hartverlötet werden. Ein Paar von Preßteilen stellt das Hauptgehäuse dar und dient als hauptsächliches, äußeres Rückteil des Gesamtgehäuses und leitet die aus den Wärmetauscherpaaren austretenden Abgase in die Luft. Ein zweites Paar Preßteile führt die aus dem Verdichter austretende Luft in die Räume über und unter die Vorderabschnitte eines jeden Wärmetauscherpaares, so daß die Luft in die Wärmetauschermatrizen einströmen kann.

Ein drittes Paar Preßteile ragt mit Teilen in die Zwischenräume zwischen den zwei Matrizenpaaren auf deren nach vorn gerichteten Abschnitten, nimmt die erhitzte Luft, die aus den Matrizen ausströmt auf, und leitet sie in die den Brenner umgebende Kammer. Ein viertes Paar Preßteile, Abgasleitungspreßteile genannt, enthält die Abgasleitvorrichtung und führt vom Turbinenrad der zweiten Turbinenstufe mit Teilen zwischen die beiden Paare der Matrizen auf deren Rückseite, wobei es die heißen Abgase in die Wärmetauscher ableitet. Die Hauptgehäusepreßteile bilden Kammern über und unter den Matrizen in dem — in Fahrtrichtung gesehen — hinteren Teil des Wärmetauschers zur Aufnahme der ausströmenden Abgase, um sie dann in die Luft zu entlassen. Außer einer verhältnismäßig schmalen Ringzone eines Zwischenhalteringes sind nur die Preßteile des die ausströmenden Gase führenden Hauptgehäuses und die to die vom Verdichter kommende Luft aufnehmenden Preßteile an der umgebenden Luft. Kein wesentlicher Teil der äußeren Gehäusefläche hat daher eine höhere Temperatur als die Temperatur der aus den Wärmetauschern austretenden, gekühlten Abgase, weshalb weit- *j gehend keine Notwendigkeit besteht, gegen Hitze zu isolieren.

Die rückwärtig gelegenen Wände der Hauptgehäusepreßteile haben öffnungen, die mit abnehmbaren, gewölbten Deckeln abgedeckt sind. Durch Entfernen der Deckel ist der Zugang zu den Wärmetauscher-Matrizen und ihren Dichtungen möglich, so daß diese eingesetzt oder aus dem Gehäuse herausgenommen werden können, ohne daß der Aufbau der Turbine oder die Fluchtung der übrigen Maschinenteile beeinflußt werden muß.

Das Turbinengehäuse ist an einem vor ihm liegenden Getriebekasten befestigt und wird von diesem getragen.

In der Zeichnung und, genauer in den F i g. 1 bis 3 bedeutet die Ziffer 21 ganz allgemein schematisch ein Kraftfahrzeug mit Hinterrädern 22 und einer hinteren Ladefläche 23, unter der eine im ganzen mit 24 bezeichnete Gasturbine angebracht ist. Zwischen Rückfenster 26 und Kofferraumdeckel 27 ist ein Lufteintrittsgrill 25 vorgesehen, von dem aus ein Paar Leitungen 28 und 29 seitwärts und dann rückwärts entlang der Kofferraumwände zu einer Kammer 31 am Hinterende des Fahrzeugs führen. Die Länge der Leitungen 28 und 29 ist dazu geeignet, die Feuchtigkeit in der Ansaugluft"" aosfallen- zu lassen. Die Leitung 32 führt von der Kammer 31 abwärts und dann unter der Fahrzeugmitte nach vorn zu einer Luftfilter- und Geräuschdämpfer-Kammer 33 unter der Gasturbine 24. Diese Kammer 33 ist groß genug, daß in ihr eine Geräuschdämpfer- und Filtereinheit 34 untergebracht werden kann, durch die die Luft hindurchströmt, wonach sie aufwärts durch eine Leitung 35 in eine Verdichteransaugkammer 36 geführt wird, die in F i g. 4 zu sehen ist.

Die Abgase der Turbine werden nach hinten schräg abwärts aus dem im allgemeinen mit 37 bezeichneten Turbinengehäuse (s. auch F i g. 6) durch Schlitze 38 in diesem Gehäuse zu einem Paar rückwärts und abwärts gerichteten Auspuffleitungen 39 geführt, die nach hinten gerichtete öffnungen 40 aufweisen. Wie in den F i g. 1 und 2 zu sehen ist, befinden sich diese Öffnungen 40 dicht an der Unterseite des Fahrzeughinterendes, so daß die Abgase nicht weiter in Rohren fortgeleitet werden müssen, sondern direkt in die Luft ausgeblasen werden können.

Der grundsätzliche Aufbau des Gasturbinenaggregates selbst geht am besten aus der Fig.3 hervor. Das Äußere des Gesamtgehäuses ist im wesentlichen durch das Turbinengehäuse 37 bestimmt zusammen mit einem Druckluftgehäuse 41 und einem Getriebegehäuse 42. Das Gehäuse 41 erstreckt sich zu beiden Seiten des Turbinengehäuses 37 in Teilen, die in F i g. 3 mit 43 und 44 bezeichnet sind. Diese Teile 43 und 44 enthalten jeder ein Paar umlaufender, axial durchströmter Regenerationswärmetauscher mit Wärmetauscherscheiben bzw. Matrizen, von denen ein Paar in F i g. 6 gezeigt ist, bei der die obere Matrix als Ganzes mit 45 und die untere mit 46 bezeichnet ist. Jede Matrix besteht aus einer massiven Nabe 47, die verdrehsicher an einer senkrechten Welle 48 befestigt ist, aus einem massiven Außenring 49 und einem Hauptteil 51 mit vielen, in Achsrichtung verlaufenden Löchern, welcher aus wärmespeicherndem Material besteht Die heißen Abgase, die während eines Teils ihres Umlaufs durch die Löcher strömen, erhitzen die Matrix so, daß die Hitze auf die verdichtete Luft übertragen wird, die während eines weiteren Teils ihres Umlaufs die Matrix durchströmt.

Die Welle 48 wird in einem oberen Lager 52 und einem unteren Lager 53 gehalten, die ihrerseits am Turbinengehäuse 37 befestigt sind, wie weiter unten

noch beschrieben wird. Die Matrizen 45 und 46 haben in senkrechter Richtung einen Abstand voneinander, aber es sei hier erwähnt, daß, abgesehen von den abwärts gerichteten Leitungen 39, die Gesamthöhe der Teile 43 und 44 nicht größer ist als die Höhe bzw. der Durchmesser des Turbinengehäuses 37 bzw. Druckluftgehäuses 4t.

Ein Anlasser 54 sitzt auf der Vorderseite des Getriebegehäuses 42, und neben dem Anlasser ist eine ölkühler- und Gebläseeinheit 55 angebracht deren Abluft, wie die Pfeile in F i g. 1 zeigen, nach vorn abgeblasen wird. Eine Wechselstromlichtmaschine 56 (s. Fig.2) und eine Kraftstoffpumpe 57 (Fig.3) sind gleichfalls auf dem Getriebegehäuse 42 angebracht

Das Getriebegehäuse 42 hat eine Innenwand 58, die den Getriebekasten 59 (F i g. 4) von der Verdichter-Ansaugkammer 36 trennt Die nach hinten vorspringende Wand 61 des Getriebegehäuses 42, die die Kammer 36 umschließt, hat einen Befestigungsflansch 62, auf dem ein Verdichtertragring 63 mit Bolzen angeschraubt ist Der Verdichter ist im Ganzen mit 65 bezeichnet und besteht aus einem Verdichtergehäuse 66, das mit Bolzen 67 an dem Tragring 63 angeschraubt ist und im P-. Verdichtergehäuse 66 drehbar angebrachten Verdich-, : ter- Laufrad 68. Leitschaufeln 69 erstrecken sich zwischen dem Gehäuse 66 und an der Innenwand 58 : angebrachten, nach rückwärts sich erstreckenden Teilen ■ 71 in radialer Richtung. Ein Verdichterleitwerk 72 mit radialen Rippen 73 ist in Verlängerung der radialen Teile des Laufrades 68 nach außen angebracht um die verdichtete Luft zunächst in radialer und dann in axialer Richtung nach hinten zu leiten. Eine Treibstoffzuführleitung 74 ist in dem Verdichtergehäuse 66 vorgesehen, die zu einer Kraftstoffleitung 75 in einer der Rippen 73 führt. Die Leitung 75 führt nach innen zu einer weiteren Leitung 76 in einem zentrisch an den Rippen befestigten Glied 77, und diese Leitung führt in einen Ringspalt 78, der durch Teile gebildet wird, welche an dem Glied 77 befestigt sind und in einer ringförmigen Brennkammer, die im Ganzen mit 79 bezeichnet ist Hegen. Diese Brennkammer hat Lufteintrittsschlitze 81 und 82 in radiale Leitungen 83, um die aufgeheizte, verdichtete Luft von einer Kammer 84, die die Brennkammer umgibt, in deren Innenraum zu bringen.

Q Die ganze, hinter dem Getriebegehäuse 42 liegende Gasturbine wird vom Getriebegehäuse gehalten, und die Halterung geschieht vor allem durch das Druckluftgehäüse 41. Dieses Gehäuse ist aus zwei gleichen Preßteilen zusammengesetzt von denen eines im einzelnen in den Fig. 10 bis 12 zu sehen ist und im 5*> ganzes in diesen Figuren mit 85 bezeichnet ist

Das Gehäuse 41 wird hergestellt indem zwei Preßteile 85 gegerieinandergelcgt und mit ihren nach außen gebogenen Rändern 86 überlappt hartverlötet werden. Jedes Preßteil 85 besteht aus einem halbkreisförmigen Mittelteil 87 mit einer nach vom weisenden Kante 88 von verhältnismäßig großem Durchmesser und einer nach hinten weisenden Kante von vergleichsweise kleinem Durchmesser, wobei der Mittelteil 87 nach außen gewölbt ist so daß die beiden aneinanderlie- *° genden Preßteile 85 eine Kammer bilden, die den rückwärts gerichteten Ausgang des Verdichterieitwerks 72 umgibt. Die vornliegende Kante 88 ist an dem Verdichtertragring 63 befestigt (s. Fig.4), und die hintere Kante 89 umgibt und berührt ein Heißluftgehäu- ⁶S se, das weiter unten beschrieben wird.

Jedes Preßteil 85 weist ein Paar Teile 91 und 92 auf (s. Fig. 11), die auf entgegengesetzten Seiten des Mittelteils 87 seitlich abstehen und deren Höhe etwa die Gesamthöhe der Kante 88 ist wie in Fig. 12 zu sehen ist Jeder Teil hat eine senkrechte Vorderwand 93, deren innerer Abschnitt sich seitlich erstreckt und deren äußerer Teil nach rückwärts gekrümmt ist so daß er sich den Frontpartien der Matrizen 45 und 46 anpaßt Die Außenwand 94 jedes Teiles 91 und 92 ist auswärts gewölbt so daß sie eine Kammer über jeder Matrix 45 bzw. unter jeder Matrix 46 bildet wie F i g. 6 zeigt Die Vorderwände 93 brechen an den Punkten 95 und 96 in der F i g. 11 ab, und die Teile 91 und 92 sind nach rückwärts offen. Die rückwärtigen Kanten der Außenwände 94 enden in Flanschen 97, und die Seiten des Mittelteils 87 haben schmale, senkrechte Wände 98 (s. Fig. 10 und 12). Die Flansche 97 und die Wände 98 liegen an den Preßteilen an, aus denen das Turbinengehäuse 37 besteht wie später noch gezeigt wird; das Turbinengehäuse ist in F i g. 12 gestrichelt angedeutet

Das Heißluftgehäuse ist in den F i g. 4 und 6 als Ganzes mit 99 bezeichnet und besteht aus zwei gleichen Preßteilen-101, von denen eines in der Fig. 13_bjs 15 dargestellt ist UrcLdas Heißluftgehäuse 99 zu erhalten, werden zwei Preßteile*~101 fnit ihren zugehörigen, auswärts gerichteten Flanschen 102 aneinandergelegt und hartverlötet Der Mittelteil 103 jedes Preßteils 101 ist halbkreisförmig und sein Vorderrand 104 von verhältnismäßig großem Durchmesser, sein Hinterrand 105 von verhältnismäßig kleinem Durchmesser. Die Gestalt der von den Mittelteilen 103 gebildeten Mittelkammer ist der von den Mittelteilen 87 der Preßteile 85 gebildeten Mittelkammer, außer daß jene kleiner ist gleich; d. h., sie liegt innerhalb der Mittelteile 87 der Preßteile 85, so daß ein Ringraum 106 entsteht durch den die verdichtete Luft vom Verdichterleitwerk 72 strömt Wie bereits erwähnt schließen die Kanten 89 der Preßteile 85 dicht mit dem Hinterrand 105 der Preßteile 101 ab und schließen damit das hintere Ende der Kammer 106. Der Pfeil 107 in Fig. 12 zeigt die Strömungsrichtung der verdichteten Luft vom Ringraum 106 zwischen dem Druckluftgehäuse 41 und Heißluftgehäuse 99 (Gehäuse 99 ist teilweise strichpunktiert in F i g. 12 angedeutet) durch die Kammer, die von der Außenwand 94 des Druckluftgehäuses 41 gebildet wird, zu den Wärmetauscher-Matrizen 45 und 46.

Jedes Preßteil 101 hat ein Paar Seitenteile 108 und 109 (s. Fig. 14)^ Die vier Seitenteile der beiden Preßteile bilden so zwei Heißluft-Aufnahmekammern, von denen eine in Fi g. 6 mit 111 bezeichnet ist Jede Kammer 111 liegt zwischen den Matrizen 45 und 46 eines Wärmetauschers und hat öffnungen 112 und 113 gegen die Matrizen 45 bzw. 46 hin. Dichtungen 114 und 115 liegen zwischen den öffnungen 112 bzw. 113 und den zugehörigen Matrizen. Diese Dichtungen können jede beliebige Gestalt haben, wenn sie nur die Drehung der Matrizen erlauben und dabei den Austritt der erhitzten, verdichteten Luft verhindern.

Die allgemeine Form der Seitenteile 108 und 109 zeigt sich am besten in der Fig. 14, worin sie auf ihrer Vorderseite senkrechte Wände 116 und 117 haben, die entsprechend den Wänden 93 der Preßteile 85 verlaufen, aber nach innen von ihnen einen Abstand halten (s. Fig.6). Die hinteren senkrechten Wände 118 und 119 der Seitenteile 108 und 109 sind nach rückwärts gewölbt aber schwächer als die Vorderwände 116 und 117. Die Wände 116 bis 119 erstrecken sich zur Mitte alle bis zum Mittelteil 103 des Preßteils 101, so daß sie Teile der Verbindungsleitungen bilden, die die erhitzte

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Luft von den Seitenteilen 108 und 109 zur Mittelkammer leiten, die durch die Teile 103 zweier zusammengehörender Preßteile gebildet wird. Die Mittelkammer ist in Fig.4 mit 84 bezeichnet, und die Verbindungswege zwischen den Seitenteilen 108 und 109 und der Kammer 84 sind in den Fig. 13 und 15 mit 121 und 122 bezeichnet.

Die Verdichterwelle 123 besteht aus einer inneren Hohlwelle 124 und einer äußeren Hohlwelle 125, weiche sich zwischen dem Turbinenrad 126 der ersten Stufe und dem Laufrad 68 des Verdichters erstrecken und einen Ringspalt 127 zwischen sich bilden. Genauer gesagt, erstreckt sich die äußere Hohlwelle 125 zwischen einem äußeren Teil der Turbinenradnabe und der Verdichternabe, wogegen sich die Hohlwelle 124 von einem Innenteil der Turbinenradnabe durch den Verdichter und durch die Innenwand 58 des Getriebegehäuses hindurch erstreckt, weiche ein vorderes Lager 128 der Verdichterwelle trägt (s. F i g. 4). Das hintere Lager 129 der Verdichterwelle ist in der Turbinenradnabe untergebracht; seine Befestigung wird weiter unten beschrieben. An der inneren Hohlwelle 124 ist auf der Vorderseite der Innenwand 58 ein Hilfsantriebsritzel 131 angebracht.

Die Abtriebswelle 132 liegt koaxial innerhalb der inneren Hohlwelle 124 des Verdichters, mit einem Zwischenraum 133 von dieser getrennt. Ein Zwischenlager 134 führt die Abtriebswelle 132 zunächst in den Zwischenraum 133, und die Abtriebswelle 132 tritt mit einem vorderen Lager 135, das innerhalb der inneren Hohlwelle 124 liegt und von einer Mutter 136 gehalten wird, bis auf die Vorderseite der Innenwand 58 durch, wodurch die Abtriebswelle 132 drehbar getragen wird.

Ein Abtriebsritzel 137 ist vor der Mutter 136 auf der Abtriebswelle 132 befestigt, von jener durch einen Druckring 138 getrennt und durch eine weitere Mutter 139 festgesetzt. In der Abtriebswelle 132 ist eine axiale Ölbohrung 141 vorgesehen, die vom Vorderende der Welle durch die ganze Welle hindurchführt und erst kurz vor dem Teil endet, auf dem die Turbinenradnabe des Turbinenrades 142 der zweiten Turbinenstufe angebracht ist. Dieses Rad ist am hinteren Ende der Abtriebswelle mit einer Mutter 143 befestigt.

Ein trommeiförmiges äußeres Turbinenradgehäuse 146 ist im hinteren Teil des Turbinengehäuses 37 befestigt. Die Leitschaufeln 147 der zweiten Turbinenstufe verlaufen von diesem Turbinenradgehäuse einwärts, und ihre inneren Enden werden von einer inneren Trommel 148 gehalten. Dieses äußere Turbinengehäuse 146 erstreckt sich von den Leitschaufeln 147 nach vorn, umgibt auch das Turbinenrad 126 der ersten Stufe und weist einen auswärts gerichteten Flansch 149 auf, an dem mit Bolzen 152 eine Brennkammer und der Tragring 151 der Leitschaufeln der ersten Stufe angeschraubt sind.

Das Abgas, das das Turbinenrad 142 der zweiten Stufe verläßt, tritt durch eine Leitvorrichtung 181 in eine Kammer 182 für die verbrannten Gase auf der Rückseite des Turbinenrades 142. Die Leitvorrichtung 181 besteht aus drei konzentrischen, ineinanderge- to schachtelten Teilen 183,184 und 185, welche Ringräume mit nach hinten zunehmendem Durchmesser bilden, und an ihren Enden radial nach außen gebogen und miteinander durch Halter 186 verbunden sind. Die Kammer 182 wird von einem Paar gleicher Preßteile gebildet, von denen eines in den Fig. 16 bis 18 dargestellt und mit 187 bezeichnet ist. Wie bereits zuvor mit bezug auf die Preßteile 85 und 101 beschrieben wurde, sind die beiden Preßteile 187 mit ihren offenen Seiten gegeneinandergelegt, und ihre nach außen gebogenen Ränder 188 bilden eine dicht schließende Verbindung. Der Mittelteil 189 jedes Preßteils 187 ist halbkreisförmig und mit seiner Vorderkante 191 an der Hinterkante eines Gehäuseringes 192 befestigt, wie in Fig.4 zu sehen ist. Am Vorderende dieses Ringes 192 ist ein nach außen stehender Flansch vorgesehen, mit welchem der Ring 192 an dem Tragring 151 mit Bolzen 152 befestigt ist. Alle Bolzen 152 sind von der Außenseite der Turbine zugänglich, denn neben dem Turbinengehäuse 37 bleiben die Zwischenräume 193 und 194 frei, wie aus den F i g. 3 und 4 zu sehen ist

Der Mittelteil 189 jedes Preßteils 187 erweitert sich nach hinten (s. Fig. 18) und schließt mit einer Abschlußwand 195 ab, wobei die Abschlußwände der beiden Preßteile sofort anschließend an die Leitvorrichtung 181 für das Abgas zusammentreffen. Jedes der Preßteile weist außerdem seitwärts abstehende Teile

196 und 197 auf (s. F i g. 17), die die Kammer 189 mit dem Zwischenraum zwischen den hinteren Teilen-eines jeden Matrizenpaares~45-und 46 verbinden. Damit bildet jedes Paar der zusammen liegenden Teile 1% und 197 eine Kammer, die in F i g. 6 mit 198 bezeichnet ist, welche einem Kreissegment ähnlich ist und einen Winkel von etwas mehr als 180° umfaßt. Die Bereiche - des Wärmetauschers für die verdichtete Luft und die Abgase sind so gewählt, daß in der Einheit der bestmögliche Wärmeaustausch stattfindet. Die nach vorn gerichteten senkrechten Wände der Teile 196 und

197 sind leicht nach innen gewölbt, so daß sie sich der Form der Wände 118 und 119 der Preßteile 101 anpassen. Die haben überdies noch Einbuchtungen 199 (F i g. 17) für die Wellen 48, die die Matrizen tragen und antreiben. Die rückwärts weisenden Wände der Teile

196 und 197 sind nach außen gewölbt und mit der Wölbung der Wärmetauscher konzentrisch und erstrekken sich etwas weiter nach hinten, wie F i g. 6 zeigt

Die Teile 196 und 197 haben segmentförmige öffnungen 201 und 202 in den Wandflächen, die den Matrizen 45 und 46 zugewandt sind, so daß die Abgase aus den Kammern 198 nach oben und unten in die Matrizen hinein und durch die Durchtrittskanäle 51 hindurchtreten können. Zwischen den Teilen "196 und

197 und den zugehörigen Matrizen sind Dichtungen 203 und 204 vorgesehen.

Das Turbinengehäuse 37 besteht aus zwei im wesentlichen gleichen Preßteilen, deren oberes in den Fig. 7 bis 9 dargestellt ist und als Ganzes mit 205 bezeichnet ist. Wie die anderen Preßteile hat auch jedes der beiden Preßteile 205 einen Mittelteil und ein Paar seitlich abstehende Teile, und die beiden Preßteile sind auf die Weise zusammengefügt, daß ihre einander zugewandten Kanten hartverlötet werden. Das Mitelteil jedes Preßteiles ist in den Fig. 7 und 8 mit 206 bezeichnet. Das Mittelteil 206 hat die Form eines Halbzylinders mit einer nach vorn weisenden Kante 207, die an dem Gehäusering 192 mit geringem Abstand vor der Vorderkante 191 des Preßteils 187 befestigt ist Der Hohlraum, der von den Mittelteilen 206 der beiden zusammengesetzten Preßteile 205 gebildet wird, umschließt mit geringem Abstand die Kammer 182 für das verbrannte Gas, die von den Mittelteilen 189 der Preßteile 187 gebildet wird. Das ist aus einem Vergleich der Fig. 18 und 9 ersichtlich, woraus hervorgeht daß das Mittelteil 206 eines jeden Preßteils 205 sich nach hinten verbreitert und eine rückwärtige Abschlußwand 208 aufweist, die mit geringem Abstand hinter der Wand

195 liegt und zwischen den beiden Wänden einen Hohlraum entstehen läßt.

Es muß erwähnt werden, daß die vordere Kante 207 der Preßteile 205 mit Abstand hinter den sich überlappenden hinteren Kanten 89 und 105 der Preßteile 85 bzw. 101 liegt und der Gehäusering 192 diesen Zwischenraum ausfüllt.

Die Teile 209 und 211 jedes Preßteils 205 stehen nicht nur seitlich vom Mittelteil 206 ab, sondern erstrecken sich auch nach vorn und hinten über dieses hinaus (s. F i g. 8). Die Abschnitte der Teile 209 und 211, die nach vorn über die Kante 207 vorspringen (gegen die Unterkante der Zeichnung in Fig.8), werden von den Teilen 91 und 92 der Preßteile 85 aus Fig. 12 eingeschlossen und sind mit Öffnungen 212 bzw. 213 versehen, um die verdichtete Luft, die zu den Wärmetauschern strömt, durchtreten zu lassen, wie es der wellenförmige Pfeil 107 in der Fig. 12 anzeigt. Dieser Abschnitt hat senkrechte Wände 214 und 215, die höher sind als der halbzylindrische Mittelteil 206 und die die Form der Wände 93 der Preßteile 85 haben und an deren Innenwand anliegen. Der zur Mitte zu gelegene Teil der Wände 214 und 215 steht im Fechten Winkel zur Turbinenachse (s. F i g. 8) und endigt am Mittelteil 103 des Preßteils 101. Öffnungen 218 und 219 sind vorgesehen gegen den Mittelteil 103 des Preßteils 101, durch welche Verbindungsstücke hindurchgreifen.

Der äußere Teil der Wände 214 und 215 entspricht an ihrer Vorderseite im großen und ganzen der Form der Matrizen, erstreckt sich aber auf der Rückseite bis etwas hinter deren Rückfläche, wie Fig.8 zeigt. Etwa kreissegmentförmige Dome 221 und 222 erheben sich aus den Teilen 209 und 211. Die nach vorn weisenden Teile dieser Dome entsprechen in der Form den nach vorn weisenden Teilen der Öffnungen 201 und 202 der Preßteile 187, wie aus einem Vergleich der F i g. 8 und 17 ersichtlich ist. Die hinteren Teile der Dome, die, wie aus F i g. 6 zu ersehen ist, nach außen abgeschrägt sind, erstrecken sich etwas nach hinten über den hinteren Teil der Öffnungen 201 und 202 hinaus und enden an den hinteren Teilen der Wände 214 und 215. Die Dome vergrößern den Raum, in den die gekühlten Abgase einströmen können.

Das untere Preßteil 205 hat Schlitze 38, wie F i g. 6 zeigt. Diese Schlitze sind in die Dome 221 und 222 eingeformt und sind nach hinten abwärts gerichtet. Die Auspuffleitungen 39 sind gesonderte Preßteile, die an den Teilen der unteren Preßteile 205 unterhalb der Schlitze 38 angebracht werden. Die Preßteile 39 erweitern sich nach unten und haben rückwärts weisende Öffnungen 40.

Es sind Mittel vorgesehen, um die beiden Matrizenpaare 45 und 46 wie auch die zugehörigen Dichtungen 114,115,203 und 204 nach hinten entnehmen zu können. Dazu gehören auch ein Paar bogenförmige Öffnungen 223 und 224 im oberen, rückwärts weisenden Abschnitt der Wände 214 und 215 der Preßteile 205. Die Öffnungen haben horizontal verlaufende, obere und untere und vertikal verlaufende seitliche Kanten, und ihre Höhe ist um ein geringes größer als die der Matrizen 45 und 46. Die Öffnungen erstrecken sich so weit um die Wandungen herum, daß sie ausreichend groß sind, um durch sie die Matrizen und Dichtungen aus den Preßteilen innerhalb der strichpunktierten Linien 225 bzw. 226 in F i g. 8 herauszunehmen oder dort wieder einzusetzen. Die Welle 48 ist axial beweglich eingebaut, so daß dadurch das Herausnehmen und Einsetzen der Matrizen und der Dichtungen ermöglicht wird, und zu dem Zweck sind die Lager 52 und 53 im Gehäuse 227 und 228 befestigt, die in Öffnungen der Preßteile 205 eingesetzt sind, wie aus F i g. 6 hervorgeht, und die mittels Sprengringen 229 gegen Schultern des Gehäuses gedrückt werden. Das untere Ende der Welle trägt ein Kettenrad 231, das von einem Sprengring 232 gehalten wird und oben ist sie mit einer Kappe 233 abgeschlossen, die gleichfalls mit einem Sprengring 234 befestigt ist.

Abnehmbare Abdeckungen 235 und 236 sind an den oberen bzw. unteren Preßteilen vorgesehen, wobei die zwei Abdeckungen 235 für die Öffnungen 223 und 224 in

» den oberen Preßteilen 205 und die beiden Abdeckungen 236 für die Öffnungen in den unteren Preßteilen 205 vorgesehen siridr^üie Abdeckungen bestehen aus gebogenen Blechen, überdecken etwas die Kanten der Öffnungen und werden mit Schrauben 237 gehalten (s.

Fig.6). Wegen des freien Raumes vor diesen Abdekkungen und weil sie biegsam sind, können sie leicht entfernt werden.

Die Vorrichtungen, die Nebenwege des Arbeitsgases zwischen der ersten und der zweiten Stufe zu steuern, besonders beim Leerlauf, wie bereits beschrieben, bestehen aus einer Vielzahl am Umfang im Turbinenradgehäuse 146 verteilter, in radialer Richtung verlaufender Durchbrüche 238. Wie die F i g. 4 zeigt. Ein Band überdeckt die Durchbrüche 238. Eine Bewegung durch irgendeine entsprechende Stellvorrichtung hebt das Band von den Durchbrüchen ab und läßt damit mehr oder weniger Arbeitsgas austreten.

Der Antrieb der beiden Regeneratormatrixwellen 48 ist in den F i g. 19 und 20 zu sehen. Das Zahnrad 252 ist mit einem Zwischenzahnrad 275 innerhalb des Getriebekastens 59 in Eingriff, das auf einer Welle 276 links der Turbinenachse sitzt. Das Zahnrad 275 treibt wiederum ein davon links auf einer Welle 278 sitzendes Zahnrad 277 an, auf dessen Welle ein weiteres Zahnrad 279 sitzt.

Weiter links davon sitzt auf einer Welle 282 ein weiteres Zahnrad 281, das von dem Zahnrad 279 angetrieben wird. Auf der Welle 282 sitzt außerdem eine Schnecke 283, die in ein Schneckenrad 284 eingreift, das darunter liegt. Das Schneckenrad 284 ist auf einer Querwelle 285 befestigt, die quer durch den ganzen Getriebekasten verläuft und nahe ihrer beiden Enden je eine Schnecke 286 und 287 trägt. Diese Schnecken sind jede im Eingriff mit einem Schneckenrad 288 und 289, die an senkrechten Wellenstümpfen 291 und 292 befestigt sind, welche über die Unterseite des Getriebekastens hinausschauen. An den außenliegenden Enden dieser Wellenstümpfe sind Kettenräder 293 und 294 befestigt, die auf gleicher Höhe mit den Kettenrädern 231 an den unteren Enden der Wellen 48 liegen. Ketten 295 und 296 verbinden die Kettenräder 293 und 294 mit den Kettenrädern 231.

Hierzu 10 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gasturbinenaggregat für Personen- und Kombikraftwagen sowie Kleintransporter zum Einbau in das Heck des Fahrzeugs hinter der angetriebenen Hinterachse, das über einen am Vorderende des Turbinengehäuses angeflanschten Getriebekasten mit der Hinterachse verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine (24) eine an sich bekannte Regenerationsturbine mit axial durchströmter Matrix (45) des Wärmetauschers ist, deren Welle (48) mit seitlichem Abstand rechtwinklig zur Turbinenachse verläuft, daß der Wärmetauscher im Raum zwischen zwei parallelen und zur Achse des Wärmetauschers senkrechten, durch die äußeren Begrenzungsflächen von Verdichter (68), Brennkammer (79) und Turbine (Turbinenrad 126 und 142) bestimmten Ebenen liegt, wobei Verdichter (68), Brennkammer (79) und Turbine (Turbinenrad 126 und 142) auf einer gemeinsamen Achse hintereinander angeordnet sind, und daß sich Abgasausblasöffnungen (39) "am unteren, rückwärtigen Ende des Aggregates befinden.

2. Gasturbinenaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine aus zwei Stufen besteht, daß der vordere Sektor der Matrix (45) des Wärmetauschers über einen ersten Gaskanal (Preßteil 85) mit dem Verdichter (Laufrad 68) und über einen zweiten Gaskanal (Preßteil 101) mit der Brennkammer (79) verbunden ist und daß der rückwärtige Sektor der Matrix (45) des Wärmetauschers über einen dritten Gaskanal (Preßteil 187) mit der zweiten Turbinenstufe (Turbinenrad 142) und über einen vierten Gaskanal (Preßteil 205) mit der Außenluft verbunden sind, wobei die Gaskanäle (Preßteile 85 und 101 bzw. 87 und 205) jeweils auf einer Seitenfläche der Matrix (45) ausmünden.

3. Gasturbinenaggregat nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Welle (48) eines Wärmetauschers mit Abstand voneinander zwei Matrizen (45 und 46) angeordnet sind, und daß der erste vom Verdichter (Laufrad 68) ausgehende Gaskanal (Preßteil 85) auf die nach außen weisenden Seitenflächen der beiden Matrizen (45 und 46) im vorderen Matrixsektor ausmündet, daß die Einmündung des zweiten, den Wärmetauscher mit der Brennkammer (79) verbindenden Gaskanals (Preßteil 101) zwischen den inneren Seitenflächen der Matrizen (45 und 46) im vorderen Sektor liegt, daß der dritte, von der zweiten Turbinenstufe (Turbinenrad 142) zum Wärmetauscher führende Gaskanal (Preßteil 187) zwischen den inneren Seitenflächen der Matrizen (45 und 46) im rückwärtigen Matrixsektor ausmündet und von den beiden äußeren Seitenflächen der Matrizen (45 und 46) Gaskanäle (Preßteil 205) zur Auspufföffnung (40) führen.

4. Gasturbinenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf gegenüberliegenden Seiten der Turbinenwelle (Verdichterwelle 123, Abtriebswelle 132) je ein Wärmetauscher (Matrize 45 bzw. 45 und 46) auf zueinander parallelen Wellen angeordnet ist.

5. Gasturbinenaggregat nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Gaskanal von einem Paar im wesentlichen gleicher Blech-Preßteile (85) mit einem halbzylinderförmigen Mittelteil (87), die den Verdichter (Laufrad 68) umgeben, und mit nach den Seiten bis zu den Matrizen (45 und 46) sich erstreckenden Teilen (91 und 92 gebildet werden, die mit ihren offenen Seiten einander zugewandt und an den Rändern (86) verbunden sind.

6. Gasturbinenaggregat nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Gaskanal .von zwei im wesentlichen gleichen Blech-Preßteilen (101) mit einem halbzylinderförmigen Mittelteil (103) gebildet wird, die eine Heißluftkammer um die Brennkammer (79) herum bilden und mit seitlichen Teilen (Wände 116 und 117) bis zu den Matrizen (45 und 46) reichen, wobei die Preßteile (101) gegeneinander offen und an ihren Kanten (Flansche 102) miteinander verbunden sind, und die seitlichen Teile (Wände 116 und 117) den Matrizen zugewandte öffnungen (112 und 113) aufweisen.

7. Gasturbinenaggregat nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (48) des Wärmetauschers zwischen dem zweiten und dem dritten Gaskanal (Preßteile 101-bzw. 187) verläuft unffmit-ihren Enden in Lagern (52 und 53), die an dem den vierten Gaskanal (205) bildenden Gehäuseteil angebracht sind, gelagert ist.

8. Gasturbinenaggregat nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Gaskanal (187) von zwei mit den offenen Seiten einander zugewandten, an ihren Rändern (188) verbundenen Blech-Preßteilen gebildet wird, die mit bogenförmigen Mittelteilen (189) um das Turbinenrad (142) der zweiten Turbinenstufe herum eine Kammer (182) bilden und sich mit Teilen (196 und 197) zwischen die rückwärtigen Abschnitte der Matrizen (45 und 46) erstrecken und diesen mit öffnungen (201 und 202) zugewandt sind, und daß der vierte Gaskanal aus einem Paar mit ihren offenen Seiten einander zugewandten an ihren Kanten verbundenen Preßteilen (205) bestehen, die einen bogenförmigen Mittelteil (206) besitzen und den bogenförmigen Mittelteil (189) des die dritte Leitung bildenden Preßteils (127) umgeben, und mit ihren seitlichen Teilen (Dom 221 und 222) an den auswärts gerichteten Flächen der rückwärtigen Abschnitte der Matrizen (45 und 46) Kammern bilden.

9. Gasturbinenaggregat nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der seitlichen Teile bzw. Dome (221 bzw. 222) der Preßteile (205), die die Ausblasleitungen darstellen, Schlitze (38) zum Austritt der Abgase aufweisen und eine nach rückwärts sich erweiterende Auspuffleitung (39) die Schlitze (38) umgibt.

10. Gasturbinenaggregat nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die den ersten Gaskanal bildenden Leitungsteile (Preßteil 85) und die Ausblasleitungsteile (Preßteil 205) einen Teil der äußeren Begrenzungsflächen des Aggregates bilden.

11. Gasturbinenaggregat nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßteile (205), die die Ausblasleitungen bilden, weitere, nach vorn um die vorderen Teile der Matrizen (45 und 46) und innerhalb der Preßteile (85), die den ersten Gaskanal bilden, sich erstreckende Abschnitte aufweisen, die öffnungen (212 und 213) haben, durch die hindurch der erste Gaskanal (Preßteil 85) mit den Matrizen (45 und 46) verbunden wird.

12. Gasturbinenaggregat nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen (48) der Wärmetauscher in axialer Richtung aus den Matrizen (45 und 46) und aus ihren Lagern (52 und 53) bzw. mit diesen zusammen herausziehbar sind und in den Preßteilen (205) der Ausblasleitungen zum Herausnehmen und Einsetzen der Matrizen (45 und 46) bogenförmige Öffnungen (223 und 224) vorgesehen sind, die durch Klappen verschließbar sind.

13. Gasturbinenaggregat nach einem der Ansprüche 2 bis 11, gekennzeichnet durch eine an sich bekannte ringförmige Brennkammer (79) zwischen der ersten Turbinenstufe (Turbinenrad 126) und dem Verdichter (Laufrad 68) und eine in den vierten Gaskanal (Preßteil 205) einmündende, an sich ebenfalls bekannte Abgasleitvorrichtung (181), die die Abgase zunächst in axialer und dann in radialer Richtung vom Turbinenrad (142) der zweiten Turbinenstufe fortleitet.

14. Gasturbinenaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Turbinen-Getriebekasten (59) ein Wellenstumpf (291 bzw. 292) parallel zur Wärmetauscherwelle (48) herausragt und der Wellenstumpf (291 bzw. 292) den Wärmetauscher über eine endlose Kette (295) und Kettenräder (293 und 231) antreibt.