DE19632421C2

DE19632421C2 - Freistrahlturbine für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE19632421C2
Application number: DE1996132421
Authority: DE
Inventors: Albert Wagner
Original assignee: WAGNER ELFRIEDE; WAGNER KARL GERD
Current assignee: WAGNER, ELFRIEDE, 66583 SPIESEN-ELVERSBERG, DE WAG
Priority date: 1996-08-12
Filing date: 1996-08-12
Publication date: 2000-09-28
Anticipated expiration: 2016-08-13
Also published as: DE19632421A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Freistrahlturbine für den Antrieb von Fahrzeugen, die über ein Wendegetriebe und ein Wechselgetriebe mit dem Triebwerk verbunden ist.

Das für den Antrieb der Freistrahlturbine erforderliche Druckwasser wird von Freikolbenpumpen gefördert, die von einem oder zwei vollständigen Zweitakt-Freikolbenmotoren mit zwei oder vier Zylindern angetrieben werden.

Das für die Freikolbenpumpen erforderliche Vordruckwasser wird von einer bzw. zwei Vordruckpumpen gefördert, die mit Untersetzung von der Freistrahlturbine angetrieben werden.

Bei festen Strahldüsen erfolgt eine Regelung der Freistrahlturbine nur durch Regelung der Einspritzmenge der Zweitakt-Freikolben motoren mit einen Fahrpedal und einem Bremspedal.

Für den Strömungsausgleich ist bei der Freistrahlturbine eine Schwungscheibe und bei den Freikolbenpumpen sind Windkessel und eine Ladeeinrichtung für Pufferluft und für die Zweitakt-Frei kolbenmotoren sind Einspritzeinrichtungen nach den Patentschriften DE 36 27 184 C2 und DE 36 45 103 C2 erforderlich.

Bei Leerlauf laufen die Zweitakt-Freikolbenmotoren langsamer. Die Leerlaufdrehzahl beträgt 15% der max. Turbinendrehzahl. Für die Freikolbenpumpen sind die in der Patentschrift DE 44 13 714 C1 angegebenen "Hochdruck-Düsenventile" erforderlich.

Es ist Aufgabe der Erfindung eins Freistrahlturbine vorzuschlagen, die für den Antrieb von Fahrzeugen und Schiffen geeignet ist. Diese Aufgabe wird gelöst, durch eine Vordruckpumpe die das Turbinenwasser unten aus dem Turbinengehäuse absaugt. Die Antriebswelle mit den beiden Laufrädern liegt so hoch im Turbinen gehäuse, daß die Laufräder bei allen Schieflagen bis 45° frei laufen.

Die vorgeschlagene gestängelose, hydraulische Kraftübertragung der Hubbewegung der Freikolben durch die Freikolbenpumpen in eine Drehbewegung einer Freistrahlturbine kann nur mit kleinen Förder mengen und entsprechend hohen Förderdrücken durchgeführt werden. Die Kolbenflächen der Zweitakt-Freikolbenmotoren sind daher 20mal größer als die Kolbenflächen der mit diesen verbundenen Pumpen freikolben. Die Kolbendrücke der Pumpenfreikolben sind somit 20mal höher als bei dem Zweitakt-Freikolbenmotor.

Die kombinierte Bauart eines Zweitakt-Freikolbenmotors mit den Freikolbenpumpen ist in der Patentschrift DE 40 24 632 C1 fest gelegt.

Die vorgeschlagene Freistrahl-Turbine mit der Vordruckpumpe wird außerdem für den Antrieb und das Bremsen von Fahrzeugen mit Fahrpedal und Bremspedal nach den Patentschriften DE 41 11 934 C2 und DE 42 09 845 C2 verwendet.

Bei Freistrahlturbinen mit konst. Drehzahl für den Antrieb von Stromerzeuger ist bei der vorgeschlagenen Absaugung des Turbinen wassers für eine autom. und stufenlose Regelung der Turbinen drehzahl außerdem ein Drehzahlregler der Freistrahlturbine für die Einspritzmengen der Zweitakt-Freikolbenmotoren, regelbare Strahl düsen der Freistrahlturbine und zwei regelbare Drosselventile in den Vordruckleitungen nach der Patentanmeldung 195 24 889.9-15 vom 3.7.1995 erforderlich.

In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise dargestellt und zwar zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht der über dem Ausgleichsgetriebe eines Pkw-Vorderradantriebes angeordneten Freistrahlturbine T die mit dem Zweitakt-Freikolbenmotors M und dem Wende- und Wechselgetriebe W verbunden ist.

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Verbindung der Freistrahlturbine T mit den Freikolbenpumpen P und dem Wende- und Wechsel getriebe W

Fig. 3 einen Längsschnitt der Freistrahlturbine T

Fig. 4 einen Querschnitt der Freistrahlturbine T

Nach Fig. 1 und 2 ist die über dem Ausgleichsgetriebe A angeordnete Freistrahlturbine T an dem Wende- und Wechselgetriebe W angeflanscht und durch die beiden Druckleitungen 1 und die Saugleitung S mit den beiden Vordruckpumpen O verbunden, die das Turbinenwasser mit einem Druck von 10 bar mit den Vordruckleitungen 2 durch die Kühler 3 in die Freikolbenpumpen P drücken.

Die beiden Vordruckpumpen O werden über ein Schneckengetriebe 4 mit Untersetzung von der Freistrahlturbine T angetrieben. Für das Bremsen mit der Freistrahlturbine wird, ein Wechselgetriebe mit einem vorgeschalteten Wendegetriebe W vorgeschlagen, damit beim Bremsen die von dem Fahrzeug angetriebenen Laufräder durch Drehen gegen die Wassersträhle in allen Gängen eine starke Bremswirkung haben.

Nach Fig. 3 und 4 besteht die Freistrahlturbine (T) aus dem Gehäuse (6) mit vier kurzen, horizontal angeordneten Druckkanälen (K) und von außen eingesetzten langen Strahldüsen (7), dem Deckel (8) der kurzen doppelt gelagerten Welle (9) und den zwei Laufrädern (10). Da bei der paarweisen Anordung der Strahldüsen (7) die Laufräder nur Drehmomente übertragen, sind die Reibungsverluste in den Lagern sehr klein.

Die Regelung der Turbinendrehzahl erfolgt bei konstanten Strahldüsen (7) durch Regelung der Einspritzmenge mit dem Fahrpedal, bei autom. Regelung des Pufferladedruckes in Abhängigkeit von der Kolben geschwindigkeit des Zweitakt-Freikolbenmotors (M).

Für die halbe Leistung ist die Ausführung mit einem Laufrad (10) günstiger.

Mit den vorgeschl. Antrieben werden bei Dieselmotoren mit dem Zylinder durchmesser 80 mm und dem Kolbenhub 2 . 100 mm bei 4200 Doppel hüben/min Literleistungen von N = 80 PS/l erreicht.

Mit den gleichen Motoren können bei Benzinmotoren bei 6000 Doppelhüben/min, mittl. Kolbengeschw. von 20 m/s und höheren mittl. Drücken Literleistungen von 320 PS/l erreicht werden.

Da die hydr. Kraftübertragung der Hubbewegung der Freikolben in eine Drehbewegung der Freistrahlturbine T nur mit kleinen Wassermengen durchgeführt werden kann, sind die Kolbenflächen der Freikolbenmotoren 20mal größer als bei den Freikolbenpumpen.

Bei einem Laufraddurchmesser von 106 mm sind für eine Umfangsgeschw. von 100 m/s in den festen Turbinendüsen Strahlgeschwindigkeiten von 200 m/s und Förderdrücke von mehr als 200 bar erforderlich.

Fällt die max. Turbinendrehzahl von 18000 U/min auf den halben Wert 9000 U/min, so fällt der Förderdruck von 200 bar auf 0,25 . 200 = 50 bar und bei halber Drehzahl der Antriebswelle 2100 U/min fällt die Leistung der Antriebswelle von 80 PS/l auf 0,25 . 0,5 . 80 = 10 PS/l. Der Antrieb mit einem Hubraum von 2000 cm³ hat damit bei 4200 U/min eine Leistung von 160 PS und bei 2100 U/min nur 20 PS.

Durch die Schwungscheibe 11 der Freistrahlturbine T ist die Kolben geschwindigkeit bei der Kompression so groß wie beider Expansion. Bei geschlossenen Druckventilen wird der Vordruck 18 bar in der Freikolbenpumpe durch den Kolbendruck auf 300 bar erhöht.

Bei 4200 U/min und der Wassermenge 0,05 . 1000 = 50 cm³ ist in 4200/60 = 70 U/sec die Förderleistung für zwei Vordruckpumpen 50 . 70 = 3500 cm³/sec. Bei halber Drehzahl 2100 U/min fällt die Förderleistung auf die Hälfte 1750 cm³/sec.

Die Kraftstoffmenge K wird durch den Druckregler 13 autom. auf 0,125 K vermindert.

Außerdem wird die Drehzahl n der Freistrahlturbine durch einen Drehzahlregler D und die Schwungschweibe 11 konstant gehalten. Bei der Freistrahlturbine für Fahrzeuge wird die veränderliche Fahr geschwindigkeit bei veränderlicher Fördermenge der Vordruckpumpen nur durch den Druckregler 13 und die Kraftstoffmenge mit dem Fahrpedal und Bremspedal geregelt.

Claims

1. Freistrahlturbine T für Fahrzeuge, die von einem Freikolben- Zweitaktmotor (M) mit vier Freikolbenpumpen (P) mit Druckwasser angetrieben wird, das von zwei Vordruckpumpen (O) mit einem Druck von 6 bar in die Freikolbenpumpen (P) gefördert wird gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

1. daß die über dem Ausgleichgetriebe (A) angeordnete Freistrahl turbine (T) über ein Schneckenradgetriebe (4) zwei Vordruckpumpen (O) antreibt, die das Turbinenwasser unten aus dem Turbinengehäuse absaugen, und durch die Vordruckleitungen (2) und die Kühler (3) in die Freikolbenpumpen (P) drücken,
2. daß die Kolbenflächen der Zweitakt-Freikolbenmotoren (M) 20mal größer sind als die Kolbenflächen der Freikolbenpumpen (P), damit hohe Kolbendrücke erreicht werden.
3. daß die Kolbengeschwindigkeit der Freikolben 14 m/s beträgt.
4. daß die Turbinendrehzahl bei einem Laufrad-Durchmesser von 106 mm bei einer Umfangsgeschwindigkeit von 100 m/s 18000 U/min ist.
5. daß die Drehzahl der Antriebswelle 1200 U/min und der Vordruckpumpen (O) 4200 U/min ist.
6. daß bei einem Zylinder mit 1000 cm³Hubraum die Literleistung 80 PS/l ist.
7. daß die Regelung der Fahrgeschwindigkeit bei festen Strahldüsen mit dem Fahrpedal und Bremspedal erfolgt,
8. daß bei max. Belastung bei der Drehzahl 4200 U/min u. Druckregler 13 die Literleistung 80 PS/l ist,
9. und bei min. Belastung bei halber Drehzahl 2100 U/min die Leistung 10 PS/l ist.

2. Freistrahlturbine für Fahrzeuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Kraftfahrzeugen mit einem Wechselgetriebe (W) und einem vorgeschalteten Wendegetriebe beim Bremsen die von dem Fahrzeug angetriebenen Laufräder in jedem Gang gegen einen regelbaren Wasserstrahl gedreht werden.

3. Freistrahlturbine für Fahrzeuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Schiffsantrieben die oben liegende Freistrahlturbine (T) bei starker Untersetzung mit der Schiffsschraube verbunden ist, und ein Wendegetriebe hat.