DE3143390A1

DE3143390A1 - Fahrzeuggasturbine mit bremseinrichtung

Info

Publication number: DE3143390A1
Application number: DE19813143390
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. 8106 Oberau Frey
Original assignee: Roland Fahrzeugplanung Und Vertrieb GmbH
Current assignee: Roland Fahrzeugplanung Und Vertrieb GmbH
Priority date: 1981-11-02
Filing date: 1981-11-02
Publication date: 1983-06-16

Description

FAHRZEUGGASTURBINE MIT BREMSEINRICHTUNG
In schweren Landfahrzeugen, z.B. Lastkraftwagen und gepanzerten Kampffahrzeugen werden neuerdings an Stelle eines Dieselmotors Gasturbinen als Hauptantriebsaggregate eingebaut.
Die Gasturbinen werden meist als Zweiwellen-Turbinen gebaut, bei denen die mit den aus der Brennkammer kommenden Abgasen beaufschlagte Frischgasturbine den mit ihr auf einer Welle sitzenden Kompressor antreibt. Die aus der Frischgasturbine austretenden Abgase haben noch einen ausreichenden Druck, um die, auf einer getrennten Welle sitzende Arbeitsturbine anzutreiben. Nur diese liefert die Antriebsleistung für das Fahrzeug.
Durch einige Zusatzeinrichtungen kann eine Zweiwellen-Gasturbine auch zur Bremsung des Fahrzeugs benützt werden, wobei auch eine teilweise Rückgewinnung der Bremsenergie möglich ist. Abb. 1 zeigt das Blockschaltbild einer Fahrzeuggasturbine mit Bremseinrichtung.
Zwischen der Abtriebswelle der Arbeitsturbine (15) und der gemeinsamen Welle von Kompressor und Frischgasturbine (18) ist die Bremsverbindung (16) angeordnet. Sie besteht z.B. aus einem Planetengetriebe, dessen Planetenradträger mit der Arbeitsturbine und dessen Sonnenrad mit der Frischgasturbine verbunden ist. Das Außenrand kann über eine Bandbremse festgestellt werden. Die Übersetzung des Planetengetriebes entspricht zweckmäßig der Drehzahldifferenz zwischen der Arbeits- und der Frischgasturbine.
In die Druckluftleitung zwischen Kompressor (1) und Brennkammer (13) ist das Luft- Umsteuerventil (6) eingefügt. Über dieses Ventil kann die Luft wahlweise vom Kompressor (1) zur Brennkammer (13), zum Druckluftbehälter (7) oder direkt ins Freie geleitet werden. Außerdem kann die Druckluft auch allein oder zusätzlich aus dem Druckluftbehälter entnommen und der Brennkammer (13) zugeführt werden.
Soll die Turbine das Fahrzeug antreiben, dann strömt die vom Kompressor (1) kommende Verbrennungsluft durch das Luft-Umsteuerventil (6) über den Wärmetauscher (9) zur Brennkammer (13). Die Verbindungen zum Druckluftbehälter (7) und zur Außenluft (6) sind geschloßen. Der Kraftstoffregler (10) ist geöffnet und dosiert den Kraftstoffzufluß zur Brennkammer (13) entsprechend der verlangten Fahrleistung. Der weitere Kraftfluß erfolgt, wie bereits beschrieben über Frischgas- (17) und Arbeitsturbine (14) zum Fahrzeugantrieb (15). Die Bremsverbindung (16) ist durch Lösen der Bremse im Planetengetriebe geöffnet.
Wird das Fahrpedal in Nullstellung zurückgenommen und gleichzeitig eine Bremsung eingeleitet, dann sperrt der Kraftstoffregler (10) die Kraftstoffzufuhr ab und die Bremse am Planetengetriebe der Bremsverbindung (16) wird angezogen.
Dadurch entsteht ein direkter mechanischer Kraftschluß zwischen dem Fahrzeugantrieb (15) und dem Kompressor (1). Das Luft-Umsteuerventil (6) schließt die Leitung zur Brennkammer (13) und öffnet gleichzeitig den Anschluß zum Druckluftbehälter (7). Der vom Fahrzeugschub angetriebene Kompressor fördert jetzt Druckluft in den Behälter und erzeugt so eine Bremsung des Fahrzeugs. Unterschreitet der Druck der vom Kompressor (1) kommenden Luft den im Behälter (7) herrschenden Druck, dann schließt das Luft-Umsteuerventil (6) den Anschluß zum Behälter und bläst die Luft ins Freie ab. Das Luft-Umsteuerventil kann außerdem in Verbindung mit einer Druckregeleinrichtung zum feinfühligen Dosieren der Bremswirkung verwendet werden. Die Bremseinrichtung der Fahrzeuggasturbine kann damit in gleicher Weise wirken wie die, im Fahrzeuggetriebe integrierte Strömungsbremse (Retarder) moderner Antriebsanl agen schwerer Landfahrzeuge mit Kolbenmotoren.
Die Bremseinrichtung in der Fahrzeugsturbine erfüllt damit als Motorbremse die Forderung der StVZO nach einer dritten Bremse bei Schwerfahrzeugen. Der Retarder oder eine andere, gleichwertige Bremseinrichtung können entfallen.
Wird die Bremse gelöst und das Fahrzeug wieder beschleunigt, dann werden die Bremsverbindung (16) und der Kraftstoffregler (10) geöffnet. Gleichzeitig stellt das Luft-Umsteuerventil (6) eine Verbindung zwischen dem Druckluftbehälter (7) und der Brennkammer (13) her, sodaß, auch bei stillstehenden oder mit nur geringer Drehzahl umlaufendem Kompressor (1) die Zündung und damit das Hochlaufen des Antriebs erfolgen kann.
Die in Form von Druckluft im Behälter gespeicherte Bremsenergie kann auf diese Weise zum Anlassen der Turbine und zum raschen Beschleunigen des Fahrzeugs wieder genutzt werden.
Erzeugt der Kompressor (1) den für den Fahrbetrieb erforderlichen Luftdruck wieder, dann schließt das Luft-Umsteuerventil (6) die Leitung zum Behälter (7) und stellt die Verbindung vom Kompressor (1) zur Brennkammer (13) her.
Benötigt das Fahrzeug für die Betätigung der Reibungsbremse oder aus anderen Gründen eine Druckluftanlage, so kann diese an den Druckluftbehälter (7) angeschlossen werden (11). Über das Luft-Umsteuerventil (6) muß dann dafür gesorgt werden, daß Druck und Luftvorrat im Behälter immer den Anforderungen der Druckluftanlage entsprechen.
Durch Offenlegungsschrift Nr. vom (Anmeldung Ingenieurbüro Dr.-Ing. Gerhard Hopp, Gauting, vom 29.10.81) ist bekannt geworden, daß eine Fahrzeuggasturbine auch mit mehreren, vorzugsweise zwei Arbeitsturbinen versehen werden kann. Abb. 2 zeigt das Blockschaltbild des entsprechenden Turbinenteils.
Auch diese Turbinenart eignet sich zum Einbau der beschriebenen Bremseinrichtung (4), wobei es genügt, zum Bremsen nur eine der beiden Arbeitsturbinen (5) fest mit der Frischgasturbine (2) und damit dem Kompressor (1) zu verbinden.
Voraussetzung für die Bremswirkung der Fahrzeuggasturbine ist, daß durch Einlegen eines Ganges im Schaltgetriebe und, bei Antrieb mit zwei Arbeitsturbinen durch entsprechende Schaltung des Turbinenzwischengetriebes immer ein mechanischer Kraftschluß zwischen den Antriebsrädern und dem Kompressor sichergestellt ist.
Dies läßt sich durch eine mit der Bremsung ausgelöste Zwangsverriegelung der Schaltorgane erreichen.
Es gibt aber auch die Möglichkeit, die Kompressorwelle unter Umgehung der Kraftübertragung direkt mit den Antriebsrädern zu verbinden, indem die Welle des Planetenradträgers der Bremsverbindung separat aus dem Turbinengehäuse herausgeführt wird. Das entsprechende Blockschaltbild zeigt Abb. 3.
Das Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes ist dann nach den Maximaldrehzehlen der Antriebsräder und des Kompressors zu bemessen.
Da beim Bremsen und Wiederbeschleunigen verschiedene Steuer- und Schaltvorgänye gleichzeitig und mit großer Präzision ablaufen müssen, ist es zweckmäßig die Vorgänge z.B. über eine Programmschaltung in ihren gegenseitigen Abhängigkeiten zu regeln.

Claims

PATENTANSPRUCHE 1. Fahrzeuggasturbine mit Bremseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß - - zwischen der Welle der Arbeitsturbine und der gemeinsamen Welle von Frischgasturbine und Kompressor eine lösbare Verbindung angeordnet ist, die bei der Einleitung eines Bremsvorgangs eine mechanische Verbindung zwischen den beiden Wellen herstellt, sodaß der Kompressor als Bremse arbeitet.
2. Fahrzeuggasturbine mit Bremseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Welle von Kompressor und Frischgasturbine über eine lösbare Verbindung nach außen geführt und mechanisch direkt mit den zu bremsenden Antriebsrädern verbunden ist.
3. Fahrzeuggasturbine mit Bremseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lösbare Verbindung aus einem durch Festbremsen eines seiner Teile schaltbaren Planetengetriebe besteht.
4. Fahrzeuggasturbine mit Bremseinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Übersetzung des Planetengetriebes bei Ausführung nach Anspruch 1 gleich dem Drehzahlverhältnis von Arbeits- zu Frischgasturbine bzw. Kompressor, bei Ausführung nach Anspruch 2 etwa gleich dem Verhältnis der Drehzahl der Antriebsräder bei Höchstgeschwindigkeit zur Maximaldrehzahl von Kompressor und Frischgasturbine ist.
5. Fahrzeuggasturbine mit Bremseinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die Druckluftleitung zwischen Kornressor und Brennkammer ein Luft-Umsteuerventil eingesetzt ist, iiber das die Druckluft während des Bremsvorgangs statt zur Brennkammer in einen Druckbehälter geleitet oder ins Freie abgeblasen wird.
6. Fahrzeuggasturbine mit Bremseinrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar nach Lösen der Bremse zum schnellen Beschleunigen des Fahrzeugs Druckluft aus dem Behälter über das Luft-Umsteuerventil in die Brennkammer gedrückt wird.
7. Fahrzeuggasturbine mit Bremseinrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftstoffregelventil mit Beginn der Bremsung den Kraftstoffzufluß zur Brennkammer absperrt und nach Lösen der Bremse wieder öffnet.
8. Fahrzeuggasturbine mit Bremseinrichtung nach Anspruch 1 und 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Fahrzeugantrieb nach Schutzrecht durch zwei Arbeitsturbinen erfolgt, von denen eine über eine lösbare Verbindung mit der gemeinsamen Welle von Frischgasturbine und Kompressor mechanisch gekoppelt werden kann.
9. Fahrzeuggasturbine mit Bremseinrichtung nach Anspruch 1 und 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch Verriegelung der Schaltmöglichkeiten in der Kraftübertragung der mechanische Kraftschluß zwischen den Antriebsrädern des Fahrzeugs und der mit dem Kompressor verbundenen Arbeitsturbine gewährleistet ist.
10. Fahrzeuggasturbine mit Bremseinrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß alle für die Bremsung und die Wiederbeschleunigung erforderlichen Steuer- und Schaltvorgänge im lösbaren Verbindungselement, im Luft-Umsteuer- und im Kraftstoffregelventil sowie in der Kraftübertragung in gegenseitiger Abhängigkeit automatisch gesteuert werden.
11. Fahrzeuggasturbine mit Brernseinrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Kompressor erzeugte und im Druckluftbehälter gespeicherte Druckluft auch zur Versorgung anderer Einrichtungen des Fahrzeugs, z.B. zum Betätigen der Reibungsbremse benutzt wird.