DE4111934C2 - Gegendruck-Freistrahlturbine für den Fahrzeugantrieb durch einen Zweitaktmotor mit gegenläufigen Freikolben und eine Hydropumpe - Google Patents

Gegendruck-Freistrahlturbine für den Fahrzeugantrieb durch einen Zweitaktmotor mit gegenläufigen Freikolben und eine Hydropumpe

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Description

Die Erfindung betrifft eine Gegendruck-Freistrahlturbine für Fahr­ zeuge, die durch das von einer Hydropumpe geförderte Druckwasser angetrieben wird.
Die DE 35 46 373 A1 beschreibt eine Gegendruck-Freistrahlturbine für den Fahrzeugantrieb durch einen Zweitaktmotor mit gegenläufigen Freikolben und eine Hydropumpe, die bei Schieflagen bis 45° wirkungs­ voll arbeitet, wobei die Gegendruck-Freistrahlturbine auf dem Ausgleichsgetriebe eines Kraftfahrzeuges angeordnet und das Kraft­ fahrzeug mit einem Wechselgetriebe versehen ist.
Diese Gegendruck-Freistrahlturbine, die auch für stationäre Anlagen geeignet ist, hat für den Fahrzeugantrieb die Nachteile, daß bei Schieflagen bis 45° die Trennung von Wasser und Druckluft nicht sicher gewährleistet ist und der Fahrzeugantrieb Unzulänglichkeiten aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen wirkungsvolleren Fahr­ zeugantrieb anzugeben.
Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch angegebenen Maßnahmen gelöst.
Der vorgeschlagene hydrodynamische Antrieb mit einer Gegendruck- Freistrahlturbine und einer Hydropumpe, deren Pumpenkolben mit den gegenläufigen Freikolben eines Zweitaktmotors verbunden sind, hat gegenüber den bekannten Viertaktmotoren die Vorteile, daß bei einfacher Bauart ohne Kurbeltrieb und Ventile und bei vollständigem Massenausgleich, niedrigen Wärmeverlusten, niedrigen Druckverlusten der gesamte Antrieb durch hohe mittlere Kolbengeschwindigkeiten, hohe mittlere Kolbendrücke und hohe Förderdrücke ein niedriges Leistungs­ gewicht und einen niedrigen spez. Kraftstoffverbrauch hat. Außerdem ist der Zweitaktmotor mit gegenläufigen Freikolben unempfindlich gegen hohe Verbrennungsdrücke und ist bei voll­ ständiger Verbrennung in einem veränderlichen Kompressionsraum für alle Kraftstoffe geeignet.
Gegenüber einem Hydromotor ist bei der Gegendruck-Freistrahlturbine die Bauart einfacher und leichter und die Herstellung billiger. Bei Schiffsantrieben wird die hohe Drehzahl des Laufrades mit starker Untersetzung im Wendegetriebe auf die Schiffsschraube übertragen. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht der über dem Ausgleichgetriebe A eines Pkw-Vorderradantriebes angeordneten Gegendruck-Freistrahlturbine T, die mit der Freikolbenmaschine M und dem Wende- und Wechselgetriebe W verbunden ist.
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Verbindung der Gegendruck-Freistrahl­ turbine T mit der Freikolbenmaschine M und dem Wende- und Wechsel­ getriebe W.
Fig. 3 einen Längsschnitt der Gegendruck-Freistrahlturbine.
Fig. 4 einen Querschnitt der Gegendruck-Freistrahlturbine.
Nach Fig. 1 und 2 ist die über dem Ausgleichsgetriebe A angeordnete Gegendruck-Freistrahlturbine T an dem Wende- und Wechselgetriebe W angeflanscht und durch die beiden Druckleitungen 1, das Ablaufrohr 2, das Tauchrohr 3, die beiden Vordruckleitungen 4 und die Wasserkühler 5 mit den beiden Hydropumpen P der Freikolbenmaschine M verbunden.
Durch das tieferhängende Ablaufrohr 2 an der Deckelseite der Gegen­ druck-Freistrahlturbine T und das Tauchrohr 3 wird bei allen Schief­ lagen bis 45° eine Trennung des Wassers und der Druckluft vor dem Tauchrohr 3 gewährleistet.
Außerdem wird die in der Gegendruck-Freistrahlturbine erzeugte Wärme in den Wasserkühlern 5 abgeführt.
Für das Bremsen mit der Gegendruck-Freistrahlturbine wird ein Wechsel­ getriebe mit einem vorgeschalteten Wendegetriebe W vorgeschlagen, damit beim Bremsen das von dem Fahrzeug angetriebene Laufrad durch Drehen gegen den Wasserstrahl in allen Gängen eine starke Brems­ wirkung hat.
Wegen der Geräuschbildung ist für den gesamten Antrieb ein Schall­ schutz erforderlich.
Nach Fig. 3 und 4 besteht die Gegendruck-Freistrahlturbine aus dem Gehäuse 6 mit zwei Druckkanälen K und eingeschraubten, ver­ schleißfesten Strahldüsen 7, dem Deckel 8, der kurzen, doppelt gelagerten Welle 9 und dem Laufrad 10.
Da bei der paarweisen Anordnung der Strahldüsen 7 das Laufrad nur Drehmomente überträgt, sind die Reibungsverluste in den Lagern sehr klein.
Bei der axialwirkenden Gleitringdichtung läuft, der sich mit der Welle drehende Gleitring 11 gegen den im Gehäuse elastisch ge­ lagerten, ruhenden Dichtring 12 an.
Der unten im Deckel 8 angeordnete Rücklaufanschluß ist durch das Tauchstück 13 mit dem Ablaufrohr 2 verbunden, damit bei Schieflagen nur wenig Druckluft in das Ablaufrohr strömen kann.
Die dünnen Pumpenkolben der Hydropumpe sind direkt mit den gegen­ läufigen Freikolben des Zweitaktmotors verbunden.
Durch neuartige Hochdruck-Düsenventile ist die Hydropumpe für Förder­ drücke bis 300 bar und für mittlere Kolbengeschwindigkeiten bis 15 m/s geeignet, und hat bei niedrigen Druckverlusten ein niedriges Leistungs­ gewicht.
Der für die Hydropumpen erforderliche Vordruck wird durch Druckluft bis 15 bar in dem geschlossenen Gehäuse der Gegendruck-Freistrahl­ turbine gehalten.
Die Regelung der Turbinendrehzahl erfolgt bei konstanten Strahldüsen 7 durch Regelung der Einspritzmenge mit dem Fahrpedal bei automatischer Regelung des Puffer-Ladedruckes in Abhängigkeit von der Kolbenge­ schwindigkeit der Freikolbenmaschine M.
Bei Schiffsantrieben wird die hohe Drehzahl des Laufrades mit Untersetzung im Wendegetriebe auf die Schiffsschraube übertragen. Außerdem ist die Gegendruck-Freistrahlturbine für den direkten Antrieb eines Stromerzeugers mit der Drehzahl 3000 min-1 für Leistungen bis 15 000 kW geeignet.
Die Regelung der Turbinendrehzahl erfolgt hier bei konstantem Pufferladedruck durch Regelung der Einspritzmenge des Zweitaktmotors mit einem Drehzahlregler.
Durch den Schlupf des Laufrades ist beim Anfahren eines Kraftfahrzeuges bei zunehmender Einspritzmenge für eine weiche Beschleunigung eine Gangschaltung nicht erforderlich.
Das Bremsen erfolgt außerdem ohne Blockieren der Räder, da bei fallender Drehzahl eines Antriebsrades auch die Drehzahl und die Bremswirkung der Freistrahlturbine fällt.
Außerdem ist bei dem Turbinenbetrieb und dem vollständigen Massenausgleich des Zweitaktmotors mit gegenläufigen Freikolben der gesamte Antrieb erschütterungsfrei.
Die Gegendruck-Freistrahlturbine hat konstante Strahldüsen, eine einfache Abdichtung der Welle gegen Druckluft, eine einfache und robuste Bauart, wenig Teile und ein niedriges Gewicht.
Da das Laufrad aus Druckguß hergestellt werden kann, ist auch die Herstellung billig.
Bei einem Förderdruck von 230 bar und einer Umfangsgeschwindigkeit von 100 m/s wird mit einem Laufrad von 106 mm ⌀ bei 18 000 U/min und einer Düsenfläche von 0,8 cm² eine Leistung von 300 kW übertragen; mit einem Laufrad von 636 mm ⌀ werden bei 3000 U/min und 20 cm² Düsenfläche eine Leistung von 7500 kW und bei 40 cm² Düsenfläche eine Leistung von 15 000 kW übertragen.

Claims (1)

  1. Gegendruck-Freistrahlturbine für den Fahrzeugantrieb durch einen Zweitaktmotor mit gegenläufigen Freikolben und eine Hydropumpe, die beim Antrieb und beim Bremsen bei allen Schieflagen bis 45° wirkungsvoll arbeitet, wobei
    • - die auf dem Ausgleichgetriebe (A) eines Kraftfahrzeugs ange­ ordnete Gegendruck-Freistrahlturbine (T) an der Deckelseite ein tiefer hängendes Ablaufrohr (2) mit einem Tauchrohr (3) hat, das eine Trennung von Wasser und Druckluft vor den beiden Vordruckleitungen (4) bei allen Schieflagen bis 45° gewährleistet,
    • - die in der Gegendruck-Freistrahlturbine erzeugte Wärme in den beiden Wasserkühlern (5) der Vordruckleitungen (4) abgeführt wird,
    • - bei Kraftfahrzeugen durch ein Wechselgetriebe mit einem vorge­ schalteten Wendegetriebe (W) das von dem Fahrzeug angetriebene Lauf­ rad (10) beim Bremsen in jedem Gang gegen einen regelbaren Wasser­ strahl gedreht wird,
    • - bei Schiffsantrieben die Gegendruck-Freistrahlturbine durch ein Wendegetriebe bei starker Untersetzung mit der Schiffsschraube verbunden ist.
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