DE4209845C2

DE4209845C2 - Gegendruck-Freistrahlturbine für den Fahrzeugantrieb

Info

Publication number: DE4209845C2
Application number: DE19924209845
Authority: DE
Inventors: Albert Wagner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-04-12
Filing date: 1992-03-26
Publication date: 1994-04-28
Anticipated expiration: 2012-03-27
Also published as: DE4209845A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Gegendruck-Freistrahlturbine für den Fahrzeugantrieb nach Patent P 41 11 934.7.

Der hier vorgeschlagene Fahrzeugantrieb besteht aus einem Zweitaktmotor mit gegenläufigen Freikolben und einer Hydropumpe, die das Druckwasser für den Antrieb der Gegendruck-Freistrahlturbine fördert.

Bei der in der P 41 11 934.7 dargestellten Gegendruck-Freistrahlturbine erfolgt die Trennung von Wasser und Druckluft bei Schieflagen durch ein an der Deckelseite angeordnetes tieferhängendes Ablaufrohr mit einem Tauchrohr.

Da aber bei der starken Mischung von Wasser und Druckluft von dem Wasser auch Druckluft mitgerissen wird, ist die angegebene Trennung nicht ausreichend.

Der Anmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, die Trennung von Wasser und Druckluft zu verbessern.

Diese Aufgabe wird sowohl mit den im Patentanspruch 1 als auch mit den im Patentanspruch 2 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 3 angegeben.

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 mittl. Kolbengeschwindigkeiten, hohe mittl. Kolbendrücke und hohe Förderdrücke ein niedriges Leistungsgewicht und einen niedrigen spez. Kraftstoffverbrauch hat.

Außerdem ist der Zweitaktmotor mit gegenläufigen Freikolben unempfindlich gegen hohe Verbrennungsdrücke und ist bei vollständiger 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 Untersetzung im Wendegetriebe auf die Schiffsschraube übertragen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht der über dem Ausgleichsgetriebe 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-Freistrahlturbine T mit der Freikolbenmaschine M und dem Wende- und Wechselgetriebe W.

Fig. 3 einen Längsschnitt der Gegendruck-Freistrahlturbine

Fig. 4 einen Querschnitt der Gegendruck-Freistrahlturbine

Fig. 5 einen Längsschnitt durch das Ablaufrohr 2 und das Tauchrohr 3

Fig. 6 einen Längsschnitt durch das Ablaufrohr 2 mit oberer tangentialer Einströmung und unterem Ablauf des Wassers.

Fig. 7 einen Querschnitt durch das Ablaufrohr 2 mit dem oberen tangentialen Einströmkanal E.

Fig. 8 einen Längsschnitt durch den Kolbenschieber 20 und die Regelfeder 21 im Bypaß der Pumpe O.

Fig. 9 eine Seitenansicht einer Gegendruck-Freistrahlturbine T bei einem Kraftfahrzeug ohne Vorderradantrieb.

Fig. 10 die Draufsicht zu Fig. 9.

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, die Pumpe O und die Leitungen 16 und 17 der Entlüftungseinrichtung, die beiden Vordruckleitungen 4 und die Wasserkühler 5 mit den beiden Hydropumpen P der Freikolbenmaschine M verbunden.

Die Entlüftungseinrichtung, die wegen der von dem Wasser bei der starken Mischung mitgeführten Druckluft erforderlich ist, besteht aus dem Tauchrohr 3, das außen durch kegelförmige Siebringe 15 das abfließende Wasser von der aufsteigenden Druckluft trennt, und der durch Druckluft oder elektrisch angetriebenen Pumpe O, die durch die Leitungen 16 und 17 abströmende Druckluft wieder in die Gegendruck-Freistrahlturbine T verdrängt. Nach Fig. 6 hat die Pumpe O für eine von der Turbinenleistung abhängige Regelung der Fördermenge bei der Entlüftung einen Bypaß mit dem Kolbenschieber 20, der durch den veränderlichen Vordruck (oder den Förderdruck) beaufschlagt wird, und der bei steigendem Druck durch Zusammendrücken der Regelfeder 21 den Kolbenschieber 20 weiter schließt.

Nach Fig. 6 und 7 hat das Ablaufrohr 2 für die Trennung der Druckluft durch Schleuderwirkung einen oberen Kanal E mit tangentialer Einströmung und zwei unteren Anschlüssen für die Rücklaufleistungen 4 des Wassers und die Leitung 16 für die aufsteigende Druckluft.

Außerdem wird die in der Gegendruck-Freistrahlturbine erzeugte Wärme in den Wasserkühlern 5 abgeführt.

Für das Bremsen mit der Gegendruck-Freistrahlturbine wird ein Wechselgetriebe 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 Bremswirkung hat.

Wegen der Geräuschbildung ist für den gesamten Antrieb ein Schallschutz erforderlich.

Nach Fig. 3 und 4 besteht die Gegendruck-Freistrahlturbine aus dem Gehäuse 6 mit zwei kurzen, horizontal angeordneten Druckkanälen K und von außen eingesetzten langen 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 gelagerten, 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.

Der für die Hydropumpen erforderliche Vordruck wird durch Druckluft in dem geschlossenen Gehäuse der Gegendruck-Freistrahlturbine gehalten.

Die Regelung der Turbinendrehzahl erfolgt bei konstanten Strahldüsen 7 durch Regelung der Einspritzmenge mit dem Fahrpedal bei autom. Regelung des Puffer-Ladedruckes in Abhängigkeit von der Kolbengeschwindigkeit der Freikolbenmaschine M.

In Fig. 9 und 10 ist eine Gegendruck-Freistrahlturbine dargestellt, die unten mit dem tangentialen Anschluß des Ablaufrohres 2 verbunden ist. Die durch Schleuderwirkung von dem Wasser getrennte Druckluft wird durch die Leitungen 16 und 17 von der elektr. angetriebenen Pumpe O wieder in die Gegendruck-Freistrahlturbine T verdrängt.

Diese einfachere Bauart kann nur für Fahrzeuge ohne Vorderradantrieb verwendet werden.

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 konst. 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 220 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. 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 Ausgleichsgetriebe (A) eines Kraftfahrzeugs angeordnete Gegendruck-Freistrahlturbine (T) an der Deckelseite ein tieferhängendes 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 vorgeschalteten Wendegetriebe (W) das von dem Fahrzeug angetriebene Laufrad (10) beim Bremsen in jedem Gang gegen einen regelbaren Wasserstrahl gedreht wird, und bei Schiffsantrieben die Gegendruck-Freistrahlturbine durch ein Wendegetriebe bei starker Untersetzung mit der Schiffsschraube verbunden ist (nach Patent P 41 11 934.7), dadurch gekennzeichnet, daß das Tauchrohr (3) außen durch kegelförmige Siebringe (15) des abfließenden Wassers von der aufsteigenden Druckluft trennt, die von einer, durch Druckluft oder elektrisch angetriebenen Pumpe (O) durch die Leitung (17) in die Gegendruck-Freistrahlturbine (T) verdrängt wird.

2. 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 Ausgleichsgetriebe (A) eines Kraftfahrzeugs angeordnete Gegendruck-Freistrahlturbine (T) an der Deckelseite ein tieferhängendes 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 vorgeschalteten Wendegetriebe (W) das von dem Fahrzeug angetriebene Laufrad (10) beim Bremsen in jedem Gang gegen einen regelbaren Wasserstrahl gedreht wird, und bei Schiffsantrieben die Gegendruck-Freistrahlturbine durch ein Wendegetriebe bei starker Untersetzung mit der Schiffsschraube verbunden ist (nach Patent P 41 11 934.7), dadurch gekennzeichnet, daß das Ablaufrohr (2) einen oberen Kanal (E) mit tangentialer Einströmung zur Abscheidung von aufsteigender Druckluft durch Schleuderwirkung aufweist, und die aufsteigende Druckluft durch eine, mit druckluft oder elektrisch angetriebene Pumpe (O) durch die Leitung (17) in die Gegendruck-Freistrahlturbine (T) verdrängt wird.

3. Gegendruck-Freistrahlturbine für den Fahrzeugantrieb nach dem Anspruch 1 oder 2, bei der für eine wirkungsvolle Entlüftung die Fördermenge der Pumpe (O) in Abhängigkeit von der Turbinenleistung geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (O) einen Bypass mit einem Kolbenschieber (20) hat, der durch den veränderlichen Vordruck beaufschlagt wird, oder der über einen durch den Förderdruck beaufschlagten dünneren Kolben bei steigendem Druck durch Zusammendrücken der Regelfeder (21) den Kolbenschieber (20) mehr schließt.