DE435928C - Flug- bzw. Fahrzeugmotor mit Turbogeblaese und Abgasturbine - Google Patents

Flug- bzw. Fahrzeugmotor mit Turbogeblaese und Abgasturbine

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DE435928C
DE435928C DEM82323D DEM0082323D DE435928C DE 435928 C DE435928 C DE 435928C DE M82323 D DEM82323 D DE M82323D DE M0082323 D DEM0082323 D DE M0082323D DE 435928 C DE435928 C DE 435928C
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/02Drives of pumps; Varying pump drive gear ratio
    • F02B39/12Drives characterised by use of couplings or clutches therein
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/04Engines with exhaust drive and other drive of pumps, e.g. with exhaust-driven pump and mechanically-driven second pump
    • F02B37/10Engines with exhaust drive and other drive of pumps, e.g. with exhaust-driven pump and mechanically-driven second pump at least one pump being alternatively or simultaneously driven by exhaust and other drive, e.g. by pressurised fluid from a reservoir or an engine-driven pump
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Description

  • Flug- bzw. Fahrzeugmotox mit Turbogebläse und Abgasturbine. Bei Flug- bzw. Fahrzeugmotoren, bei denen vor der Einführung die Spül- utid Ladeluft durch ein Turbogebläse verdichtet wird, ist es zweckmäßig, zum Antrieb dieses Gebläses die Auspuffgase in einer Gasturbine auszunutzen, wie -es bereits früher vorgeschlagen ist. (Vgl. Deutsche Luftfahrer-Zeitschrift, Jahrgang igi9, Heft Nr. i9/2o, Seite 6 und folgende.) Hierdurch kann nicht nur die Leistung des Motors erheblich gesteigert werden, sondern es wird zugleich' auch ein besserer thermischer Wirkungsgrad erzielt, da mit Hilfe der Abgasturbine eine sehr weitgehende Expansion der Verbrennungsgase erreicht werden kann, wodurch ein beträchtlicher Arbeitsgewinn zu erzielen ist, zumal bei dem geringen Auspuffgegendruck (Druck der äußeren Luft) bei Höhenlugmotoren. Bei Großflugzeugen bietet nun auch die Anwendung von Abgasturbinen in Verbindung mit den Motoren keine schwerwiegenden Bedenken, da bei solchen die Möä lichkeit geboten ist, die Motorenanlage durch besonderes Personal ständig im Betrieb überwachen zu lassen, so daß bei guter baulicher Durchbildung und sorgfältiger Ausführung Betriebsstörungen an der Turbine sehr selten sein «-erden. Man kann in diesem Falle die aus Gasturbine und Turbogebläse bestehende Gruppe getrennt vom Motor bzw. von den Motoren in einem besonderen geeigneten Maschinenraum aufstellen, so daß sie ständig unter den Augen des mit der überw achung betrauten Maschinisten sind. Diese Möglichkeit ist bei den kleineren und mittelgroßen Flug- bz«-. Fahrzeugen ohne besonderes Moterenüberwachungspersonal nicht geboten. Bei solchen Motoren wird das Turbogebläse und die Gasturbine daher zweckmäßigerweise organisch mit dem Motor verbunden, und zwar auf folgende Weise. Das Turbogebläse wird in der Verlängerung der Motorenachse angeordnet, wie es beispielsweise Abb. i bei einem Flugzeugmotor zeigt, und von der Kurbelwelle des Motors aus mittels eines doppelten Zahnräderpaares l und in bzw. na, sowie x bzw. ii:, und o mit einer passenden Drehzahl angetrieben (vgl. die Abb. 2 und 3, die einen wagerechten Schnitt durch das Turbogebläse und die Abgasturbine bzw. einen senkrechten Schnitt durch das Motorgehäuse darstellen). Mit der doppelten Anordnung des Zahnrädergetriebes wird der Zweck verfolgt, Lagerbeanspruchungen durch einseitigen Zahndruck sowie ferner auch Betriebsstörungen durch Abbrechen von Zähnen o. dgl. nach Möglichkeit auszuschalten. Außer diesem Zahnräderantrieb von der Kurbelwelle des Motors aus erhält das Turbogebläse seinen Antrieb von der in der Verlängerung der Motor- bzw. Turbogebläseachse angeordneten und mit der Welle des Gebläses direkt gekuppelten Abgasturbine, die normalerweise die Gebläsearbeit übernimmt, wodurch der Motor entlastet wird. Bei einer Betriebsstörung in der Gasturbine und Außerbetriebsetzung derselben muß der Motor selber die Gebläsearbeit übernehmen: er kann in diesem Falle selbstredend nur noch entsprechend weniger Arbeit nach außen abgeben.
  • Die Abgasturbine besteht aus einem Zuführungsriiigrohr a mit daran sitzendem Düsenkranz b, einem Auspuffringrohr e und dem zwischen diesem und dem Düsenkranz angeordneten Laufrad i. Dieses ist entweder als Laval- oder als Curtißrad mit vorzugsweise zwei Geschwindigkeitsstufen auszubilden. Würde nun die Gasturbinenwelle w in starrer und unlösbarer Weise mit der Turbogebläsewelle v verbunden werden, so würde im Falle einer schwerwiegenden Störung an der Gasturbine der ganze Motor betriebsunfähig sein. Um diese Möglichkeit auszuschließen, ist gemäß vorliegender Erfindung die Verbindung zwischen Turbogebläsewelle und Gasturbinenwelle w so gewählt, daß sie leicht gelöst werden kann, indem nach Abnahme der Schutzkappe s der Mitnehmerbolzen ia herausgenommen wird. 'Nachdem dies- geschehen ist und die beiden zentrisch zueinander gelagerten Wellen somit entkuppelt sind, kann nach Umlegung der Drosselklappen k und hl in den Gabelungen der Abgasrohre r und r, der Flug nach kurzer Zwischenlandung mit außer Betrieb gesetzter Gasturbine und natürlich mit entsprechend verminderter Motorleistung fortgesetzt werden, während man andernfalls auf der Strecke liegenbleiben würde.
  • Statt der gezeichneten Kupplung mittel eines die beiden Wellen verbindenden Mitnehmerbolzens ii kann auch eine leicht lösbare nachgiebige Lederkupplung, wie sie vom Kraftwagenbau her bekannt ist, vorgesehen werden. Dadurch würden insbesondere auch die Stöße und starken Beanspruchungen bei der Inbetriebsetzung des Motors gemildert werden.
  • Weiterhin bietet die vorgesehene zentrische Anordnung der beiden Wellen v und ä- die Möglichkeit, diese Wellen durch eine nach Art des Fr eilaufzahnkranzes eines Fahrrades auszubildende Kupplung zu verbinden, die sich selbsttätig ausrückt, wenn eine schwere Betriebsstörung an der Gasturbine eintritt, dergestalt, daß das Laufrad bremsend anstatt treibend wirkt. Bei dieser Einrichtung ist in einem solchen Falle nicht einmal eine Notlandung erforderlich: vielmehr braucht der Führer nur die zu diesem Zwecke vorn Führersitz aus einstellbaren Drosselklappen 1, und k1 (Abb. r) für direkten Auspuff einzustellen, sobald er merkt, daß d°r Motor stark in der Leistung nachläßt.
  • Eine derartige Kupplung ist in Abb. 2 im Zusammenhang mit dem im wagerechten Längsschnitt dargestellten Turbogebläse und der Abgasturbine und in den Abb. 4. und 5 in größerem Maßstab besonders dargestellt.
  • Die hohle Welle w des Turbinenlaufrades i dreht sich in einem Kugellager g, das in der Stirnwand t des Turbinengehäuses befestigt ist. Durch ein zweites gleichfalls in dieser Wand befestigtes Lager h. wird die Welle w an der seitlichen Verschiebung verhindert. Das andere Ende der hohlen Welle w, das zu einer Trommel zul erweitert ist, ruht auf einem Rollenlager --, dessen Grundring nebst Rollen und Rollenkäfig auf der Welle v des Turbogebläses angeordnet ist, die ihrerseits auf einem in der Stirnwand des Turbogebläses befestigten Kugellager n-12 sich dreht und durch ein zweites ebenfalls in dieser Wand befestigtes Lager it, an der achsialen Verschiebung verhindert ist. In die hohle Wellentrommel a,1 ist nun die erwähnte selbsttätig sich ein- und ausrückende Kupplung eingebaut, die in gleicher «leise wie der Freilaufzahnkrallz eines Fahrrades wirkt. Sie besteht aus einem auf dein Ende der Turbogebläsewelle u aufgekeilten Grundring g1 eines Rollenlagers und vier (oder einer beliebigen Anzahl) Rollen x1 bis x4, die ganz ähnlich wie bei einem gewöhnlichen Rollenlager durch einen Rollenkäfig 1, mit einem gewissen Spiel in einem annähernd gleichen Abstand voneinander gehalten werden, sowie dem in der Trommel 7e1 festgekeilten Kupplungsring o1, der mit vier (bzw. mit einer der Zahl der Rollen entsprechenden _-xti-ralil) im Irreise angeordneten exzentrisclten keilartigen Bahnen i, 2, 3 und 4. versehen ist. Gegen diese Bahnen werden di: Rollen .r1 bis _r4 durch vier schwache Federn j'2 angepreßt.
  • Bei normalem Arbeiten der Abgasturbine ist das Laufrad i. mit der Welle w1 unter der Einwirkung der es beaufschlagenden Gasstrahlen bestrebt, sich schneller zu drehen als die Tufbogebläsewelle v. Infolgedessen werden die Rollen _x1 bis x, zwischen den exzentrischen Keilbahnen 1, 2, 3 und .4 und dem Grundring g1 festgeklemmt, so daß sie die Welle v mitnehmen. Tritt dagegen eine schwere Störung an der Gasturbine ein, so tlaß das Laufrad bremst, anstatt treibend zu wirken, so lösen sich die Rollen von den exzentrischen Keilbahnen, so daß die Turbogebläsewelle v sich frei drehen kann, ohne die Wellentrommel w1 und das darauf festgekeilte Turbinenlaufrad mitzunehmen. Dies wird insbesondere auch regelmäßig bei der Inbetriebsetzung des Motors der Fall sein, da zur Beschleunigung der nicht unbeträchtlichen Masse des Turbinenlaufrades auf die normale hohe Umlaufgeschwindigkeit eine erhebliche Kraft erforderlich ist, durch die bei starrer Kupplung der beiden Wellen leicht ein Bruch verursacht werden könnte.
  • Durch die gemäß der Erfindung angeordnete Verbindung -von Turbogebläse und Gasturbine mit dem Motor wird stets selbsttätig eilte der Drehzahl des Motors entsprechende Drehzahl des Turbogebläses gesichert. Außerdem kann ein etwaiger Kraftüberschuß der Abgasturbine über den vom Turbogebläse erforderten Kraftbedarf hinaus durch die Zahnräderpaare an die Motorwelle abgegeben und umgekehrt ein etwaiger Kraftüberschuß dem ,Motor entnommen werden. Gleichwohl hat aber infolge der vorgesehenen selbsttätig sich ein- und ausrückenden Kupplung zwischen Turbogebläse- und Gasturbinenw,°lle eilte die Gasturbine außer Betrieb setzende schwere Störung an dieser nicht zugleich auch eine Außerbetriebsetzung des ganzen Motors, sondern nur eine entsprechende Verminderung seiner Leistung zur Folge.

Claims (1)

  1. PATEN T-A\ sPRL CH Flug- bzw. Fahrzeugmotor mit voll der Motorwelle aus durch Zahnräder angetriebenem Turbogebläse und mit Abgasturbine, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der verlängerten Turbogebläsewelle angeordnete `'Felle der Abgasturbine und die Gebläsewelle durch eilte leicht lösbare Kupplung oder durch eine nach Art eines Freilaufzahnkranzes eines Fahrrades wirkende, selbsttätig sich ein- und ausrückende Kupplung miteinander verbunden sind.
DEM82323D Flug- bzw. Fahrzeugmotor mit Turbogeblaese und Abgasturbine Expired DE435928C (de)

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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2444456A (en) * 1943-08-19 1948-07-06 Jarvis C Marble Supercharging system for internal-combustion engines
US2518660A (en) * 1944-09-07 1950-08-15 Wright Aeronautical Corp Internal-combustion engine and exhaust gas turbine therefor
US2525460A (en) * 1944-04-25 1950-10-10 Roesch Fritz Marine propulsion plant
US2542539A (en) * 1944-06-30 1951-02-20 United Aircraft Corp Engine with turbine and supercharger controls
US2585968A (en) * 1944-02-21 1952-02-19 Schneider Brothers Company Turbosupercharged internal-combustion engine having hydraulic means to connect turbine to engine output shaft at high load
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DE877381C (de) * 1942-03-01 1953-05-21 Daimler Benz Ag Flugzeugtriebwerk, insbesondere Hoehentriebwerk mit Abgasturbolader

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