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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.