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Mehrteilige Abgasleitung, insbesondere für mehrzylindrige' Brennkraftmaschinen
mit nachgeschalteten Gasturbinen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
mehrteilige Abgasleitung, insbesondere für Brennkraftmaschinen und im speziellen
auf eine Ausführungsart mit mehreren getrennten Abgasleitungen zwischen einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine
und deren Gasturbine oder -turbinen.
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Erfindungsgemäß ist die mehrteilige Abgasleitung für Brennkraftmaschinen,
bestehend aus einer Mehrzahl von Leitungen zwischen einer Mehrzylinder-Brenn'Icrafttnaschine
und deren Gasturbine oder -turbinen derart ausgebildet, daß separate Abgasleitungen
zylindrisch um eine @separate, zentrale Kernstange oder ein Kernstück gewunden sind,
wobei die Ausbildung so getroffen ist, daß von den Auspuffstutzen -der Zylinder
annähernd gleichgerichtete Anschlußleitungen zu den Abgasleiturigen von annähernd
gleicher Länge vorgesehen sind und eine Umhüllung für sämtliche Abgasrohre für sich
unabhängig von letzteren an der genannten Kernstange oder am Kernstück befestigt
ist. Der Innenraum der Umhüllung kann so groß bemessen sein, daß eine direkte Berührung
der Umhüllung und der Abgasleitungen unmöglich ist. Es sind in der Umhüllung Durchgangsöffnungen
für die An.schluß- oder Abzweigleitungen vorgesehen, welche weit genug sind, damit
die Anschlußleitungen die Umhüllung auch bei höchsten Abgastemperaturen nicht berühren.
Bei einer solchen Ausbildung wird,die Umhüllung durch direkte Übertragung von Wärme
von den heißen Abgasleitungen nicht erhitzt.
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Eine künstliche Kühlung .der Abgasleitungen
wird möglichst
vermieden, dagegen können dieselben gegenüber der Umhüllung zur Vermeidung einer
Wärmeabgabe isoliert werden. Der gesamte innere Raum der Umhüllung kann mit wärmeisolierendem
Material ausgefüllt sein, oder es kann nur d.ie innere Oberfläche der Umhüllung
mit einer Lage wärmeisolierenden Materials versehen werden. Dadurch wird Wärmestrahlung
von den Abgasleitungen auf die Umhüllung verhindert.
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Die Abgasleitungen können mittels Befestigungsorganen, welche federnd
miteinander verbunden sind, damit sich die genannten Abgasrohre zufolge der Wärme
ausdehnen können, auch an der zentralen Kernstange befestigt sein. Zur Befestigung
der genannten Umhüllung der Abgasleitungen an der zentralen Kernstange können die
gleichen vorzugsweise nachgiebigen Befestigungsorgane, welche zum Zusammenhalten
der Abgasleitungen dienen, verwendet werden. Die Umhüllung kann ferner mit Mitteln
zu ihrer eigenen Kühlung versehen sein, wobei aber die auf die Umhüllung wirkende
Abkühlung die Abgasleitungen, nicht kühlen soll. Die Umhüllung kann ferner aus mehreren
trennbaren Bestandteilen bestehen, so daß dieselbe ohne Demontierung der Abgasleitungen
weggenommen und wieder montiert werden kann. Die Abgasleitungen werden vorteilhaft
mittels Ankerbolzen, Paßstücken und Federmitteln am zentralen Kernstück so verankert,
daß sich die Leitungswandungen zufolge Wärme ungehindert ausdehnen können. Die gleichen
Ankerbolzen, welche die Abgasleitungen festhalten, können zur Verankerung der Umhüllung
am zentralen Kernstück ausgebildet sein. In gewissen Fällen wird die Umhüllung vorteilhaft
mit einem Wasserkühlmantel ausgebildet. Bei einer anderen Ausführungsform der genannten
Befestigungsorgane isind die Abgasleitungen mit Bändern zur Befestigung am zentralen
Kernstück umwunden, und zur Gewährleistung einer ungehinderten Wärmeausdehnung dieser
Leitungen sind die Bänder mit Federmittel enthaltenden Befestigungen versehen. Bei
einer solchen Befestigungsart können an der Kernstange befestigte Ankerbolzen unabhängig
von den genannten Leitungen am zentralen Kernstück zur Fixierung der Umhüllung befestigt
sein. Dabei können Kopfschrauben die Umhüllung mit dem freien Ende dieser Ankerbolzen
verbinden.. Expansionsverbindungen in den Abgasleitungen können an solchen Stellen
vorgesehen sein, daß .die Teilung dieser Leitungen in separate Stücke zur Erleichterung
der Montage am separaten zentralen Kernstück dient. Die Organe zur Fixierung der
Umhüllung können so ausgebildet sein, daß die zentrale Kernstange, die Abgasleitungen
und die Umhüllung je für sich frei gegeneinander expandieren können. Die mit der
zentralen Kernstange verbundenen Befestigungsorgane der Umhüllung werden vorteilhaft
so ausgebildet, daß eine Wärmeübertragung vom zentralen Kernstück auf die Umhüllung
klein ist. Das zentrale Kernstück besteht vorzugsweise aus einem oder mehreren ineinandergesteckten
Rohren. Es kann aber auch einen vollen Querschnitt aufweisen, der von beliebiger
Form, z. B. auch quadratisch, recht- oder mehreckig, sein kann.
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In den Zeichnungen sind einige Ausführungisbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt. Gleiche oder ähnliche Teile sind mit gleichen Zahlen bzw. Buchstaben
bezeichnet.
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Der Erfindungsgegenstand kann selbstverständlich auch in irgendwelcher
anderer Weise awsgeführt sein.
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Die Fig. i zeigt einen partiellen Schnitt durch den Erfindungsgegenstand
entsprechend der Linie I-1 von Fig.2, und zwar bei seiner Anwendung an einer Achtzylinder-Brennkrafttnaschine.
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Die Fig. 2 zeigt einen Schnitt entsprechend der Linie II-II von Fig.
i, in der Pfeilrichtung gesehen.
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Die Fig. 3 zeigt die Befestigung der Abgatsleitungen und der Umhüllung
an einem zentralen Kernrohr in vergrößertem Maßstab entsprechend Fig. 2.
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Die Fig. 4 zeigt die Befestigung der Umhüllung am zentralen Kernrohr
auf der Turbinenseite. Die Fig. 5 und 6 zeigen Schnitte durch die in den Abgasleitungen
angeordneten Expansionsstücke; Fig. 5 zeigt einen Schnitt III-111 beim Eintritt
,in die Abgasturbine und Fig. 6 einen Schnitt IV-IV durch eine in der Mitte der
Maschine liegende Abgasleitung.
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Die Fig.7 bis 1o zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel ebenfalls
an einer Achtzylinder-Brennkraftmaschine; dabei stellt Fig. 7 einen partiellen Längsschnitt
durch den Erfindungsgegenstand entsprechend der Linie 1-I von Fig.8 dar, Fig. 8
ist ein Schnitt entsprechend dem Linienzug II-11 von Fig.7. Fig.9 ein Schnitt entsprechend
dem Linienzug III-11I von Fig. 7 und Fig. io ein Schnitt entsprechend dem Linienzug
IV-IV von Fig.7; dabei sind sämtliche Schnitte in den eingezeichneten Pfeilrichtungen
gesehen.
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Die Fig. i i bis 13 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Abgasleitung
entsprechend dem Erfindungsgegenstand bei einer Sechszylinder-Maschine; Fig. i i
ist ein partieller Schnitt entsprechend der Linie I-1 von Fig. 12, Fig. 12 stellt
einen Schnitt dar entsprechend dem Linienzug II-11 von Fig. i i, Fig. 13 zeigt ebenfallis
einen Schnitt entsprechend Linienzug II-II von Fig. i i, aber bei einer Ausführung
mit gekühlter Umhüllung.
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In Fig. i sind 1, 2 3, 4, 5, 6, 7, 8 .die Zylinder einer Brennkraftmaschine
A, welche ihre Aufladeluft vom Gebläse 9 erhält und ihre Abgase durch die Anschlußleitungen
11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 und durch die Abgasleitungen an die Abgasturbine
i9 abgibt. Im vorliegenden Fall vereinigen sich die Abgasleitungen i i bis 18 je
zu zweien in eine Abgassammelleitung i 1', 12', 13' und 14', wie dies besonders
aus Fig. 2 ersichtlich iist. Die Zylinder i und 8 puffen in die Abgasleitung i i',
die Zylinder 2 und 7 in die Abgasleitung 12', die Zylinder 3 und 6 in die Abgasleitung
13' und die Zylinder 4 und 5 in die Abgasleitung 14'.
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Erfindungsgemäß ist nun ein Kernstück bzw. Kernrohi 20 in der Mitte
des Abgasleitungssystems angeordnet, um welches die Abgasleitungen i i',
12',
13', 14 so herumgewunden und angeordnet sind, ctaß die Abgasanschlußleitungen i
i bis 18 aus den Brennkraftzylindern in die Abgassammelleitungen 11',
12', 13', 14 stets an der gleichen Stelle in bezug auf die Maschine und in
analoger Art einmünden. Im gezeichneten Beispiel geschieht dies an der oberen Seite
des Abgasleitungssystems. Es könnte dies aber auch unten oder ,seitlich an demselben
erfolgen. Die um das Kernrohr gewundenen Abgasrohre i i' bis 14' werden mittels
Vorrichtungen 23 gegen das Kernrohr gedrückt.
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Um die Abgasleitungen i i' bis 14 herum ist ferner ein zweiteiliges
Umhüllungsrohr 21, 22 angeordnet, welches mit Kühlmantel ausgebildet iist. Erfindungsgemäß
wird nun dieser Kühlmantel ebenfalls durch das Kernrohr 20, aber unabhängig von
den Abgasleitungen i i' bis 14', gehalten.
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Die nähere Ausbildung der Befestigungsvorrichtung 23 ist aus Fig.
3 ersichtlich. Dort sieht man, daß die Teile 23 durch die Feder 24 mit Hilfe der
Mutter 25, die auf dem Bolzen 26 angebracht ist, an die Abgassammelleitungen i i'
bis 14 gedrückt werden. Die Bolzen 26 sind erfindungsgemäß am zentralen Rohrstück
2o auf irgendeine Weise befestigt. Diese Befestigungsvorrichtung 23 bis 26 der Rohre
l l' bis 14 am Kernrohr 20 erlaubt eine Vl'ärmeausdehmung dieser Leitungen.
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In Fig. 3 ist noch dargestellt, wie die zweiteiligen Umhüllungsgehäuse
21, 22 mittels der gleichen Bolzen 26 ebenfalls am Kernrohr, aber unabhängig von
den Abgasleitungen i i' bis 14', befestigt werden können. Es geschieht dies mittels
der Kopfschrauben 27, welche in das Stirnende der Bolzen 26 hineingeschraubt werden
können, nachdem die beiden Umhüllungsteile 21 und 22 über die Abgasrohre 11' bis
14 hinübergestülpt sind. Es isst noch darauf hinzuweisen, daß erfindungsgemäß alle
Umhüllungsteile mit allen heißen Abgasleitungen womöglich nirgends in Berührung
kommen sollen. Für alle Durchgänge dieser Leitungen durch die Umhüllung ist deshalb
überall Spiel vorgesehen. Das Kühlwasser für die Umhüllung wird durch die Leitungen
39 zu- und durch die Leitungen 40 abgeführt (Fig. i).
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Fig. 4 zeigt, wie das Kernistück 20 im Abschlußdeckel 28 der Umhüllung
21, 22 nachgiebig gelagert ist.
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Die Fig. 5 und 6, welche Expansionsstücke 12" und 13" an den bereits
erwähnten Orten zeigen, bedürfen keiner weiteren Erläuterung. Sie erlauben eine
freie Ausdehnung der Abgassammelleitungen 11' bis 14' und der Anschlußrohre 16 bis
18.
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In den Fig. 7 bis io ist eine ähnliche Ausführung gezeigt, wie in
den Fig. i bis 6. 1 bis 8 sind die acht Zylinder der Brennkraftmaschine A,
i i
bis 18 die aus den Zylindern führenden Anschlußleitungen, und i i' bis
14 die längs der Maschine hin laufenden und zur Turbine 19 führenden Abgassammelleitungen.
Diese sind um das Kernrohr 2o herum wieder gleich gewunden, wie bei den Fig. i bis
6 bereits beschrieben, und mit dem zentralen Kernrohr 20 verbunden, In diesem Ausführungsbeispiel
isst aber die Verbindungsart eine andere. Diese geschieht durch Bänder 29, 30, welche
durch Schrauben 31 zusammengehalten werden. Unter den Schraubenmuttern 32 sind Federn
33 vorgesehen, um die Verbindung gegen Wärmeausdehnungen nachgiebig zu gestalten.
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Die Umhüllung ist auch under.s ausgeführt wie nach den Fig. i bis
6. Sie .ist urigekühlt und besteht aus zwei Umhüllungshälften 34, 35, welche mittels
der Laschen 36 verbunden werden. Die Innenseite der Umhüllung 34, 35 kann, wie in
Fig.8 dargestellt, mit Isolationsmaterial 41 versehen werden.
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In den Fig. 9 und io wird außer der Befestigung der Abgassammelleitungen
auch die Befestigung der Umhüllungsbleche gezeigt. Letztere erfolgt durch die Bolzen
26 und die Schrauben 37, und zwar ebenfalls unabhängig von der Befestigung der Abgassammelleitungen
am Kernrohr 2o. Die Umhüllungsbleche 34 und 35 sind bei den Durchgangsstellen der
Abga-san.schlußleitungen i i bis 18 so ausgeführt, daß sie diese Leitungen nirgends
berühren. Das zentrale Kernrohr 2o wird in den Deckeln 28 und 38 der Umhüllung,
wie dargestellt, nachgiebig geführt.
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In den Fig. i i bis 13 sind i bis 6 die Zylinder der Brennkraftmaschine
A. Die Abgasan.schlußleitungen i i biss 16 führen :die Gase zu den längs der Maschine
befindlichen Abgagsammelleitungen 11', 12', 13'. Diese Leituugen sind wieder um
ein Kernrohr 20 gewunden und an denvselben durch ähnliche Vorrichtungen nachgiebig
befestigt, wie dieselben bereits bezüglich der Fig. i bis 6, insbesondere mittels
der Fig.3 beschrieben worden sind. Die Zylinder i und 6 puffen gemeinsam durch die
Abgasleitung i i' in die Abgasturbine 19 aus; die Zylinder 2 und 5 durch die Abgasleitung
12' und die Zylinder 3 und 4 durch die Abgasleitung 13'.
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Die Fig. i i und 12 stellen eine Ausführung mit urgekühlter Umhüllung
dar und die Fig. 13 zeigt einen Schnitt durch eine solche mit gekühlter Umhüllung.
Das Kühlwasser für die Umhüllung wird durch die Leitungen 39 zu- und durch die Leitungen
4o abgeführt.
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Eine gleiche oder ähnliche Abgasleitungskonstrukt.ion kann an Brennkraftmaschinen
mit einer beliebigen Anzahl Zylinder und einer beliebigen Anordnung derselben, z.
B. auch für V- oder H-Form-Typen, verwendet werden.