DE913857C

DE913857C - Brennkraftturbinenhilfsantrieb fuer Fahrzeuge

Info

Publication number: DE913857C
Application number: DED12188A
Authority: DE
Original assignee: Deutsche Bundesbank
Current assignee: Deutsche Bundesbank
Priority date: 1952-05-04
Filing date: 1952-05-04
Publication date: 1954-06-21

Description

Brennkraftturbinenhilfsantrieb für Fahrzeuge Es sind Brennkraftturbinenantriebe verschiedenster Arten für Fahrzeuge, Flugzeuge und Schiffe bekanntgeworden, und man kennt auch kombinierte Systeme, d. h. solche, bei denen der Turboantrieb in Verbindung bzw. Ergänzung von Kolbenkraftmaschinen arbeiten. Solche kombinierten Antriebe können insbesondere dort mit Vorteil verwendet werden, wo die Grundlast des angetriebenen Verkehrsmittels von der wirtschaftlich arbeitenden, gut regelbaren Kolbenkraftmaschine gedeckt wird, während die Spitzenlastanforderungen von der zwar hinsichtlich des, Brennstoffverbrauchs weniger wirtschaftlichen, jedoch leichten und in ihrem Aufbau einfachen Turbokraftmaschine gedeckt werden.
Bei solchen Antrieben entstehen gewisse technische, gewichtsmäßige und wirtschaftliche Probleme dadurch, daß der Gasturbinenhilfsantrieb die kompletten Hilfsapparate, insbesondere Anwerfvorrichtung, benötigt und wenn diese Anwerfvorrichtungen nicht sehr stark und damit schwer und teuer ausfallen sollen, auch so erhebliche Zeit benötigen, um den stillstehenden oder nur langsam rotierenden Turboläufer auf die erforderliche sehr hohe Betriebsdrehzahl zu bringen.
Die Erfindung betrifft einen Brennkraftturb.inenantrieb für Fahrzeuge als Hilfsantrieb neben einer in üblicher Weise angeordneten Kolbenkraftmaschine oder Grundlastturbaantriebsmaschine. Bei Fahrzeugen aller Art wird die Leistung der Kolbenmaschine (Grundlastmaschine) im untersten Geschwindigkeitsbereich meist voll ausreichen und, insbesondere bei Eisenbahnfahrzeugen; häufig sogar Zugkräfte erzeugen können, die bei voller Ausnutzung der installierten Motorenleistung den Haftwert zwischen Rad und Fahrbahn überschreiten lassen. Bei niedrigen Geschwindigkeiten ist also der Brennkraftturbohilfsantrieb in der Regel nicht erforderlich. Mit steigender Fahrgeschwindigkeit steigt jedoch der Leistungsbedarf des Fahrzeuges schnell an. Werden an das Triebfahrzeug durch erforderliche Beschleunigungsleistungen oder Bergsteigeleistungen noch hohe zusätzliche Leistungsanforderungen gestellt, so erweist sich die Antriebsleistung der Grundlastmaschine häufig als zu schwach, wenn man nicht überdimensionierte und damit wirtschaftlich im Regelbetrieb zu schlecht ausgenutzte Motoren eingebaut hat. Hier beginnt die Notwendigkeit der Einschaltung des Gasturbohilfsantriebes, der in diesen Bedarfsfällen, was für seine Wirkungsweise entscheidend günstig ist, stets mit Vollast betrieben werden kann, während die übrige Leistungsregelung an der daneben arbeitenden Kolbenbrennkraftm,aschine vorgenommen wird. Bei den Geschwindigkeiten; in denen die Zuschaltung des Hilfsantriebes wünschenswert erscheint, hat das Fahrzeug bereits eine nennenswerte kinetische Energie, die weit über der Schwungmassenenergie des anzuwerfenden Gasturbinenrotors liegt: Diese kinetische Energie soll nun ausgenutzt werden, um rückwärts von den Fahrzeugrädern der den Hilfsantrieb in kurzer Zeit auf Betriebsdrehzahl züz bringen und anzuwerfen.
Dabei kann der Hilfsantrieb sowohl auf die normalen Triebräder des Fahrzeuges wirken, sei es direkt, sei es durch Einschaltung in den Kraftflu.ß vom Antriebsmotor zu den Rädern, er kann aber auch, was wegen der Ausnutzung des Fahrzeugreibungsgewichtes günstiger ist, auf sonst leer mitlaufende Achsen oder Räder des Fahrzeuges wirken.
Damit die Turbine nicht durch die stark wechselnden Temperaturen zwischen Stillstand und Vollast thermisch zu ungünstig beansprucht wird, kann sie mit Hilfe von Abgasen der Hauptmaschine während der gesamten Betriebszeit des Fahrzeuges betriebswarm gehalten werden.
Zur besseren Verständlichkeit des Antriebssy stemes ist in Abb. i ein System mit Antrieb auf freie Räder, z. B. Kraftfahrzeug, und in Abb. 2 ein System mit Antrieb auf das Gesamttriebwerk, z. B. Diesellokomotive, dargestellt.
In Abb. i ist eine Anordnungsmöglichkeit im Fahrgestell eines schweren dreiachsigen Straßenkraftfahrzeuges gezeigt. Das Fahrzeug fährt im normalen Betrieb mit seinem 6-Zylinder-Dieselmotor i, der noch mit einer Abgasturbine 2 und einem Turbolader 3 für die Aufladung ausgestattet sein kann. Der Motor arbeitet wie üblich über die Kupplung q., das Getriebe 5 auf das Ausgleichgetriebe der ersten Hinterachse 6. Da das Fahrzeug eine Hilfsantriebsmaschine in Form einer Gasturbine hat, kann die Leistung des Motors i verhältnismäßig knapp bemessen sein, so daß dieser Motor im Regelbetrieb dauernd in günstigen Wirkungsbereichen fährt. Die zweite Hinterachse wird angetrieben über eine Flüssigkeitskupplung 8 von der Hilfsgasturbine 9, der das Treibgas über den Brenner io von dem mit ihr gekuppelten Turbokompressor i i zugeführt wird. Im normalen Fahrbetrieb steht die Turbinenanlage 9, io und i i still,, und die Flüssigkeitskupplung 8 ist entleert. Das flüssige Übertragungsmittel, z. B. Öl, befindet sich in dem mit einer Feder 12 vor einem Kolben 13 ausgestatteten Zylinder 14.. Kommt eine längere Steigung oder soll das Fahrzeug stark beschleunigen, so betätigt der Fahrer das Ventil 15, wodurch Preß-luft hinter den Kolben 13 kommt, der gegen den Federdruck nach rechts getrieben wurde und die in dem Zylinder 14 enthaltene Flüssigkeit in die Kupplung 8 drückt. Damit wird rückwärts von dem Ausgleichgetriebe 7 aus die Turbine 9 mit ihrem Kompressor i i über die nunmehr eingreifende Kupplung B von den bisher nicht angetriebenen mitlaufenden Rädern 16 her an-'. geworfen und zugleich die mit der Turbine gekuppelte Brennstoffpumpe in Tätigkeit gesetzt, die in den Brenner io Brennstoff fördert, der dort gezündet wird. Damit springt die Hilfsturbine an und treibt mit voller Leistung das zweite Hinterachspaar an, wobei bei der Kleinheit der Turbinenbauweise und ihren sehr hohen Drehzahlen, :die bei der Übertragung auf den Antrieb entsprechend untersetzt werden müssen, die kleine leichte Turbine leicht die gleiche Leistung der Hauptantriebsmaschine haben kann. Wird die Turbinenleistung nicht mehr benötigt, was im Interesse der Brennstoffersparnis der Fall ist, sobald die Hauptantriebsmaschine wieder ausreicht, so wird durch Loslassen des Ventils 15 die Kupplung 8 entleert und durch damit verbundenes Absperren der Brennstoffleitung zum Brenner io die Turbine automatisch stillgesetzt.
In Abb. 2 ist das gleiche Prinzip in seiner Anwendung bei einer Diesellok dargestellt. Werden hier von der Hauptmaschine i über ein Getriebe 5' die Achsen 16 angetrieben, so reicht die Leistung der Hauptmaschine i im Anfahrbereich bis zu einer gewissen Geschwindigkeit voll aus, um die Reibungszugkraft der Lok auszunutzen. Erst bei hohen Geschwindigkeiten kann der Bedarf an zusätzlicher Leistung durch den Wunsch, Steigungen schneller befahren zu können oder schneller auf hohe Geschwindigkeiten kommen zu können, auftreten. Hier ist die Turbine 9 mit Brenner io und Kompressor i i in gleicher Weise über die Kupplung 8 so angeordnet, daß durch Füllen der Kupplung 8, wie beschrieben, die Turbine angeworfen werden kann und dann ihre zusätzliche Leistung über das Ritzel17 auf die Antriebsanlage der Lok überträgt.
Selbstverständlich kann der Anschluß der Turbine auch an den verschiedensten übrigen Stellen an den Kraftfluß der Lok erfolgen. Auch können gleichartige Antriebssysteme für Triebwagen usw. gebildet werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Brennkraftturbinenantrieb für Fahrzeuge als Hilfsantrieb neben in üblicher Weise angeordneter Kolbenkraftmasch.ine oder Grunde lastturboantriebsmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennkraftturboantrieb als Hilfsantrieb bei Bedarf vom fahrenden Fahrzeug her durch kraftschlüssige Kupplung mit dem Laufwerk angeworfen werden kann. z. Brennkraftturbincnantrieb nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennkraftturbohilfsantrieb auf besondere, sonst leer mitlaufende Achsen oder Räder des Fahrzeugen wirkt. 3. Brennkraftturbinenantrieb nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase der Hauptmaschine verwendet werden, um die Turbine betriebswarm zu halten. Angezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 205 303; USA.-Patentschrift Nr. 2 578 o28.