Kraftfahrzeugtriebwerk mit einem oder mehreren Freikolben-Treibgaserzeugern
und einer radial beaufschlagten Gegenlaufturbine Die Erfindung bezieht sich auf
ein Kraftfahrzeugtriebwerk, bei dem ein oder mehrere Freikolben-Treibgaserzeuger
das Treibmittel für eine radial beaufschlagte Gegenlaufturbine liefern. Es ist bereits
vorgeschlagen worden, für Fahrzeuge, insbesondere Lokomotiven, Triebwerke zu verwenden,
die die Leistung einer gegenläufigen Radialturbine über Getriebe auf die Treibachsen
übertragen. Hierbei soll einer der beiden Läufer wahlweise feststellbar sein, um
verschiedene Fahrbereiche erzielen zu können. Ein anderer Vorschlag sieht zwei Turbinen
vor, die in einem Gehäuse eingebaut und über ein Getriebe mechanisch starr miteinander
gekuppelt sind. Über dieses Getriebe und eine Achse werden zwei ebenfalls starr
gekuppelte Treibräder angetrieben. Diese Triebwerke besitzen den Nachteil, daß sie
entweder keinen Leistungsausgleich zwischen den Treibrädern oder den Treibachsen
ermöglichen oder zu diesem Zweck besondere Ausgleichgetriebe benötigt.Motor vehicle engine with one or more free piston propellant gas generators
and a radially acted counter-rotating turbine. The invention relates to
a motor vehicle engine in which one or more free piston propellant gas generators
supply the propellant for a radially loaded counter-rotating turbine. It is already
it has been proposed to use engines for vehicles, especially locomotives,
the power of a counter-rotating radial turbine via gears on the driving axles
transfer. In this case, one of the two runners should be selectively detectable in order to
to be able to achieve different driving ranges. Another proposal sees two turbines
before, which are installed in a housing and mechanically rigid with each other via a gear
are coupled. Via this gear and an axle, two are also rigid
coupled drive wheels driven. These engines have the disadvantage that they
either no power balance between the drive wheels or the drive axles
enable or special differential gear is required for this purpose.
Fahrtechnische und wirtschaftliche Gründe sprechen aber bekanntlich
dagegen, bei Straßenkraftfahrzeugen die Treibräder einer Achse starr zu verbinden
und gemeinsam anzutreiben. Beim Kurvenfahren müssen die beiden Räder verschieden
große Wege zurücklegen und deshalb mit verschiedenen Drehzahlen umlaufen, andernfalls
wäre ein Schlupf der Treibräder auf der Straße und starker Verschleiß der Reifen
unvermeidlich. Bei einem zweiradangetriebenen Fahrzeug muß deshalb die Antriebsleistung
durch ein Ausgleichgetriebe auf die beiden Treibräder verzweigt werden. Ähnlich
wird bei Schienenkraftfahrzeugen, bei denen das Triebwerk meist in einem vierradangetriebenen
Drehgestell eingebaut ist, die Leistung über ein Ausgleichgetriebe auf Vorder- und
Hinterachse
verteilt. Es können sonst durch- unterschiedliche Treibraddurchmesser
Schlüpfungen und eine ungleiche Verteilung der auf die Achsen zu übertragenden Kräfte
und dadurch Überbeanspruchungen der Triebwerksteile auftreten.However, as is well known, technical and economic reasons speak for themselves
on the other hand, to rigidly connect the drive wheels of an axle in road vehicles
and drive together. When cornering, the two wheels must be different
Cover long distances and therefore revolve at different speeds, otherwise
the drive wheels would slip on the road and the tires would wear heavily
inevitable. In a two-wheel drive vehicle, the drive power must therefore
be branched by a differential gear to the two drive wheels. Similar
is used in rail vehicles, in which the engine is usually in a four-wheel drive
Bogie is built in, the power via a differential gear on front and back
Rear axle
distributed. Otherwise there could be different drive wheel diameters
Slippage and an uneven distribution of the forces to be transmitted to the axles
and overstressing of the engine parts occurs as a result.
Den bekannten Bauformen von Ausgleichgetrieben mit Stirnrädern oder
Kegelrädern, die heute am weitesten verbreitet sind, haftet der große Nachteil an,
daß ihre Wirkung von der Bodenhaftung der Treibräder .abhängig ist. Hat beispielsweise
das eine Treibrad eines zweiradangetriebenen Wagens, der 'mit einem Aüsgleichgetriebe
bekannter Bauart ausgerüstet ist, beim Anfahren eine geringe oder gar keine Bodenhaftung
(durch schlüpfrigen Lehm oder nasses Laub), dann wird dieses Rad allein angetrieben,
und seine Drehzahl wird - sich schnell erhöhen, während das andere Rad, das beispielsweise
auf griffiger Betondecke steht, in Ruhe bleibt. Das Fahrzeug kann nicht anfahren,
weil die gesamte Leistung dazu verwendet wird, das Rad ohne Bodenhaftung zu beschleunigen.
Man spricht in einem solchen Fall vom »Durchgehen« eines Rades. Auch während des
Fahrens und selbst beim Bremsen macht sich bei Ausgleichgetrieben der üblichen Bauarten
eine wechselnde Bodenhaftung unangenehm bemerkbar. Es tritt dann sehr leicht ein
Schleudern des Wagens ein. Ebenso wirkt sich bei Schienenfahrzeugen mit Einzelachsantrieb
dieser Nachteil der üblichen Ausgleichgetriebe sehr stark aus, wenn beim Anfahren
oder auch während der Fahrt auf Steigungen die Reibungsgrenze überschritten wird
und ein Treibradpaar ins »Schleudern« kommt.The known designs of differential gears with spur gears or
Bevel gears, which are most widespread today, have the major disadvantage
that their effect is dependent on the grip of the drive wheels. Has for example
the one drive wheel of a two-wheel drive car, the 'with a gearbox
known design is equipped, when starting a little or no traction
(through slippery clay or wet leaves), then this wheel is driven alone,
and its speed will - increase rapidly, while the other wheel, for example
stands on a non-slip concrete ceiling, remains calm. The vehicle cannot start
because all the power is used to accelerate the bike without traction.
In such a case, one speaks of a wheel “going through”. Even during the
Driving and even braking is common with differential gears
an unpleasantly noticeable change in grip. It then occurs very easily
Throwing in the car. This also has an effect on rail vehicles with single-axle drives
this disadvantage of the usual differential gears is very pronounced when starting off
or the friction limit is exceeded while driving on inclines
and a pair of driving wheels "skid".
Diese Übelstände hat man durch zusätzliche Einrichtungen, die die
Ausgleichwirkung zeitweise bremsen oder sperren, zu beheben versucht. Zu diesem
- Zweck sind Getriebe mit Schaltwerken, willkürlich oder selbsttätig wirkende Sperrvorrichtungen
oder Schraubgetriebe entwickelt worden, die aber die Ausgleichgetriebe sehr komplizieren,
den Verschleiß. erhöhen und die Betriebssicherheit herabsetzen. -Die Erfindung schlägt
einen grundsätzlich anderen Weg vor, der die Nachteile der bisher üblichen Ausgleichgetriebe
vermeidet und die Forderungen, die an ein Kraftfahrzeugtriebwerk gestellt werden,
in einfacher Weise, betriebssicher und verlustarm erfüllt. Das Triebwerk besteht
aus einem oder mehreren Freikolben-Treibgaserzeugern und einer radial beaufschlagten
Gegenlaufturbine. Erfindungsgemäß treibt jeder Turbinenläufer ein anderes Treibrad
oder eine andere Treibradgruppe über je ein eigenes vom anderen getrenntes Getriebe
an, wobei die Treibräder oder Treibradgruppen- durch an sich bekannte Kupplungseinrichtungen
verbindbar sind. Bekanntlich sind die Drehmomente, die von dem durchströmenden Treibmittel
an den Schaufeln zweier in der gleichen Ebene, aber gegenläufig arbeitenden Turbinenläufer
erzeugt werden, immer gleich, auch dann, wenn die Drehgeschwindigkeiten verschieden
groß sind. Diese Tatsache nutzt die Erfindung aus, indem sie die Drehmomente der
beiden Turbinenläufer getrennt auf die Treibräder oder Treibradgruppen überträgt.
Die Aufgabe der Leistungsverzweigung, die bisher dem Ausgleichgetriebe zugewiesen
war, übernimmt hier bereits die Antriebsmaschine selbst. Treten an den Treibrädern
oder Treibradachsen unterschiedliche Drehgeschwindigkeiten auf, z. B. beim Durchfahren
von Kurven, so gleichen sich die Drehgeschwindigkeiten der Turbinenläufer zwanglos
an bei gleichbleibenden Drehmomenten. Ein besonderes Ausgleichgetriebe mit den ihm
anhaftenden Nachteilen und Verlusten wird hierdurch überflüssig. Bei unterschiedlicher
Bodenhaftung der Treibräder besteht jedoch noch die Gefahr, daß einer der beiden
Turbinenläufer eine unzulässig hohe Drehgeschwindigkeit erhält. Um dies zu vermeiden,
sieht die Erfindung die Möglichkeit vor, wenn dies notwendig ist, die Treibräder
oder Treibradgruppen durch an sich bekannte Kupplungseinrichtungen miteinander zu
verbinden. In weiterer Ausbildung der Erfindung kann man hierfür eine Schlupfkupplung
mit variablem Schlupffaktor verwenden. Man erhält hierdurch die Möglichkeit; die
Drehmomente der beiden Turbinenläufer vollständig oder auch nur teilweise auf ein
Treibrad oder eine Treibradgruppe zu vereinigen und beseitigt damit die Gefahr des
»Schleuderns« oder »Durchgehens« eines Treibrades oder einer Treibradgruppe infolge
ungenügender Bodenhaftung. Die Wirkung der Schlupfkupplung ist hier andersartig
als im allgemeinen üblich. Die beiden Kupplungshälften laufen bei normaler Fahrt
synchron und haben hierbei kein Drehmoment zu übertragen, verursachen also auch
keine Verluste. Zum Beispiel bewirkt bei zweiradangetriebenen Fahrzeugen der beim
Durchfahren einer Kurve auftretende kleine Schlupf nur eine unbedeutende Leistungsübertragung
von einem Treibrad auf das andere. Sobald jedoch ein Treibrad infolge schlechter
Bodenhaftung zum Durchgehen neigt und eine höhere Drehgeschwindigkeit als das andere
aufnimmt, wird dies durch die zunehmende Leistungsübertragung auf das andere Rad
begrenzt. Zweckmäßigerweise verwendet man als Schlupfkupplung eine hydrodynamische
Kupplung. Die Größe des Schlupffaktors einer solchen Kupplung ist bekanntlich sehr
abhängig von der Viskosität der Kupplungsflüssigkeit. Besondere Vorteile ergibt
demnach die Verwendung eines magnetisch steuerbaren Öls, wie es unter der Benennung
»Thixotrop« bekanntgeworden ist. Die Viskosität dieser Kupplungsflüssigkeit kann
durch Verstärkung oder Schwächung eines sie beeinflussenden Magnetfeldes verändert
werden: Die Erfindung sieht die Möglichkeit vor, mittels besonderer Regeleinrichtungen
die Viskosität der Kupplungsflüssigkeit und damit den Schlupffaktor der Kupplung
sowohl selbsttätig als auch willkürlich durch den Fahrzeugführer zu ändern. Um die
Gefahr des »Durchgehens« oder »Schleuderns« der Treibräder beim Anfahren des Fahrzeuges
zu vermeiden, ist es zweckmäßig, beim Anfahren keinen Schlupf zuzulassen, den Schlupffaktor
also gleich Null zu machen. Es kann dies beispielsweise durch eine der Schlupfkupplung
parallel angeordneten
Scheibenkupplung erzielt werden, die bei
Überschreitung einer bestimmten Drehgeschwindigkeit selbsttätig gelöst wird. Von
dem Augenblick der Lösung der Scheibenkupplung an übernimmt dann die Schlupfkupplung
die Sicherung gegen das »Durchgehen« und »Schleudern« der Treibräder. Ein weiteres
Kennzeichen der Erfindung ist, daß das Übersetzungsverhältnis der beiden Getriebe
verschieden ist, so daß bei synchronem Lauf der Treibräder die Turbinenläufer asynchron
laufen. Bei gegenläufigen Radialturbinen sind die mittleren Durchmesser der Schaufelkränze
beider Turbinenläufer verschieden groß. Dadurch, daß man die Turbinenläufer bei
normaler Fahrt mit verschiedenen Drehgeschwindigkeiten arbeiten läßt, erreicht man
bei beiden Turbinenläufern gleiche mittlere Umfangsgeschwindigkeiten, was strömungstechnische
Vorteile bringt. Weiter bieten die unterschiedlichen Übersetzungsverhältnisse der
beiden Getriebe die Möglichkeit, auf einfache Weise den Drehsinn der Abtriebswellen,
unter Beibehaltung der koaxialen Lage derselben, gleichzurichten, und zwar durch
Anordnung eines Zwischenrades in dem Getriebe, welches das kleinere Übersetzungsverhältnis
besitzt. Die erfindungsgemäß vorgesehene Vereinigung des oder der Freikolben-Treibgaserzeuger,
der Gegenlaufturbine, der Getriebe und der Kupplungseinrichtungen zu einem Block
ergibt ein außergewöhnlich niedriges Leistungsgewicht, geringe Übertragungsverluste
sowie raumsparende und einfache Einbauverhältnisse.These evils are caused by additional facilities that the
Temporary braking or blocking of compensation effect, attempted to remedy. To this
- The purpose is gears with switching mechanisms, arbitrary or automatic locking devices
or helical gears have been developed, but these complicate the differential gears very much,
the wear and tear. increase and reduce operational safety. -The invention suggests
a fundamentally different approach that eliminates the disadvantages of the differential gears that were customary up to now
avoids and the requirements that are placed on a motor vehicle engine,
fulfilled in a simple, reliable and low-loss manner. The engine is there
from one or more free piston propellant gas generators and one radially applied
Counter-rotating turbine. According to the invention, each turbine runner drives a different drive wheel
or another group of driving wheels each with its own separate transmission
on, the driving wheels or driving wheel groups by coupling devices known per se
are connectable. As is known, the torques generated by the propellant flowing through
on the blades of two turbine rotors working in the same plane but in opposite directions
are always generated the same, even if the rotational speeds are different
are great. This fact takes advantage of the invention by the torques of the
transmits both turbine rotors separately to the drive wheels or drive wheel groups.
The task of power split, previously assigned to the differential
the engine itself takes over here. Pedaling on the drive wheels
or driving wheel axles at different rotational speeds, e.g. B. when driving through
of curves, the rotational speeds of the turbine rotors are easily equal
on at constant torques. A special differential with him
Adhering disadvantages and losses are thereby superfluous. With different
However, the traction of the drive wheels still poses the risk that one of the two
Turbine rotor receives an impermissibly high rotational speed. To avoid this,
the invention provides the possibility, if necessary, of the drive wheels
or driving wheel groups to one another by coupling devices known per se
associate. In a further embodiment of the invention, a slip clutch can be used for this purpose
Use with variable slip factor. This gives you the opportunity; the
Torques of the two turbine rotors completely or only partially on a
To unite driving wheel or a driving wheel group and thus eliminates the risk of
"Skidding" or "running away" of a drive wheel or group of drive wheels as a result
insufficient grip. The effect of the slip clutch is different here
than usual. The two coupling halves run during normal driving
synchronously and have no torque to transmit, so also cause
no losses. For example, in two-wheel drive vehicles, the
When driving through a curve, there is only an insignificant power transfer when there is little slip
from one driving wheel to the other. However, as soon as a drive wheel as a result of worse
Traction tends to run away and a higher turning speed than the other
absorbs, this is due to the increasing power transfer to the other wheel
limited. A hydrodynamic clutch is expediently used as the slip clutch
Coupling. The size of the slip factor of such a clutch is known to be very large
depending on the viscosity of the clutch fluid. There are particular advantages
hence the use of a magnetically controllable oil, as it is named
"Thixotrop" has become known. The viscosity of this clutch fluid can
changed by strengthening or weakening a magnetic field influencing it
are: The invention provides the possibility of using special control devices
the viscosity of the clutch fluid and thus the clutch slip factor
can be changed both automatically and arbitrarily by the driver. To the
Danger of the drive wheels “running away” or “skidding” when the vehicle starts up
To avoid this, it is advisable not to allow any slip when starting up, the slip factor
so to make zero. This can be done, for example, by one of the slip clutches
arranged in parallel
Disc clutch can be achieved with
Exceeding a certain rotational speed is automatically resolved. from
the moment the disc clutch is released, the slip clutch takes over
the protection against "running away" and "skidding" the drive wheels. Another one
A characteristic of the invention is that the transmission ratio of the two gears
is different, so that when the drive wheels run synchronously, the turbine rotors are asynchronous
to run. In the case of counter-rotating radial turbines, the mean diameter of the blade rings is
both turbine rotors are of different sizes. By having the turbine runner at
normal driving with different turning speeds can be achieved
Both turbine rotors have the same mean circumferential speeds, which is fluid
Brings advantages. The different gear ratios of the
both gearboxes the ability to easily change the direction of rotation of the output shafts,
while maintaining the coaxial position of the same to rectify, namely through
Arrangement of an intermediate gear in the gearbox, which has the smaller gear ratio
owns. The association of the free-piston propellant gas generator (s) provided according to the invention,
the counter-rotating turbine, the gearbox and the coupling devices to form one block
results in an exceptionally low power-to-weight ratio, low transmission losses
as well as space-saving and simple installation conditions.
Die Erfindung ist an Hand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.The invention is described in more detail using an exemplary embodiment.
Abb. I zeigt im Schnitt ein Triebwerk für ein Straßenfahrzeug mit
je einem Treibrad auf jeder Fahrzeugseite; Abb.2 zeigt eine Seitenansicht des gleichen
Triebwerks unter Fortlassung eines Treibrades.Fig. I shows a section of an engine for a road vehicle
one drive wheel on each side of the vehicle; Fig.2 shows a side view of the same
Engine with the omission of a drive wheel.
In Abb. I sind I die Freikolben-Treibgaserzeuger, die das Treibmittel
erzeugen, das der radial beaufschlagten Turbine 2 über die Leitungen 3 zugeführt
wird. Die Turbine 2 hat als Gegenlaufturbine zwei Läufer 4 und 5, die beide mehrere
Schaufelkränze tragen. Die äußeren Schaufelkränze 6 und 7 haben zwar verschieden
große Durchmesser, drehen sich aber bei normaler Fahrt mit annähernd gleichen mittleren
Umfangsgeschwindigkeiten. Die Turbinenleistung wird bei Geradeausfahrt je zur Hälfte
über die beiden Wellen 8 bzw. 9, die Ritzel Io und II, die Zahnräder I2, I3 und
I4 und die Abtriebswellen I5 und I6 den Treibrädern 17 und 18 zugeleitet. In dem
rechten Getriebe erfolgt die Leistungsübertragung über das Zwischenrad I3, wodurch
bei diesem Getriebe neben der Gleichrichtung des Drehsinns gleichzeitig ein kleineres
Übersetzungsverhältnis gegenüber dem linken Getriebe und damit eine Angleichung
der Umfangsgeschwindigkeit der beiderseitigen Schaufelkränze in der Turbine erzielt
wird. Die beiden Abtriebswellen I5 und I6 sind koaxial gelagert und durch die Kupplungseinrichtung
I9 miteinander verbunden. Der Schlupffaktor dieser Kupplungseinrichtung ist mittels
Regeleinrichtungen, die in den Abbildungen nicht eingezeichnet sind, zu beeinflussen,
so daß er den jeweiligen Verhältnissen angepaßt werden kann. Unterschiedliche Drehgeschwindigkeiten
der Treibräder I7 und I8 können sich über die Getriebe und die Turbinenläufer frei
ausgleichen. Die Treibgaserzeuger I, die Turbine 2, die Getriebe Io, I2 bzw. II,
I3, I4 sowie die Kupplungseinrichtung I9 sind durch das Maschinengestell 2o zu einem
einheitlichen Triebwerksblock zusammengebaut. Das Triebwerk kann auch zum Antrieb
von Treibradgruppen oder verschiedener Treibachsen, wie sie bei Fahrgestellen für
Schienenfahrzeuge vorkommen, verwendet werden. Weiter ist es möglich, in das Triebwerk
Wendegetriebe einzubauen.In Fig. I, I are the free piston propellant gas generators, which are the propellant
generate, which is supplied to the radially acted upon turbine 2 via the lines 3
will. As a counter-rotating turbine, the turbine 2 has two rotors 4 and 5, both of which have several
Wear shovel rings. The outer blade rings 6 and 7 are different
large diameters, but rotate with approximately the same average diameters during normal driving
Peripheral speeds. The turbine output is halved when driving straight ahead
via the two shafts 8 and 9, the pinions Io and II, the gears I2, I3 and
I4 and the output shafts I5 and I6 are fed to the drive wheels 17 and 18. By doing
right transmission takes place the power transmission over the intermediate gear I3, whereby
with this gear, in addition to the rectification of the direction of rotation, a smaller one at the same time
Gear ratio compared to the left gear and thus an alignment
the peripheral speed of the blade rings on both sides in the turbine
will. The two output shafts I5 and I6 are mounted coaxially and through the coupling device
I9 linked together. The slip factor of this clutch device is by means of
To influence control devices that are not shown in the figures,
so that it can be adapted to the respective conditions. Different rotation speeds
the drive wheels I7 and I8 can move freely via the gearbox and the turbine rotor
balance. The propellant gas generator I, the turbine 2, the gear units Io, I2 and II,
I3, I4 and the coupling device I9 are through the machine frame 2o to one
unitary engine block assembled. The engine can also be used for propulsion
of driving wheel groups or different driving axles, as used in chassis for
Rail vehicles occur, are used. It is also possible to go into the engine
Install reverse gear.