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Kraftanlage Die Erfindung betrifft eine Kraftanlage mit einer Verb-rennungskraftmaschine,
die ihre Verbrenungsluft von einem von ihr selbst angetriebenen Kompressor erhält
und mit ihren Abgasen eine Turbine antreibt.
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Es ist ber ' eits bekannt, in Verbindung mit einer Verbrennungskraftmaschine
einen Kompressor anzuordnen, der von dieser Maschine angetrieben ist und das Treibmittel
bzw. die- Verbrennungsluft vorverdichtet. Die hierfür verwendeten Kompressoren weisen
üblicherweise ein auf der Maschinenwelle angeordnetes Laufrad auf. Ein derartiger
Kompressor hat jedoch den Nachteil, daß der erreichbare Druck verhältnismäßig niedrig
ist und bei langsamer Drehzahl des Motors praktisch gar keine Verdichtung mehr auftritt.Außerdem
sind derartigeKompressoren im Hinblick auf den niedrigen erzeugbaren Druck notwendigerweise
verhältnismäßig groß -und schwer. Schließlich erzeugen derartige Kompressoren meist
ein. pfeifendes Geräusch, das gerade bei Fahrzeugen ganz unerwünscht ist.
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Ferner sind Dieselmotoren bekannt, bei denen die Motorkolben mit der
einen Stirnseite der Brennkammer und mit der anderen Stirnseite einem Kompressionsraum
zugerichtet sind. Bei dem Hin- und Hergehen der Kolben wird dann im Kompressionsraum
eine Verdichtung der Luft erzielt. Diese Konstruktion ist ebenfalls sehr schwer
und benötigt viel Platz, so daß sie beispielsweise für Fahrzeuge nicht brauchbar
ist.
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Diese Nachteile werden bei Kraftanlagen gemäß der Erfindung dadurch
vermieden, daß der Luftkompressor einen ringförmigen Zylinder mit Einlaß- und Auslaßöffnungen
aufweist, in dem vier Ringkolben hin- und herschwenkbar angeordnet sind, von denen
je zwei diametral gegenüberliegend an um die Zylinderachse schwenkbaren Schwenkscheiben
angeordnet sind, die ihrerseits von der Verbrennungskraftmaschine hin- und herschwenkbar
sind.
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Ein derartiger Kompressor kann von der kleinsten Geschwindigkeit bis
zur vollen Drehzahl die gewünschte Verdichtung der Luft erzeugen. Infolge der gedrängten
Bauart des Kompressors in Verbindung mit dem Dieselmotor ist die Kraftanlage als
Ganzes im besonderen Maße für Kraftfahrzeuge und Flugs zeuge, wie beispielsweise
Hubschrauber, geeignet, bei denen die Kraftanlage nur wenig Platz einnehmen darf
und verhältnismäßig leicht sein soll. Durch die ausreichende Leistung des Kompressors,
auch bei kleiner Drehzahl, tritt in vorteilhafter Weise die Kompressionswirkung
auch bei niedrigen Geschwindigkeiten eines Fahrzeuges und insbesondere auch eines
Flugzeuges auf, du sich mit der sogenannten Rollgeschwindigkeit bewegt. Im
Zusammenhang mit dem vorerwähnten in Verbindung mit einer Verbrermiungskraftmaschine
angeordneten Kompressor sei darauf hingewiesen, daß Luftkompressoren mit einem ringförmigen
Ein- und Auslaßöffnungen aufweisenden Zylinder, in dem vier Ringkolben hin- und
herschwenkbar angeordnet sind, von denen je zwei diametral gegenüberliegend
an um die Zylinderachse schwenkbaren Schwenkscheiben angeordnet sind, an sich bekannt
und daher nicht Gegenstand eines selbständigen Schutzes sind.
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Die Erfindung ist in der,- Zeichnung beispielsweise dargestellt. Es
zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch einen Gasgenerator gemäß der Erfindung,
Fig. 2 eine Seitenansicht, aus der die Pleuelstangen und die Kurbelwelle ersichtlich
sind, Fig. 3 einen Schnitt nach Linie 3-3 der Fig. 1,
Fig. 4
einen Schnitt nach Linie 4-4 der Fig. 1,
Fig. 5 einen Schnitt durch
eine Variante eines Gasgenerators gemäß dex Erfindung. _
In dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1 bis 4 weist ein Gasgenerator einen stationären ringförmigen Zweitakt-Dieselzylinder
1 auf, der mit einem stationären ringförmigen Ltiftkompressorzylinder 2 zum
Antrieb einer Gasturbine 3 zu-sammenwirkt. Der Inhalt
des
Zylinders 2 ist ungefähr vier- bis fünfmal so groß wie der des Zylinders
1.
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Im Zylinder 1 sind zwei Paare von Doppelkopfkolben 4,
5 und 6, 7 angeordnet, die in diametral ent-,.,egengesetzten Stellungen
an Schwenkarme 8, 9 bzw, 10, 11 angelenkt sind. Die Schwenkarme
8, 9 und 10,
11 sind mit Scheiben 12 bzw. 13 einstückig,
die ihrerseits mit Hülsen 14 bzw. 15 aus einem Stück sind.
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Die Kolben bestehen aus Gußeisen oder einem anderen schweren Material,
so daß sie die Explosion#sdrücke aufnehmen können und hierdurch die inneren Spannungen
reduziert werden.
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Der Ringzylinder 1 ist entlang einer Umfangslinie Z, <feteilt,
so daß zwei miteinander durch Verschraubun--en verbundene Hälften entstehen, wobei
auf den inneren Ringteilen ein Ringschlitz gebildet ist, durch den sich die Schwenkarme
8,9, 10, 11 erstrecken.
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Der Kompressorzylinder 2 ist in ähnlicher Weise mit zwei Paaren von
Doppelkolben 16, 17 bzw. 18, 19
versehen, die an Schwenkarrne 20, 21
bzw. 22, 23 in diametral gegenüberliegenden Stellungen angelenkt sind.
Die Schwenkarme 20, 21 und 22, 23 sind mit Scheiben 24 bzw. 25 einstückig,
die ihrerseits mit Hülsell 26 und 27 aus einem Stück bestehen.
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Der Zylinder 1 ist durch Verschraubungen am Zy-
linder
2 und der Zylinder 2 durch Verschr2.ubungen an einem stationären. Kurbelgehäuse
29 befestigt.
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Die Hülsen 15 und 27 sind durch Keile 29 mit
einer Hohlwelle 30 drehfest verbunden, die sich, um eine Welle
31 drehen kann. Die Hohlwelle 30 erstreckt sich bis in das Kurbelgehäuse
28 hinein und weist einen Kurbelarm 32 auf, der einen Kurbelzapfen
33
besitzt, an dem das kleine Ende einer Pleuelstange 34 angelenkt ist.
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Die Hülse 14 ist mit Hilfe von Keilen auf der Welle 31 drehfest
befestigt, die an ihrem in das Kurbelgehäuse hineinragenden Ende einen Kurbelarm
35 trägt.
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Die Hülse26 ist durch Keile36 auf einer Buchse 37 drehfest
befestigt, die sich um die Hohlwelle30 drehen kann. Das eine Ende der Buchse37 erstreckt
sich in das Kurbelgehäuse 28 hinein und ist an einem Flansch 38 befestigt,
der am Kurbelarm 35 vorgesehen ist. Die Buchse 37 ist mit einem Schlitz
39 versehen, um eine Relativbe-,vegung zwischen ihr und der Buchse
30 zu gestatten.
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Der Kurbelarm 35 weist einen Zapfen 40 auf, auf dem das kleine
Ende einer Pleuelstange 41 drehbar angeordnet ist. Die großen Enden der Pleuelstangen
34», 41 sind mit einer zweifach gepröpften Kurbelwelle 42 verbunden, die auf ihrem
einen Ende ein Schwungrad 43 trägt.
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Aus vorstehendem geht hervor, daß die Kolben im Dieselzylinder
1 mit den Kolben im Luftkompressorzylinder 2 so verbunden sind, daß die Kolben
4, 5
zum Antrieb der Kolben 18, 19 dienen. Die Kurbelwelle 42 dient
nur dazu, um einen Antrieb für Hilfseinrichtungen, wie beispielsweise eine Brennstoffpumpe,
eine Wasserpumpe und eine Ölpumpe, vorzusehen. Außerdem trägt die Kurbelwelle das
Schwungrad 43, dessen Zahnkranz mit einem elektrischen Anlasser zusammenwirkt: und
das außerdem zum ruhigen Lauf des Generators beiträgt, wenn dieser bei »Roll«-Geschwindigkeit
betrieben wird.
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Der Dieselzylinder 1 weist vier Lufteinlaßöffnungen 44 und
vier AuslaßÖffnungen 45 auf. Die Einlaßöffnungen 44 sind durch Verbindungskanäle
46 mit dem Luftkompressorzylinder 2 verbunden. Die Verbindungskanäle 46 können schräg
und tangential sein, so daß das Gas vom Einlaßende zum Auslaßende des betreffenden
Zylinders eine drehende Bewegung vollführt, wodurch ein Schwingen der Gase und damit
eine Reduzierung der Geschwindigkeit verhütet wird.
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Luft wird in den Zylinder 2 durch vier Paare Einlaßöffnungen 47 angesaugt,
die mit Anschlußstutzen 48 versehen sind, die der in den Zylinder eintretenden Luft
eine Art Stoßwirkung verleihen.
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Ferner ist der Zylinder 1 mit vier Kraftstoffdüsen 49 versehen,
die paarweise in Tätigkeit sind und die durch irgendwelche beliebige Steuermittel
zu einem weiter unten angegebenen Zweck gesteuert werden können.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung ist nun wie folgt: In der Stellung
nach Fig. 3 und 4 werden KammernA zwischen den Kolben4 und 7 und zwische,n
den Kolben5 und 6 gebildet, und zu gleicher Zeit wird Luft in die Verbrennungskaminern
B durch die Einlaßöffnungen 44 angesaugt, wodurch die Ab-
gase durch die Auslaßöffnungen
45 hinausbefördert werden. Im richtigen Moment wird Kraftstoff den Verbrennungskammern
A über die Düsen 49 zugeführt, und die Verbrennung erfolgt in den beiden
KammernA gleichzeitig, wodurch die Kolbenpaare4,7 und 5, 6 auseinandergedrückt
werden. Hierdurch werden durch die Kolben die Lufteinlaßöffnungen und die Auslaßöffflung«n
der Verbrennungskammern B geschlossen und die Lufteinlaßöffnungen und die Auslaßöffnungen
der Verbrennungskammern A geöffnet. Nunmehr können die Abgabe aus den Kammern
A
unter Druck der Gasturbine 3 zugeführt werden. Gleichzeitig bewegen
sich die Kolbenpaare 5, 7 und 4, 6 aufeinander zu, so daß die
Luft in den Kammern B komprimiert wird. Anschließend findet eine gleichzeitige Verbrennung
in den beiden Kammern B statt, die die Kolbenpaare 5, 7 und 4,
6 derart auseinanderbewegt, daß sie wieder ihre frühere Stellung einnehmen.
Dieses Arbeitsspiel wiederholt sich dann.
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Aus Vorstehendem geht hervor, daß alle Kolben in einer hin- und hergehenden
Bewegung zwischen zwei Verbrennungskammern derart »schwimmen«, daß sie durch die
Explosion nach beiden Richtungen bewegt werden. Eine Drucklufttasche ist also nicht
mehr erforderlich, um sie in der einen Richtung wie bei den bekannten Generatoren
des Freikolbentyps zu bewegen. Da sich die Kolben ferner nach beiden Richtungen
bewegen, kann nur der Generator mit »Roll«-Geschwindigkeit betrieben werden, was
bei den bekannten Konstruktionen nicht möglich ist.
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Da die Kolbenpaare 4, 5 und 6, 7 des Zylinders
1
mit den Kolbenpaaren 16, 17 bzw. 18, 19 des Zylinders 2 verbunden
sind, werden die Bewegungen der im Zylinder 1 angeordneten Kolben auf die
Kolben des Zylinder 2 übertragen. Die Kolben des Zylinders 2 sind relativ in den
Kolben des Zylinders 1 so angeordnet, daß bei Erreichen der maximalen Kompression
durch die Kolben 4, 7 und 5, 6 in den Verbrennungskammern
A, wie in Fig. 3 dargestellt ist, die Kolbenpaare 16, 18 und
17, 19 ihre maximale Kompression in einer Stellung neben den Einlaßöffnungen
44 der Verbrennungskammern B erreichen, wie aus Fig. 3
und 4 ersichtlich ist.
In dieser Stellung sind die übergangskanäle 46, die zur Zufuhr von Luft zu den Verbreimungskamniern
A dienen, durch die Kolben 4 und 5 geschlossen, und die Luft wird
durch die beiden Paare von Einlaßöffnungen 47 angesaugt, die zu den Verbrennungskammern
B gehören. Hieraus ergibt sich, daß der Dieselzylinder 1 den Luftkompressor-2.ylinder
2 antreibt, wodurch Druckluft in die Verbrennungskammern des Zylinders
1 gedrÜckt wird,
der seinerseits die Abgase unter Druck zur
Gasturbine 3 weiterleitet.
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Die Kurbelwelle 42, die vom Zylinder 1 über die Welle
31 und die Hohlwelle 30 angetrieben ist, kann ein Zahnrad
50 tragen, mit dessen Hilfe eine Kraftstoffpumpe, eine Wasserpumpe, eine
Ölpumpe oder irgendeine sonstige Hilfseinrichtung angetrieben werden kann. Die Kurbelwelle
42 trägt ferner das Schwungrad 43, das mit einem elektrischen Anlaßgetriebe zusammenwirken
kann, mit dessen Hilfe das Anlassen des Generators ohne weitere Hilfseinrichtung
möglich ist, wie sie bei den bekannten Generatoren dieser Art benötigt wird.
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Der Zylinder 1 kann dadurch wassergekühlt sein, daß eine Reihe
von Kanälen 51 im Zylindergehäuse vorgesehen ist, durch welche Wasser in
bekannter Weise hindurchgepumpt wird.
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Geeignete Lager 52, z. B. dünnwandige Metallbuchsen, können
an geeigneten Stellen im Generator vorgesehen sein. Die Schmierung der Lager
52 erfolgt durch Öl, das durch Ventile 53 Ölbehältern 54 zugeführt
wird, von denen zahlreiche Leitungen 55 zu den Lagern führen.
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Um einen Verlust an Kompression zu verhüten, sind Dichtungsringe
56 zwischen den Scheibenpaaren 12, 13 und 24, 25 und ferner
zwischen diesen Scheiben und den zugehörigen Zylindergehäuseteilen vorgesehen.
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Wenn der Generator in einem Wagen oder einem ähnlichen Fahrzeug verwendet
werden soll, kann das Turbinenrad 3 auf einer Kurzwelle 58 vorgesehen
sein, die mit dem Zylinder 1 fest verbunden ist. Das Turbinenrad
3 kann mit einer Fahrzeugantriebswelle über ein Universalgelenk
59 und ein Getriebe 60 verbunden sein. Ferner ist es möglich, den
Generator am einen Ende des Fahrzeugs und die Turbine 3 am anderen Ende anzuordnen.
In diesem Fall müssen geeignete Leitungen vorgesehen sein, um die Abgase der Turbine
3 zuzuführen. Bei dieser Anordnung können die Kupplung, das Getriebe und
der Schaltmechanismus der üblichen Fahrzeuge weggelassen werden, und die Leistung
wird lediglich durch ein Drosselventil gesteuert, so daß nunmehr das Fahrzeug nur
zwei Fußpedale aufweist.
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In der in Fig. 5 daxgestellten Variante ist die Anordnung und
die Wirkungsweise der Hauptteile im wesentlichen die gleiche wie vorbeschrieben.
Doch sind in dieser Konstruktion die Kolben des Luftkompressors 2 nicht direkt von
den Kolben des Dieselzylinders 1 angetrieben, sondern über die vierfach gekröpfte
Kurbelwelle 42. Zwei Pleuelstangen sind dann mit den Kolben des Zylinders
1 verbunden.