WO2009068048A1

WO2009068048A1 - Antriebsvorrichtung mit verdichtungsmodifikation in form einer thermischen rotationsmaschine mit interner verbrennung

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Publication number: WO2009068048A1
Application number: PCT/EP2007/010294
Authority: WO
Inventors: Dionisio Hammes
Original assignee: SCHNEIDERBAUER-SCHWENDLER ENNO
Current assignee: SCHNEIDERBAUER-SCHWENDLER ENNO
Priority date: 2007-11-27
Filing date: 2007-11-27
Publication date: 2009-06-04
Anticipated expiration: 2010-05-27
Also published as: EP2220354A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsvorrichtung (1) mit Verdichtungsmodifikation in Form einer thermischen Rotationsmaschine (2) mit interner Verbrennung, insbesondere thermischen Strömungsmaschine wie Turbine oder dergleichen, mit einem Stator (8), welcher wenigstens eine Statorstufe (13 bis 16) aufweist, und einem Rotor (9), welcher wenigstens eine Rotdrstufe (20 bis 23) aufweist, wobei Stator (8) und Rotor (9) jeweils offene Schaufeln (24, 25) aufweisen. Erfindungsgemäß ist die Luft ohne Hochdruckvorverdichtung in die Anordnung aus Stator (8) und Rotor (9) einleitbar und der Stator (8) hat neben den offenen Schaufeln (24) auch wenigstens eine geschlossene Wandschaufel (30 bis 32) und wenigstens einen Brenndruckhalter (34) zum Herbeiführen einer direkten, vollständigen, thermischen Verdichtung, wobei der wenigstens eine Brenndruckhalter (34) neben der wenigstens einen Rotorstufe (20 bis 23) angeordnet ist.

Description

ZEITLER • VOLPERT • KANDLBINDER

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Enno Schneiderbauer-Schwendler

Nonnreit 5

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Deutschland

Antriebsvorrichtunq mit Verdichtunαsmodifikation in Form einer thermischen

Rotationsmaschine mit interner Verbrennung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsvorrichtung mit Verdichtungsmodifikation in Form einer thermischen Rotationsmaschine mit interner Verbrennung, insbesondere thermischen Strömungsmaschine wie Turbine oder dergleichen, der im Patentanspruch 1 genannten Art.

Verbesserungen an Strömungsmaschinen sind beispielsweise in den WO 01/92688 A2, WO 00/36279 A1 beschrieben. Die WO 2005/091272 A1 offenbart eine Strömungsmaschine, bei der insbesondere der im Heißgasbereich erzeugte Lärm vermindert ist. Eine Vorrichtung zum axialen Verschieben von zumindest einem Turbinenrotor relativ zu zumindest einem korrespondierenden Turbinenstator in einer mehrstufigen Axialturbine ist aus der WO 2007/041997 A2 bekannt. In der WO 97/02407 A1 ist eine Gasturbine ohne Statoren und mit zwei Rotoren beschrieben.

Ein Axialschnitt einer herkömmlichen Antriebsvorrichtung in Form einer Turbine ist teilweise in der oberen Hälfte der Fig. 1 gezeigt. Von links nach rechts in Fig. 1 hat eine solche, herkömmliche Antriebsvorrichtung ein Gebläse, ein Verdichter- Niederdruckteil, ein Verdichter-Hochdruckteil, eine Brennkammer sowie eine Hochdruck- und eine Niederdruckturbine. Es ist klar, dass eine solche Turbine, wie sie in der oberen Hälfte der Fig. 1 schematisch dargestellt ist, einen hohen Platzbedarf sowie ein hohes Gewicht aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung der eingangs er- wähnten Art zu schaffen, welche deutlich wirtschaftlicher herstell- und betreibbar ist, insbesondere bei gleicher Leistung einen beträchtlich geringeren Platzbedarf und ein ebenfalls deutlich verringertes Gewicht aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Antriebsvorrichtung mit den Merk- malen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Bei der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung mit Verdichtungsmodifikation ist die Luft ohne Hochdruckvorverdichtung in die Anordnung aus Stator und Rotor einleitbar und hat der Stator neben den offenen Schaufeln auch wenigstens eine geschlossene Wandschaufel und wenigstens einen Brenndruckhalter zum Herbeiführen einer direkten, vollständigen, thermischen Verdichtung, wobei der wenigstens eine Brenndruckhalter neben der wenigstens einen Rotorstufe angeordnet ist. Insofern ist die erfin- dungsgemäße Antriebsvorrichtung äußerst kompakt aufgebaut. Es wird keine Hochdruckvorverdichtung mehr benötigt, so dass der Verdichter-Niederdruckteil und der Verdichter-Hochdruckteil einer herkömmlichen Strömungsmaschine entfallen können. Ebenso ist vor dem eigentlichen Hochdruck- und Niederdruckturbinenteil keine Brennkammer angeordnet. Vielmehr ist der Raum, wo die Verbrennung statt- findet, in die Anordnung aus Rotor und Stator integriert. Dadurch ist es möglich, die Antriebsvorrichtung bei gleicher Leistung mit wesentlich geringerem Volumen und damit Platzbedarf sowie mit beträchtlich verringertem Gewicht herzustellen. Es ist klar, dass die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung im Vergleich zu einer herkömmlichen Strömungsmaschine somit deutlich wirtschaftlicher herstell- und betreibbar ist. Erfindungsgemäß sind die bei herkömmlichen Strömungsmaschinen bekannten Hochdruck- sowie Niederdruckturbinenteile zu einem einzigen Turbinenteil zusam- mengefasst. Die Erfindung stellt also eine beträchtliche Verdichtungsmodifikation an thermischen Rotationsmaschinen mit interner Verbrennung, insbesondere an thermischen Strömungsmaschinen wie Turbinen oder dergleichen, dar und schafft Turbinenmotoren ohne Hochdruckvorverdichtung. Erfindungsgemäß ist der Raum, wo die Verbrennung stattfindet, wie zuvor erwähnt, in der Anordnung aus Stator und Rotor vorgesehen, also in das Turbinenteil integriert, so dass die Verbrennung innerhalb des Turbinenteils und nicht wie bei herkömmlichen Strömungsmaschinen vor dem Turbinenteil erfolgt. Dadurch, dass der Stator wenigstens einen Brenndruckhalter zum Herbeiführen einer direkten, vollständigen, thermischen Verdichtung hat, ist der Brenndruckhalter in der Lage, einen Teil des bei der Verbrennung des Luft-Kraftstoff- Gemisches entstehenden Drucks und der Wärme von vorangegangenen Verbrennungen für nachfolgende zu nutzen. Der Brenndruckhalter hält also den entstandenen Druck. Er macht diesen für nachfolgende Verbrennungsvorgänge nutzbar.

Vorteilhafterweise ist jede geschlossene Wandschaufel teilweise in Form einer an die Kontur des Stators bzw. beim Einsatz eines Stators mit mehreren Statorstufen an die Kontur der jeweiligen Statorstufe und teilweise in Form einer an die Kontur des Rotors bzw. beim Einsatz eines Rotors mit mehreren Rotorstufen an die Kontur der jeweiligen Rotorstufe angepassten Wand ausgebildet. In Form einer Wand ausgebildete, geschlossene Wandschaufeln sind bei herkömmlichen Turbinen nicht bekannt. Bei letzteren kommen ausschließlich offene Schaufeln, wie beispielsweise jene am Anfang der Hochdruckturbine oder solche, die die Schaufelräder des Stators bilden, zum Einsatz. Dadurch ist es auf relativ einfache Art und Weise möglich, am Turbinenanfang geschlossene Wandschaufeln vorzusehen und/oder einen Teil der offenen Schaufeln durch eine geschlossene Wandschaufel zu ersetzen, welche für die in die Antriebsvorrichtung eintretende Luft wie eine Strömungsleiteinrichtung wirkt, so dass eine klare Trennung zwischen Niederdruckteil und Hochdruckteil neben oder zwischen den geschlossenen Wandschaufeln möglich ist. Die geschlossenen Wandschaufeln ermöglichen äußerst geringe Verluste, da durch die Ausbildung der Rotationsmaschine kein Rückstrom zugelassen wird.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der wenigstens eine Brenndruckhalter in Form einer Ausnehmung am Stator oder in der wenigstens einen geschlossenen Wandschaufel ausgebildet, welche Ausnehmung vorzugsweise Einbauten, wie zum Beispiel Lamellen, zum Zurück- und Aufrechterhalten des benötigten Brenndrucks für den kontinuierlichen Arbeitsablauf zum direkten, vollständigen thermischen Verdichten der einströmenden Frischluft aufweist. Insofern arbeitet der 5 Brenndruckhalter gewissermaßen wie eine Art Druckspeicher, welcher den aufgebauten Druck hält und für nachfolgende Verbrennungen nutzbar macht. Als Brenndruckhalter können auch mehrere Ausnehmungen im Stator oder in einer geschlossenen Wandschaufel desselben vorgesehen sein. 0 Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist die Strömungsmaschine eine Radial-, Axial- oder Halbaxial-Strömungsmaschine. Insofern kann die Erfindung bei sämtlichen Bauformen von Strömungsmaschinen zum Einsatz kommen und nutzbringend angewandt werden.

15 Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat der Stator in seiner wenigstens einen Statorstufe mehrere geschlossene Wandschaufeln oder mehrere Gruppen von geschlossenen Wandschaufeln und/oder sind letztere im Stator vorgesehen. Durch die mehreren geschlossenen Wandschaufeln lässt sich die Verweildauer insbesondere des Abgases so einstellen, dass einerseits ein hoher Anteil der

.0 Verbrennungsenergie in Rotationsenergie umsetzbar ist, andererseits auch eine ausreichende Kühlung der Strömungsmaschine möglich und gewährleistet ist. Insofern kann die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung die bei der Verbrennung des Luft- Kraftstoff-Gemisches entstehende Energie sehr weitgehend ausnutzen. Die Ausführungsform der Antriebsvorrichtung mit zwei Räumen, wo die Verbrennung stattfindet,

!5 hat pro Volumeneinheit der Strömungsmaschine eine sehr hohe Leistung, so dass sich mit dieser Antriebsvorrichtung Anforderungen an Strömungsmaschinen mit geringem Platzbedarf und gleichzeitig hoher Leistung erfüllen lassen.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist der Stator als weiterer Rotor

0 ausgebildet, der im Vergleich zu dem erstgenannten Rotor eine entgegengesetzte

Drehrichtung hat. Insofern laufen benachbarte Rotoren entgegengesetzt zueinander, wobei der eine lediglich die eingangs erwähnten offenen Schaufeln, der andere im Bereich seiner offenen Schaufeln zusätzlich auch geschlossene Wandschaufeln hat.

Vorteilhafterweise erfolgt die Luftzufuhr in die Strömungsmaschine direkt, vorzugs- 5 weise mittels eines Gebläses oder eines Zentrifugalschaufelrades. Wie bereits zuvor erwähnt, kann dadurch bei der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung die bei herkömmlichen Strömungsmaschinen erforderliche Hochdruckvorverdichtung vollständig entfallen. Die Luft gelangt unmittelbar in die Anordnung aus Stator und Rotor. 0 Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weisen Stator und Rotor mit ihren offenen Schaufeln bzw. geschlossenen Wandschaufeln oder aus letzteren gebildeten Gruppen einen ersten Bereich betreffend Luftzufuhr, Kühlung und Abgasausstoß und einen zweiten Bereich betreffend Druckerzeugung, Verbrennung, Ar- beitsverrichtung auf, wodurch Luftmassen unterschiedlichen Drucks und Temperatur

15 gegeneinander abgegrenzt sind, wobei Stator und/oder Rotor auch mehrere erste und zweite Bereiche haben können und wobei vorzugsweise Stator und Rotor mit ihren offenen Schaufeln bzw. geschlossenen Wandschaufeln oder aus letzteren gebildeten Gruppen ferner einen dritten Bereich betreffend weiteren Abgasausstoß aufweisen können. Durch diesen Aufbau der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung

10 wird keine vor dem Turbinenteil sich befindende Brennkammer sowie kein Niederdruck- und Hochdruckverdichter mehr benötigt. Die Anordnung aus Stator und Rotor beinhaltet also sämtliche der vorgenannten Bereiche, was zu der besonderen Kompaktheit der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung führt. Die klare gegenseitige Trennung von Luftmassen unterschiedlichen Drucks und Temperatur ermöglicht ge-

.5 ringere Verluste und damit letztlich eine höhere Arbeitsleistung.

Gemäß einer anderen, bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind einander gegenüberliegende Enden der offenen Schaufeln von Stator und Rotor sowie der geschlossenen Wandschaufeln des Stators, welche auch in Gruppen ausgebildet sein iθ können, in Ringen gehalten. Dadurch ist ein unerwünschtes Austreten des Fluids an den Enden der offenen Schaufeln bzw. geschlossenen Wandschaufeln weitgehend verhindert. Strömungsverluste sind damit nahezu ausgeschlossen. Die Stabilität der offenen Schaufeln bzw. der geschlossenen Wandschaufeln ist beträchtlich erhöht. Die durch die Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches zwischen benachbarten Ringen verursachte Expansion übt keinen Druck auf die Lager der Welle von Stator und Rotor aus, wodurch deren Lebensdauer verbessert ist. Dies wirkt sich ebenfalls vor- teilhaft auf den wirtschaftlichen Einsatz der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung aus. Die Lager der Welle sind gleichmäßiger beaufschlagt und somit weniger asymmetrisch angreifenden Kräften ausgesetzt.

Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nimmt bei radialer Strömungsmaschine die Länge der offenen Schaufeln sowie der geschlossenen Wandschaufeln, welche auch in Gruppen ausgebildet sein können, mit zunehmendem Abstand vom Zentrum ab. Dadurch entsteht einerseits eine zu den radialen Enden hin konisch zulaufende Bauform, wobei durch die Verringerung des Volumens von einer Stufe zur nächsten, radial weiter außen liegenden Stufe eine zusätzliche Erhöhung des Druckes möglich ist. Dies kann sich vorteilhaft auf den Betrieb der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung auswirken.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung sind die offenen Schaufeln des Stators und die offenen Schaufeln des Rotors zueinander schräg gestellt. Durch eine solche leichte Schrägstellung der Schaufeln einerseits des Stators sowie der Schaufeln andererseits des Rotors ist es möglich, die Lärmemissionen der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung beträchtlich zu verringern. Dadurch sind beim Einsatz der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung weniger umfangreich ausgestaltete Schalldämpfungsmaßnahmen erforderlich, was sich ebenfalls positiv auf einen wirtschaftli- chen Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung auswirkt. Ferner sind zueinander schräg gestellte Schaufeln auch einer geringeren mechanischen Belastung ausgesetzt, so dass derartig angeordnete Schaufeln einer geringeren Materialermüdung unterliegen. Diese Weiterbildung, wonach die offenen Schaufeln des Stators und die offenen Schaufeln des Rotors zueinander schräg gestellt sind, ist auch bei Antriebs- Vorrichtungen der eingangs genannten Art sinnvoll, welche nicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform entsprechen und insofern insbesondere nicht die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination aufweisen. Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der vorliegenden 5 Erfindung unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung bilden. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Antriebsvorrichtung, in der oberen Hälfte der Figur in Form einer herkömmlichen thermischen 10 Strömungsmaschine und in der unteren Hälfte in Form einer erfindungsgemäßen Strömungsmaschine;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene schematische Draufsicht auf einen Teil einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer ersten 15 Ausführungsform;

Fig. 3 eine perspektivische Teilansicht der Antriebsvorrichtung gemäß Fig. 2;

Fig. 4 eine auseinandergezogene, teilweise geschnittene schematische Sei-

10 tenansicht der Antriebsvorrichtung gemäß Fig. 2;

Fig. 5 eine teilweise geschnittene schematische Draufsicht auf einen Teil einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung in einer weiteren Ausführungsform; >5

Fig. 6 eine schematische Draufsicht auf einen Teil der in Fig. 5 dargestellten

Antriebsvorrichtung im Schnitt;

Fig. 7 bis 10 schematische, geschnittene Ansichten unterschiedlicher Ausführungs- iθ formen von Teilen der Antriebsvorrichtung; Fig. 11 eine schematische, geschnittene Ansicht eines Teils der Antriebsvorrichtung in einer anderen Ausführungsform;

Fig. 12 eine perspektivische, teilweise im Schnitt dargestellte schematische

5 Ansicht der Antriebsvorrichtung in Form einer Axial-Strömungs- maschine;

Fig. 13 eine perspektivische, teilweise geschnitten dargestellte schematische

Ansicht der Antriebsvorrichtung in Form einer Radial-Strömungs- 10 maschine;

Fig. 14 eine perspektivische Ansicht einer Rotorstufe der Antriebsvorrichtung;

Fig. 15 eine perspektivische Ansicht einer Statorstufe der Antriebsvorrichtung;

15

Fig. 16A, B bis Fig. 19A₁ B einen schematischen Längsschnitt durch eine Antriebsvorrichtung in Form einer Axial-Strömungsmaschine zwecks Darstellung der vier Arbeitsvorgänge der Antriebsvorrichtung mit Luftzufuhr von vorne; 20

Fig. 20A₁ B bis Fig. 23A₁ B einen schematischen Längsschnitt durch eine Antriebsvorrichtung in Form einer Axial-Strömungsmaschine zwecks Darstellung der vier Arbeitsvorgänge der Antriebsvorrichtung mit Luftzufuhr von innen nach außen; »5

Fig. 24A, B bis Fig. 27A, B einen schematischen Längsschnitt durch eine Antriebsvorrichtung in Form einer Axial-Strömungsmaschine zwecks Darstellung der vier Arbeitsvorgänge der Antriebsvorrichtung mit Luftzufuhr von vorne und internem Gebläse; 10

Fig. 28A, B bis Fig. 31A₁ B einen schematischen Längsschnitt durch eine Antriebsvorrichtung in Form einer Axial-Strömungsmaschine zwecks Darstellung der vier Arbeitsvorgänge der Antriebsvorrichtung mit Luftzufuhr von vorne und doppelten Schaufeln an zwei Stellen;

Fig. 32A, B bis Fig. 35A₁ B einen schematischen Längsschnitt durch eine An- triebsvorrichtung in Form einer Halbaxial-Strömungsmaschine zwecks

Darstellung der vier Arbeitsvorgänge der Antriebsvorrichtung mit Luftzufuhr von vorne und doppelten Schaufeln an zwei Stellen;

Fig. 36 eine perspektivische, teilweise geschnittene schematische Ansicht eines Teils der Antriebsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 37 eine perspektivische, schematische Ansicht eines Stator-

Schaufelrades mit offenen Schaufeln und einer geschlossenen Wand- schaufei;

Fig. 38 eine perspektivische, schematische Ansicht eines Rotor-

Schaufelrades mit offenen Schaufeln;

Fig. 39 eine perspektivische, schematische Ansicht eines axialen Zentrifugalschaufelrades;

Fig. 40 eine perspektivische, schematische Teilansicht der Antriebsvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform; und

Fig. 41 eine perspektivische, schematische Teilansicht der Antriebsvorrichtung gemäß noch einer anderen Ausführungsform.

In der unteren Hälfte der Fig. 1 ist ein Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße An- triebsvorrichtung 1 mit Verdichtungsmodifikation in Form einer thermischen Rotationsmaschine, nämlich einer thermischen Strömungsmaschine 2 mit interner Verbrennung, einer Turbine, schematisch dargestellt. In der oberen Hälfte der Fig. 1 ist ein Axialschnitt durch einen Teil einer herkömmlichen Antriebsvorrichtung 3 mit einem Gebläse 4, einem Teil 5 mit Niederverdichtung, einem Teil 6 mit Hochverdichtung, einer Brennkammer 7 sowie mit einem Hochdruckturbinenteil 10 und einem Niederdruckturbinenteil 11 schematisch dargestellt.

Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung, welche, wie zuvor erwähnt, in Form einer Axial-Strömungsmaschine teilweise in der unteren Hälfte der Fig. 1 gezeigt ist, ist so aufgebaut, dass das Teil 5 mit Niederverdichtung und das Teil 6 mit Hochverdichtung vollständig entfallen kann und die Brennkammer 7 nunmehr in die Hochdruck- und Niederdruckturbinenteile 10, 11 zusammenfassende Strömungsmaschine 2 integriert ist.

Eine Draufsicht auf einen Teil der Antriebsvorrichtung 1 in Form einer thermischen Radial-Strömungsmaschine 12 ist in Fig. 2, ein Ausschnitt aus dieser Ansicht ist in einer perspektivischen Darstellung in Fig. 3 schematisch gezeigt. Die Antriebsvorrichtung 1 hat einen Stator 8 und einen Rotor 9 mit mehreren in Strömungsrichtung eines strömenden Fluids einander abwechselnden Statorstufen 13 bis 16 sowie Rotorstufen 20 bis 23. Statorstufen 13 bis 16 sowie Rotorstufen 20 bis 23 weisen offene Schaufeln 24, 25 auf. "Offen" werden Schaufeln 24, 25 deshalb bezeichnet, weil die Schaufeln voneinander beabstandet sind und deshalb benachbarte Schaufeln derselben Stufe jeweils einen hier radialen Strömungsdurchtritt gestatten. Statorstufen 13 bis 16 sowie Rotorstufen 20 bis 23 sitzen letztlich auf einer in der auseinander gezogenen, teilweise geschnittenen Darstellung von Fig. 4 näher gezeigten Welle 26. Es ist klar, dass die Statorstufen 13 bis 16 mit ihren offenen Schaufeln 24 festste- hend ausgebildet sind, während die Rotorstufen 20 bis 23 mit ihren offenen Schaufeln 25 in Richtung des Pfeils A, d.h. im Gegenuhrzeigersinn, rotieren.

Erfindungsgemäß ist die Luft ohne Hochdruckvorverdichtung in die Anordnung aus Stator 8 und Rotor 9 einleitbar. In Fig. 2 sind dazu fünf Luftzufuhröffnungen 27 mit rundem Querschnitt gepunktet dargestellt. Eine dieser Luftzufuhröffnungen 27 ist in Fig. 4 genauer gezeigt. Ferner hat erfindungsgemäß der Stator 8 neben den offenen Schaufeln 24 auch wenigstens eine geschlossene Wandschaufel, vorzugsweise me- hrere geschlossene Wandschaufeln 30 bis 32, wobei sich an die geschlossenen Wandschaufeln 30 eine Art "Brennraum" 33 anschließt. Dieser Raum ist im Gegensatz zu einem Brennraum gemäss dem Stand der Technik in die Anordnung aus Stator und Rotor integriert und befindet sich im Bereich der Stator-/Rotorstufen. In den 5 Raum 33, wo die Verbrennung stattfindet, ist Kraftstoff vorzugsweise in Form eines Kraftstoffnebels einspritzbar. Sämtliche geschlossenen Wandschaufeln 30 bis 32 sind in den Fig. 2 und 3 sowie 5 und 6 im Schnitt, d.h. schraffiert, dargestellt. Es wird darauf hingewiesen, dass die geschlossenen Wandschaufeln in Gruppen derartiger Schaufeln vorgesehen sein können. In Fig. 2 sind beispielsweise drei Gruppen von 10 geschlossenen Wandschaufeln vorgesehen, welche die Bezugszeichen 30, 31 und 32 tragen. Insofern gilt ein Bezug in dieser Beschreibung auf "geschlossene Wandschaufeln" immer auch als Bezug auf "Gruppen von geschlossenen Wandschaufeln".

Wie genauer in Fig. 2 angedeutet, hat der Stator 8, vorzugsweise die wenigstens ei- 15 ne geschlossene Wandschaufel 30 desselben, wenigstens einen Brenndruckhalter 34 zum Herbeiführen einer direkten, vollständigen thermischen Verdichtung, wobei der wenigstens eine Brenndruckhalter 34 neben der wenigstens einen Rotorstufe 20 bis 23 angeordnet ist. Stator 8 oder die Statorstufen 13 bis 16 haben also den wenigstens einen Brenndruckhalter 34 neben der wenigstens einen Rotorstufe, wobei .0 sich die wenigstens eine Rotorstufe zwischen zwei geschlossenen Wandschaufeln 30 der in Fig. 2 beispielsweise rechts oben gezeigten Gruppe befindet. Bei einer einfachen Ausführungsform der Erfindung ist also die wenigstens eine Rotorstufe zwischen zwei Statorstufen mit geschlossenen Wandschaufeln angeordnet. Jeweils eine Rotorstufe befindet sich zwischen zwei Statorstufen mit geschlossenen Wandschau- >5 fein. Rotor- und Statorstufen 20 bis 23, 13 bis 16 wechseln also einander ab.

Jede geschlossene Wandschaufel 30 bis 32 ist teilweise in Form einer an die Kontur des Stators 8 bzw. beim Einsatz, wie hier gezeigt, eines Stators 8 mit mehreren Statorstufen 13 bis 16 an die Kontur der jeweiligen Statorstufe und teilweise in Form ei- •0 ner an die Kontur des Rotors 9 bzw. beim Einsatz eines Rotors 9 mit mehreren Rotorstufen 20 bis 23 an die Kontur der jeweiligen Rotorstufe angepassten Wand 35 ausgebildet. Der wenigstens eine Brenndruckhalter 34 ist in Form einer in Fig. 2 Ie- diglich schematisch angedeuteten Ausnehmung 38 am Stator 8 in der wenigstens einen geschlossenen Wandschaufel 30 ausgebildet. Die Ausnehmung 38 weist vorzugsweise Einbauten 39, wie zum Beispiel Lamellen 70 (siehe Fig. 36), zum Zurück- und Aufrechterhalten des benötigten Brenndrucks für den kontinuierlichen Arbeitsab- 5 lauf zum direkten, vollständigen, thermischen Verdichten der einströmenden Frischluft auf. Die Frischluft wird damit auf die für die Verbrennung erforderliche Temperatur und den dazu erforderlichen Druck gebracht, so dass die erfindungsgemäße Rotationsmaschine kontinuierlich Arbeit leisten kann.

10 Die thermische Strömungsmaschine 2 ist in Form einer Radial-Strömungsmaschine (siehe Fig. 2 bis 6, 13), einer Axial-Strömungsmaschine (siehe Fig. 1 untere Hälfte, Fig. 12, Fig. 16 bis 31) oder einer Halbaxial-Strömungsmaschine (siehe Fig. 32 bis 35) ausgebildet.

15 Der Stator 8 hat in seiner wenigstens einen Statorstufe 13 bis 16 gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform, wie sie in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, mehrere geschlossene Wandschaufeln 30 bis 32 oder mehrere Gruppen von geschlossenen Wandschaufeln 30 bis 32, wobei sich vorzugsweise bei vier geschlossenen Wandschaufeln an jede zweite Wandschaufel eine Art Brennraum 33 an-

.0 schließt, wie dies in Fig. 5 für eine andere Ausführungsform der Erfindung schematisch gezeigt ist. Generell kann sich an eine Gruppe geschlossener Wandschaufeln der genannte Brennraum anschließen. In Fig. 2 gehört der Brennraum 33 zur Gruppe der geschlossenen Wandschaufeln 30. Es sind auch andere Ausführungsformen denkbar.

>5

Gemäß einer weiteren, nicht näher dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist der Stator 8 als weiterer Rotor ausgebildet. Der weitere Rotor hat im Vergleich zu dem erstgenannten Rotor 9 eine entgegengesetzte Drehrichtung. Insofern drehen sich der oder die weiteren Rotoren bei der letztgenannten Ausführungsform in Bezug

IO auf das in Fig. 5 und 6 gezeigte Ausführungsbeispiel im Uhrzeigersinn. Die Luftzufuhr in die Strömungsmaschine 2 erfolgt direkt, vorzugsweise mittels eines Zentrifugalschaufelrades 37 (vgl. beispielsweise Fig. 2 bis 5, 13 für eine Radial- Strömungsmaschine) oder mittels eines Gebläses 36 (vgl. beispielsweise Fig. 16 bis 18 für eine Axial-Strömungsmaschine) oder mittels eines veränderten Gebläses 36 5 und/oder eines axialen Zentrifugalschaufelrades 75 (vgl. beispielsweise Fig. 1 , 12, 20 bis 31 , 39 bis 41 für eine Axial-Strömungsmaschine und Fig. 32 bis 35 für eine HaIb- axial-Strömungsmaschine).

Wie schematisch in den Fig. 2 und 5 angedeutet, weisen Stator 8 und Rotor 9 mit IO ihren offenen Schaufeln 24, 25 bzw. geschlossenen Wandschaufeln 30 bis 32 oder aus letzteren gebildeten Gruppen einen ersten Bereich 40 betreffend Luftzufuhr, Kühlung und Abgasausstoß und einen zweiten Bereich 41 betreffend Druckerzeugung, Verbrennung, Arbeitsverrichtung auf, wodurch Luftmassen unterschiedlichen Drucks und Temperatur gegeneinander abgegrenzt sind, wobei Stator 8 und/oder 15 Rotor 9 auch mehrere erste und zweite Bereiche 40, 41 haben können, wie dies in der in den Fig. 5 und 6 gezeigten Ausführungsform der Fall ist. Die Bereiche 40, 41 sind in den Fig. 2 und 5 mit Hilfe gestrichelt angedeuteter Pfeile gekennzeichnet. Gemäß der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsform der Erfindung weisen Stator 8 und Rotor 9 mit ihren offenen Schaufeln 24, 25 bzw. geschlossenen Wand- !0 schaufeln 30 bis 32 oder aus letzteren gebildeten Gruppen ferner einen dritten Bereich 42 betreffend weiteren Abgasausstoß auf. Dieser Bereich ist in Fig. 2 ebenfalls gestrichelt angedeutet.

Wie näher in den Fig. 7 bis 13 veranschaulicht, sind einander gegenüberliegende !5 Enden 43, 44; 45, 46 der offenen Schaufeln 24, 25 von Stator 8 und Rotor 9 sowie der geschlossenen Wandschaufeln 30 bis 32 des Stators 8, welche auch in Gruppen ausgebildet sein können, in Ringen 50, 51 gehalten, welche Ringe jeweils mit einer Gehäusehälfte 53 oder 54 der Strömungsmaschine 2 verbunden sind (siehe auch Fig. 4). Die Ringe 50 der Statorstufen 13 bis 16 sowie die Ringe 51 der Rotorstufen 0 20 bis 23 sind ferner in Fig. 4 gezeigt. Fig. 7 bis 10 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen der Ringe 50 des Stators und der Ringe 51 des Rotors, wobei die einzelnen Ringe 50, 51 derart ausgestaltet sind, dass sie in Vorsprünge bzw. Rück- sprünge am jeweils benachbarten Ring eingreifen. Gemäß den in den Fig. 9 und 10 gezeigten Ausführungsformen können Elemente der Ringe 50, 51 auch ineinander greifen, ohne sich jedoch gegenseitig zu berühren. Durch die dabei realisierten engen Spalte ergeben sich darin jeweils hohe Strömungswiderstände und damit letzt- lieh nur geringe Strömungsverluste. Die in den Fig. 7 bis 10 dargestellten Ausführungsformen betreffen eine Axial-Strömungsmaschine, die in Fig. 11 gezeigte Ausführungsform der Ringe 50, 51 eine Radial-Strömungsmaschine.

Eine Axial-Strömungsmaschine ist in Fig. 12 in perspektivischer, teilweise geschnit- tener schematischer Ansicht, die Radial-Strömungsmaschine 12 in einer perspektivischen, teilweise geschnittenen schematischen Ansicht in Fig. 13 näher gezeigt.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nimmt bei der radialen Strömungsmaschine 12 die Länge 52 der offenen Schaufeln 24, 25 sowie der geschlossenen Wandschaufeln 30, 32, welche auch in Gruppen ausgebildet sein können, mit zunehmendem Abstand der offenen Schaufeln bzw. der geschlossenen Wandschaufeln vom Zentrum, d.h. von der Rotations- oder Längsachse ab. Dies ist in den Fig. 4, 11 und 13 schematisch angedeutet.

Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die offenen Schaufeln 24 des Stators 8 und die offenen Schaufeln 25 des Rotors 9 zueinander schräg gestellt. Dies ist für eine der Rotorstufen beispielhaft in Fig. 14 und für eine der Statorstufen beispielhaft in Fig. 15 schematisch gezeigt. In der in den Fig. 14 und 15 gewählten Ausführungsform verlaufen also die Schaufeln 24 des Stators von links unten nach rechts oben (siehe Fig. 15), die Schaufeln 25 des Rotors von links oben nach rechts unten (siehe Fig. 14).

Nachfolgend wird die Funktion der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung mit Bezug auf die Fig. 2 und 5 näher erläutert.

Das Zentrifugalschaufelrad 37, welches fest auf der Welle 26 sitzt und sich mit dieser in Richtung des Pfeils A dreht, fördert Luft durch die Luftzufuhröffnungen 27 bzw. über die vorerwähnten Luftzufuhröffnungen 27 in das Innere der Radial- Strömungsmaschine 12. Diese weist, wie erwähnt, zwei Gehäusehälften 53 und 54 auf, wobei in der Gehäusehälfte 53 der Stator 8 mit den Statorstufen 13 bis 16 und in der Gehäusehälfte 54 der Rotor 9 mit den Rotorstufen 20 bis 23 jeweils mit ihren Rin- 5 gen 50, 51 befestigt sind. Insofern steht die Gehäusehälfte 53 mit den Statorstufen 13 bis 16 still, während sich die Gehäusehälfte 54 mit den Rotorstufen 20 bis 23 in Richtung des vorgenannten Pfeils A dreht. Die Gehäusehälften 53 und 54 sind genauer in Fig. 4 in einem Querschnitt gezeigt.

I O Die am weitesten innen liegende Statorstufe 13 weist in ihrer geschlossenen, zur entsprechenden Gruppe gehörenden Wandschaufel 30 in Form der Wand 35, wie dies insbesondere in Fig. 2 gezeigt ist, den Brenndruckhalter 34 auf, so dass der von der Statorstufe 13 umschlossene Ringraum größtenteils geschlossen ist. An die am weitesten innen liegende Wandschaufel 30 schließt sich in Fig. 2 nach rechts hin ei-

15 ne Leitschaufel 55 an, welche entgegen der Drehrichtung des Pfeils A nach innen, d.h. zur Welle 26 hin, schräg vorspringt und die geförderte Frischluft nach außen zu den geschlossenen Wandschaufeln hin umlenkt.

Das Zentrifugalschaufelrad 37 fördert demnach die durch die Luftzufuhröffnungen 27 !0 in die Strömungsmaschine einströmende Luft in Richtung des in Fig. 2 gestrichelt angedeuteten Pfeils des Bereichs 40, in der Figur also nach rechts hin. Die Luft gelangt dann zunächst über die Schaufeln 24 der Statorstufe 13 in den Bereich der Schaufeln 25 der Rotorstufe 20 und dann abwechselnd über die Schaufeln der radial weiter außen liegenden Statorstufe 14 zu den Schaufeln der weiter außen liegenden !5 Rotorstufe 21 und so abwechselnd über die Schaufeln der Statorstufen 15 und 16 und die Schaufeln der Rotorstufen 22 und 23 radial nach außen.

Sobald die Antriebsvorrichtung gestartet ist und kontinuierlich läuft, funktioniert sie auch ohne Zentrifugalschaufelrad oder Gebläse allein durch die Rotorbewegung, 0 durch welche Frischluft angesaugt wird. Da sich der Rotor 9 mit seinen Rotorstufen 20 bis 23 in Richtung des Pfeils A dreht und die geschlossenen Wandschaufeln 30 bis 32 der Statorstufen 14 bis 16 ein weiteres Hindurchtreten der Luft radial nach au- ßen verhindern, fördern die Rotorstufen 20 bis 23 die in den ersten Bereich 40 einströmende Luft gewissermaßen in Form von jeweils zwischen zwei Rotorschaufeln sich befindenden "Luftpaketen" entlang der geschlossenen Wandschaufeln 30 bis 32 in den zweiten Bereich 41 , welcher ebenfalls durch einen gestrichelten Pfeil in Fig. 2

5 dargestellt ist. In Strömungsrichtung am hinteren Ende der geschlossenen Wandschaufeln 30 befinden sich Kraftstoffeinspritzdüsen 56, welche Kraftstoff in die nunmehr vorverdichtete Luft einspritzen. Das Luft-Kraftstoff-Gemisch zündet im laufenden Betrieb durch den hohen, vom Brenndruckhalter aufrecht erhaltenen Druck in üblicher Weise in den Brennräumen 33, welche sich in Drehrichtung des Pfeils A an

0 die geschlossenen Wandschaufeln 30 bis 32 jeweils anschließen. Die Arbeitsverrichtung findet im gesamten Bereich 41 statt. Wie zuvor erwähnt, gibt es bei der erfin- dungsgemässen Antriebsvorrichtung im herkömmlichen Sinn keinen Brennraum, sondern eher Orte im Bereich 41 , wo das Luft-Kraftstoff-Gemisch, also ein Zweiphasengemisch, durch den vom wenigstens einen Brenndruckhalter aufrechterhaltenen

5 Druck zündet. Durch den Brenndruckhalter 34 und die Kombination aus offenen Schaufeln sowie geschlossenen Wandschaufeln wird die direkte, vollständige, thermische Verdichtung herbeigeführt. Das infolge der thermischen Verdichtung zündende Verbrennungsgas ist an einer radial nach innen gerichteten Strömung gehindert und insofern gezwungen, seine Energie an die Rotorstufen 20 bis 23 abzugeben. Der

!0 bei der Verbrennung entstehende Druck kann also aufgrund des Brenndruckhalters 34 radial nicht nach innen sondern nur nach außen entweichen. Durch die thermische Expansion wird Arbeit verrichtet. Durch die direkte, vollständige, thermische Verdichtung kann der Druck in der Rotationsmaschine und damit die Arbeitsleistung sowie das erzielte Verdichtungsverhältnis dieser Maschine gegenüber herkömmli-

:5 chen Turbinen ohne die Gefahr weiter erhöht werden, dass die Luft in die falsche Richtung entweicht.

Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung arbeitet also mit interner Verbrennung, d.h. mit einer Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Stator/Rotor- 0 Anordnung. Die Vorgänge Frischluftzufuhr, thermische Verdichtung, Zündung und Abgasausstoß laufen gleichzeitig und kontinuierlich ab. Das gleiche gilt für die Kraftstoffeinspritzung sowie für das Zurück- und Aufrechterhalten des Brenndrucks. In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform der Erfindung schließt sich dann in Drehrichtung des Pfeils A noch ein dritter Bereich 42 an, welcher ebenfalls eine Gruppe geschlossener Wandschaufeln, nämlich die geschlossenen Wandschaufeln 32, auf-

5 weist. Die in diesem Bereich austretenden Neben-Abgasströme haben eine geringere Temperatur als der im zweiten Bereich 41 entweichende Hauptabgasstrom. Ein weiterer, geringer Abgasstrom, der sogenannte Restabgasstrom, tritt über den ersten Bereich 40 mit einer Temperatur nach außen, welche gegenüber derjenigen des Bereichs 42 weiter abgenommen hat. Durch die in diesem Bereich kontinuierlich mit

I O Hilfe des Zentrifugalschaufelrades 37 eintretende Frischluft werden Stator und Rotor gekühlt, so dass letztlich ein kontinuierlicher Prozess abläuft. Fig. 2 lässt erkennen, dass die offenen Schaufeln 24 des Stators die zwischen den offenen Schaufeln hindurch tretende Luft auf die offenen Schaufeln 25 des Rotors richten, so dass insofern die offenen Schaufeln 24 des Stators 8 gegen die offenen Schaufeln 25 des Rotors 9

15 gerichtet sind. Im unmittelbaren Bereich der Brennräume 33 weisen die jeweiligen Statorstufen keine Schaufeln auf.

Eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Radial-Strömungsmaschine 12 ist in den Fig. 5 und 6 gezeigt. Hier ist der Stator gewissermaßen doppelt oder

!0 zweifach ausgebildet, da die Gruppen der geschlossenen Wandschaufeln 30, 32 doppelt vorgesehen sind. Generell ist es möglich, den Stator einfach, zweifach, dreifach, vierfach oder allgemein mehrfach wirkend mit entsprechenden Gruppen von geschlossenen Wandschaufeln auszubilden. Diese dargestellte Maschine kann als zweistufige Radial-Strömungsmaschine bezeichnet werden. Der besseren Übersicht

!5 halber sind die als Gruppe dargestellten, geschlossenen Wandschaufeln 30 mit den Kraftstoffeinspritzdüsen 56, der Brenndruckhalter 34, die jeweiligen Leitschaufeln 55 in doppelter Anordnung in Fig. 6 im Schnitt gesondert dargestellt. Hier strömt die Frischluft mit Hilfe des in Richtung des Pfeils A rotierenden Zentrifugalschaufelrades 37 wiederum entlang der mit Pfeilen angedeuteten ersten Bereiche 40 in die Strö-

0 mungsmaschine ein und wird dann entlang der geschlossenen Wandschaufeln 30 geführt und im Bereich der Brennräume 33 verdichtet, wo die Kraftstoffeinspritzdüsen 56 wiederum eine Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches ermöglichen. Die Kraft- Stoffeinspritzdüsen 56 sind in der Darstellung gemäß Fig. 5 der besseren Übersicht halber weggelassen.

In den zweiten Bereichen 41 erfolgt dann wieder die Arbeitsverrichtung; auch der Hauptabgasstrom verlässt die Turbine in diesen Bereichen. Es ist klar, dass die in den Fig. 5 und 6 dargestellte Radial-Strömungsmaschine 12 ein hohes Leistungsvermögen aufweist und insofern bei geringem Platzbedarf eine hohe Leistung ermöglicht. Es ist ferner klar, dass in der Darstellung der Fig. 2 und 3 sowie 5 und 6 die Gehäusehälften 53 und 54 von Stator und Rotor weggelassen sind, um die Anord- nung von Stator und Rotor mit ihren jeweiligen Stufen besser sichtbar darstellen zu können.

In den Fig. 16 bis 35 sind fünf unterschiedliche Axial-Strömungsmaschinen (Fig. 16 bis 31) bzw. Halbaxial-Strömungsmaschinen (Fig. 32 bis 35) jeweils im Axialschnitt dargestellt. Jede dieser Figuren zeigt in ihrem linken, mit "A" bezeichneten Teil einen teilweisen Längsschnitt durch die Strömungsmaschine und in ihrem rechten, mit "B" bezeichneten Teil die Lage des im Teil "A" dargestellten Schnitts anhand der im Teil "B" dargestellten Pfeile.

In den Fig. 16A, B bis 19A, B sind letztlich vier Arbeitsvorgänge einer Axial- Strömungsmaschine dargestellt. Der in Fig. 17B links angegebene Pfeil symbolisiert die Oberseite des in Fig. 17A gezeigten Schnittes. In den Fig. 16B, 18B und 19B verdeutlichen die oberen Pfeile jeweils die Oberseite des im entsprechenden Teil "A" der Figur gezeigten Schnittes. Letzteres gilt auch für die Darstellungen in den Fig. 20 bis 35.

In den Fig. 16 bis 19 sind, wie erwähnt, vier Arbeitsvorgänge einer Axial-Strömungs- maschine mit Luftzufuhr von vorne, d.h. in der Figur von links her, dargestellt. Fig. 16A zeigt die Frischluftzufuhr 57 im ersten Vorgang, Fig. 17 die thermische Verdich- tung 60 und Expansion des Luft-Kraftstoff-Gemischs im zweiten Vorgang, Fig. 18A den Arbeit verrichtenden dritten Vorgang 61 und Fig. 19A den Abgasausstoß 62 im vierten Vorgang. Fig. 20A₁ B bis 23A, B veranschaulichen vier Arbeitsvorgänge einer Axial-Strömungs- maschine mit Luftzufuhr von innen nach außen. Der linke Pfeil in Fig. 22B zeigt und symbolisiert wiederum die Oberseite der zeichnerischen Schnittdarstellung in Fig. 5 22A. Fig. 2OA zeigt wiederum die Frischluftzufuhr 57, Fig. 21 die thermische Verdichtung 60, Fig. 22A den Arbeit verrichtenden dritten Vorgang 61 und Fig. 23A den Abgasausstoß 62, bei dieser Ausführungsform in axialer und radialer Richtung. Die Kühlung der Axial-Strömungsmaschine erfolgt in den in den Fig. 20 bis 23 dargestellten Bereichen 63.

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Eine andere Ausführungsform einer Axial-Strömungsmaschine ist in den Fig. 24A₁ B bis 27A, B gezeigt. Der in Fig. 25B linke Pfeil symbolisiert die Oberseite des in Fig. 25A gezeigten Axialschnittes. In den Fig. 24 bis 27 sind wiederum vier Arbeitsvorgänge einer Axial-Strömungsmaschine mit Luftzufuhr von vorne und mittels internem

15 Gebläse 47 gezeigt. Fig. 24A verdeutlicht die Frischluftzufuhr 57, Fig. 25A wiederum die thermische Verdichtung 60, Fig. 26A den Arbeit verrichtenden dritten Vorgang 61 und Fig. 27A den Abgasausstoß 62.

Fig. 28A, B bis Fig. 31A, B zeigen eine weitere Ausführungsform einer Axial-Strö- 10 mungsmaschine mit deren vier Arbeitsvorgängen und Lufteinspeisung von vorne mit doppelten Schaufeln an zwei Stellen oder einem zweifach wirkenden Stator. Der linke Pfeil in Fig. 3OB symbolisiert die Oberseite des in Fig. 30A gezeigten Schnittes. Insofern stellt die Axial-Strömungsmaschine der Fig. 28A, B bis 31 A, B eine Axial- Strömungsmaschine dar, welche der in den Fig. 5 und 6 gezeigten Ausführungsform .5 bei den Radial-Strömungsmaschinen entspricht. Fig. 28A veranschaulicht wiederum die Frischluftzufuhr 57, Fig. 29A die thermische Verdichtung 60, Fig. 3OA den Arbeit verrichtenden dritten Vorgang 61 und Fig. 31A den Abgasausstoß 62.

Fig. 32A, B bis Fig. 35A, B zeigen vier Arbeitsvorgänge einer Halbaxial-Strömungs-

$0 maschine mit Lufteinspeisung von vorne und doppelten Schaufeln an zwei Stellen ähnlich wie im Fall der in den Fig. 28 bis 31 gezeigten Axial-Strömungsmaschine.

Fig. 32A veranschaulicht die Frischluftzufuhr 57, Fig. 33A die thermische Verdichtung 60, Fig. 34A den Arbeit verrichtenden dritten Vorgang 61 und Fig. 35A den Abgasausstoß 62.

Fig. 36 zeigt eine perspektivische geschnittene Ansicht eines Teils einer Strö- mungsmaschine in einer weiteren Ausführungsform. Dargestellt ist ein Teil einer geschlossenen Wandschaufel 64, an den sich in Fig. 36 nach oben hin der Ring 51 am Rotor und in Fig. 36 nach unten hin der Ring 50 am Stator anschließt. In der geschlossenen Wandschaufel 64 ist ein Teil des Brenndruckhalters 34 ausgebildet. Dieser Brenndruckhalter ist speziell gestaltet und hat einen inneren Brenndruckhalter 65, welcher sich im Bereich der geschlossenen Wandschaufel 64 befindet. Ferner hat der Brenndruckhalter 64 bei dieser Ausführungsform einen äußeren Brenndruckhalter 66, welcher über einen Durchgang 67 mit dem inneren Brenndruckhalter 65 strömungstechnisch verbunden ist. Der Durchgang 67 befindet sich in oder neben dem Stator und/oder in oder neben dem Rotor. Der innere Brenndruckhalter 65 hält einen Teil des Drucks und der Wärme von vorherigen Zündungen zurück und ist, wie zuvor erwähnt, mit dem äußeren Brenndruckhalter 66 über den Durchgang 67 verbunden. Der innere Brenndruckhalter 65 hat in seiner Ausnehmung 38 Einbauten 39. Letztere sind hier beispielhaft in Form mehrerer voneinander beabstandeter Lamellen 70 ausgebildet.

Gemäß einer anderen, nicht gezeigten Ausführungsform ist der wenigstens eine Brenndruckhalter 34 auch unabhängig von der wenigstens einen geschlossenen Wandschaufel 30 angeordnet und ausgebildet, so dass, obwohl ein Zusammenwirken beider Teile eine höhere Leistung erbringt, ein jeweils selbständiges Arbeiten beider Teile möglich ist.

In Fig. 37 ist in einer schematischen, perspektivischen Ansicht ein Schaufelrad 72 des Stators einer in den Fig. 40 und 41 angedeuteten axialen/halbaxialen Strömungsmaschine 2 gezeigt. Das Schaufelrad 72 entspricht damit letztlich einer Sta- torstufe, wie sie beispielsweise in Fig. 2 für eine radiale Strömungsmaschine mit dem Bezugszeichen 13 bezeichnet ist. Das Schaufelrad 72 hat offene Schaufeln 24 sowie eine geschlossene Wandschaufel 30 in Form der Wand 35. In den Fig. 37 bis 41 ist die Längs- bzw. Rotationsachse 73 der Rotationsmaschine schematisch angedeutet.

5 Demgegenüber hat ein anderes Schaufelrad 74 eines Rotors, welches in Fig. 38 schematisch in einer perspektivischen Ansicht dargestellt ist, lediglich offene Schaufeln 25. Das Schaufelrad 72 des Stators und das Schaufelrad 74 des Rotors sind e- benfalls in der Rotationsmaschine 2 gemäß Fig. 40 dargestellt. 0 In Fig. 39 ist in einer perspektivischen, schematischen Ansicht ein axiales Zentrifugalschaufelrad 75 gezeigt. Dieses dreht sich bei den in den Fig. 40, 41 gezeigten Strömungsmaschinen 2 jeweils um die Längs- bzw. Rotationsachse 73 und sitzt demnach konzentrisch in den Schaufelrädern, wie sie beispielhaft für eine Strömungsmaschine in den Fig. 40, 41 dargestellt sind.

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In den Fig. 40, 41 ist jeweils ein Teil einer Strömungsmaschine 2 in einer schematischen, perspektivischen Ansicht dargestellt. Jede Strömungsmaschine 2 hat mehrere Schaufelräder, welche ähnlich wie die in den Fig. 37 und 38 gezeigten Schaufelräder 72, 74 offene Schaufeln 25 oder offene Schaufeln 24 und wenigstens eine geschlos-

.0 sene Wandschaufel 30 aufweisen. In Fig. 40 weist die Strömungsmaschine 2 ferner das bereits in Fig. 24 bis 27 angedeutete Gebläse 47 auf, welches internes Gebläse bezeichnet wird. In Fig. 40 ist ein Teil des Gehäuses 76 im Bereich des internen Gebläses 47 angedeutet. Der andere Teil des Gehäuses ist der besseren Übersicht halber weggelassen.

!5

Eine andere Strömungsmaschine 2 ist in Fig. 41 in einer schematischen, perspektivischen Ansicht gezeigt. Auch hier ist das Gehäuse größtenteils der besseren Übersicht halber weggelassen. Ein dargestelltes Gehäuseteil 77 hat eine Lufteintrittsöffnung 80 zur Einspeisung der Luft in die Turbine. Die Ausführungsform gemäß Fig. 41

0 verdeutlicht, dass es möglich ist, nur den ersten, das heißt vorderen Abschnitt einer Strömungsmaschine unter Verwendung der erfindungsgemäßen Verdichtungsmodifikation zu verändern, wohingegen der restliche, hintere Aufbau der Strömungsma- schine sowie deren Arbeitsweise wie bei herkömmlichen Maschinen ausgebildet sein können. Fig. 41 zeigt also das Gehäuse, welches zum Stator gehört und die geschlossenen Wandschaufeln beinhaltet, die erste Rotorstufe, deren Schaufeln 25 zur besseren Luftzufuhr vergrößert ausgeführt sind, danach die erste Statorstufe, welche 5 noch zwei geschlossene Wandschaufeln beinhaltet, dann eine zweite Rotorstufe und anschließend eine zweite Statorstufe, welche jedoch wie bei herkömmlichen Strömungsmaschinen nur unter Verwendung von offenen Schaufeln 24 ausgebildet ist.

Nicht jede Statorstufe/Rotorstufe muss geschlossene Wandschaufeln aufweisen. In 10 den Fig. 1 , 12, 28 bis 35 und 41 sind jeweils die Schaufelräder der ersten Rotorstufe zur besseren Luftzufuhr vergrößert ausgeführt. Die restlichen Rotor- sowie Statorstufen der Strömungsmaschine können wie bei herkömmlichen Maschinen aufgebaut sein und arbeiten. Außerdem müssen nicht alle Öffnungen 80 neben geschlossenen Wandschaufeln zwangsweise auch offene Schaufeln 24 aufweisen, wie dies in den 15 Fig. 1 , 12, 28 bis 35 und 41 ersichtlich ist.

Wie zuvor erwähnt, geschieht die Verdichtung der Luft ausschließlich im Bereich innerhalb der Strömungsmaschine, nämlich der Turbine. Letztere beinhaltet auch den Raum, wo die Verbrennung stattfindet. Der wenigstens eine Brenndruckhalter be-

.0 grenzt zumindest einen Teil des Brennraums. Letzterer ist damit nicht mehr wie beim Stand der Technik vor der Turbine angebracht. Es ist klar, dass die zuvor beschriebene Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung kontinuierlich abläuft. Der rotierende Rotor wird kontinuierlich durch neu eintretende Frischluft belüftet und dadurch gekühlt. Der Rotor stößt auch Abgas aus und transportiert Frischluft aus

!5 dem ersten Bereich 40 in den zweiten Bereich 41. Dort erfolgt die kontinuierliche Kraftstoffeinspritzung in die nicht speziell wie im Stand der Technik vorverdichtete Luft. Der durch die Zündung bzw. Explosion des Luft-Kraftstoff-Gemisches entstehende Druck wird vom Brenndruckhalter gehalten. Druck- und Temperatureinwirkung von der jeweiligen Statorstufen des Stators der laufenden Strömungsmaschine füh- iθ ren letztlich zur Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches. Dadurch verrichtet die Strömungsmaschine Arbeit. Es ist klar, dass zum Erreichen einer direkten, vollständigen thermischen Verdichtung in der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung die Strömungsmaschine zunächst gestartet werden muss. Dieser Start kann auf konventionellem Weg oder auch durch eine chemische Reaktion erfolgen. Die geschlossenen Wandschaufeln, welche in Form einer geschlossenen Wand ausgebildet sind, ermöglichen eine Verdichtung der Luft innerhalb der Strömungsmaschine. Wie zuvor erwähnt, erfolgt auch die Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches nahe der geschlossenen Wandschaufeln. Es wird darauf hingewiesen, dass die offenen Schaufeln 24, 25 von Stator und Rotor auch bei der Axial-Strömungsmaschine auf Ringen 50, 51 angebracht sind. Dies gilt auch für Halbaxial-Strömungsmaschinen.

Es ist ferner klar, dass die Strömungsmaschine beispielsweise mittels Kugellagern 71 gelagert ist, wobei zu einer reibungsarmen Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung ausschließlich jene Kugellager zu schmieren, also beispielsweise

5 mit Schmieröl zu versorgen sind. Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung kann beispielsweise zum Antrieb von Flugzeugen oder sonstigen Fluggeräten, von Rasenmähern, von Personen- und Lastkraftwagen, von Schiffen oder von Generatoren dienen und sämtliche bisher bekannte Antriebsmaschinen ersetzen. Die erwähnten Verdichtungsmodifikationen können auf unterschiedliche Art und Weise in allen Rota-

!0 tionsmaschinen mit interner Verbrennung, wie z.B. Strahlentriebwerke mit Rückstoßantrieb oder Düsenantriebe, eingebaut werden.

Damit ist eine Antriebsvorrichtung mit Verdichtungsmodifikation in Form einer thermischen Rotationsmaschine geschaffen, welche besonders kompakt aufgebaut und :5 wirtschaftlich herstell- und betreibbar ist.

Claims

15095 ll/saEnno Schneiderbauer-SchwendlerPatentansprüche

1. Antriebsvorrichtung mit Verdichtungsmodifikation in Form einer thermischen Rotationsmaschine (2) mit interner Verbrennung, insbesondere thermischen Strömungsmaschine wie Turbine oder dergleichen,

mit einem Stator (8), welcher wenigstens eine Statorstufe (13 bis 16) aufweist, und einem Rotor (9), welcher wenigstens eine Rotorstufe (20 bis 23) aufweist, wobei Stator (8) und Rotor (9) jeweils offene Schaufeln (24, 25) aufweisen,

bei welcher Antriebsvorrichtung die Luft ohne Hochdruckvorverdichtung in die Anordnung aus Stator (8) und Rotor (9) einleitbar ist, und der Stator (8) neben den offenen Schaufeln (24) auch wenigstens eine ge- schlossene Wandschaufel (30 bis 32) und wenigstens einen Brenndruckhalter (34) zum Herbeiführen einer direkten, vollständigen, thermischen Verdichtung aufweist, wobei der wenigstens eine Brenndruckhalter (34) neben der wenigstens einen Rotorstufe (20 bis 23) angeordnet ist.

2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jede geschlossene Wandschaufel (30 bis 32) teilweise in Form einer an die Kontur des Stators (8) bzw. beim Einsatz eines Stators (8) mit mehreren Statorstufen (13 bis 16) an die Kontur der jeweiligen Statorstufe und teilweise in Form einer an die Kontur des Rotors (9) bzw. beim Einsatz eines Rotors (9) mit mehreren Rotorstufen (20 bis 23) an die Kontur der jeweiligen Rotorstufe angepassten Wand (35) ausgebildet ist.

3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Brenndruckhalter (34) in Form einer Ausnehmung (38) am Stator (8) oder in der wenigstens einen geschlossenen Wandschaufel (30) ausgebildet ist, welche Ausnehmung (38) vorzugsweise Ein- bauten (39), wie z. B. Lamellen (70), zum Zurück- und Aufrechterhalten des benötigten Brenndrucks für den kontinuierlichen Arbeitsablauf zum direkten, vollständigen, thermischen Verdichten der einströmenden Frischluft aufweist.

4. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsmaschine (2) eine Radial-, Axial- oder HaIb- axial-Strömungsmaschine ist.

5. Antriebsvorrichtung nach einem Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Stator (8) in seiner wenigstens einen Statorstufe (13 bis

16) mehrere geschlossene Wandschaufeln (30 bis 32) oder mehrere Gruppen von geschlossenen Wandschaufeln (30 bis 32) aufweist und/oder dass letztere im Stator (8) vorgesehen sind.

6. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (8) als weiterer Rotor ausgebildet ist, der im Vergleich zu dem erstgenannten Rotor (9) eine entgegengesetzte Drehrichtung hat.

7. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzufuhr in die Strömungsmaschine (2) direkt, vorzugsweise mittels eines Gebläses (36) oder eines Zentrifugalschaufelrades (37, 75), erfolgt.

8. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Stator (8) und Rotor (9) mit ihren offenen Schaufeln (24, 25) bzw. geschlossenen Wandschaufeln (30 bis 32) oder aus letzteren gebildeten Gruppen einen ersten Bereich (40) betreffend Luftzufuhr, Küh- lung und Abgasausstoß und einen zweiten Bereich (41) betreffend Druckerzeugung, Verbrennung, Arbeitsverrichtung aufweisen, wodurch Luftmassen unterschiedlichen Drucks und Temperatur gegeneinander abgegrenzt sind, wobei Stator (8) und/oder Rotor (9) auch mehrere erste und zweite Berei- che (40, 41 ) haben können.

9. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Stator (8) und Rotor (9) mit ihren offenen Schaufeln (24, 25) bzw. geschlossenen Wandschaufeln (30 bis 32) oder aus letzteren gebildeten Gruppen fer- ner einen dritten Bereich (42) betreffend weiteren Abgasausstoß aufweisen.

10. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einander gegenüberliegende Enden (43, 44; 45, 46) der offenen Schaufeln (24; 25) von Stator (8) und Rotor (9) sowie der ge- schlossenen Wandschaufeln (30 bis 32) des Stators (8), welche auch in

Gruppen ausgebildet sein können, in Ringen (50, 51) gehalten sind.

11. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei radialer Strömungsmaschine (12) die Länge (52) der offenen Schaufeln (24, 25) sowie der geschlossenen Wandschaufeln

(30 bis 32), welche auch in Gruppen ausgebildet sein können, mit zunehmendem Abstand vom Zentrum abnimmt.

12. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die offenen Schaufeln (24) des Stators (8) und die offenen Schaufeln (25) des Rotors (9) zueinander schräg gestellt sind.

13. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Brenndruckhalter (34) einen in- neren Brenndruckhalter (65) und einen äußeren Brenndruckhalter (66) aufweist, welche über einen Durchgang (67) strömungstechnisch verbunden sind, wobei sich der Durchgang (67) in oder neben dem Stator (8) und/oder in oder neben dem Rotor (9) befindet.

14. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Brenndruckhalter (34) unabhängig von der wenigstens einen geschlossenen Wandschaufel (30) angeordnet und ausgebildet ist, so dass, obwohl ein Zusammenwirken beider Teile eine höhere Leistung erbringt, ein jeweils selbständiges Arbeiten beider Teile möglich ist.