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Die
Erfindung betrifft ein Kompakt-Energiepaket für Landfahrzeuge und Wasserfahrzeuge
bestehend aus der Kombination einer Gasturbine (100; 200; 300; 400; 500; 600 700; 800; 900; 1000; 1100; 1200)
axial oder radial, Einwellen oder 2 Wellen, in Turboprop oder Kleinausführung, gekoppelt
mit einem oder mehreren Generatoren (101; 201; 301; 401; 402; 501; 601; 602; 701; 702; 801; 802; 901; 902 1001; 1002; 1101; 1201),
dadurch gekennzeichnet, daß diese
Kombination, in der Lage ist, thermischer Energie in elektrische
Energie umzuwandeln, und als Energielieferant für die in Landfahrzeugen und
Wasserfahrzeugen vorhandenen Energiespeicher für den Vortrieb, und den Betrieb
zur Verfügung
stellt.
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Eine
Gasturbine ist eine Wärmekraftmaschine
zur Abgabe mechanischer Leistung. Sie erzeugt sowohl Schubkraft
durch Rückstoß als auch
Wellenleistung. Sie saugt die Umgebungsluft ein und komprimiert
sie in einem Verdichter (Druckerhöhung). In der nachfolgenden
Brennkammer wird der Treibstoff eingespritzt und diese Mischung
dann verbrannt. Die Verbrennung (= Expansion) erhöht die Temperatur und
die Strömungsgeschwindigkeit,
wobei der statische Druck des Gases leicht abfällt. Die dem Gas zugeführte Strömungsenergie
wird dann in der dahinter folgenden Turbine entladen und in Drehbewegung umgesetzt,
wobei das Gas teilweise weiter expandiert. Die Turbine dient als
Antrieb des Verdichters, des Fans und anderer Aggregate. Je nach
Bauart des Triebwerks, z. B. beim Wellenleistungstriebwerk, wird
die Gasenergie fast vollständig
von der Turbine aufgenommen und umgesetzt. Das Gas expandiert in
die hinter der Turbine liegende Schubdüse auf fast Umgebungsdruck,
wobei die Strömungsgeschwindigkeit
weiter gesteigert wird. Gasturbinen zeichnen sich im allgemeinen
durch sehr lange Wartungsintervalle, und hohe Leistungsdichte aus.
Ein weiterer Vorteil von Gasturbinen ist die Vielstofffähigkeit.
Das bedeutet, eine Gasturbine kann ohne all zu große Umbauaktionen,
mit den verschiedensten Brennstoffen betrieben werden. Des weiteren,
entstehen bei der Verbrennung in Gasturbinen erheblich weniger Schadstoffe
ohne Nachbehandlung, bedingt durch die konstante Verbrennung, bei
identischer Leistung.
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Es
gibt Gasturbinen in den verschiedensten Variationen leichte kompakte
Gasturbinen die für
den Einsatz in Flugzeugen konzipiert wurden, bei Ihnen steht die
Erzeugung von Schubkraft durch den Abgasstrahl im Vordergrund. Eine
Sonderform ist der sogenannte Turboprop, bei dieser Version wird
eine Luftschraube (Propeller) durch die Turbine angetrieben. Die
Gasturbine verfügt
hierzu über
mindestens zwei Wellen. Die Luftschraube wird durch ein Untersetzungsgetriebe
der Antriebsturbine angetrieben. Erste Turboproptriebwerke entstanden
bereits Ende der 1940er Jahre auf Basis von Turbojet-Triebwerken. Insbesondere
im Kurzstreckenverkehr und bei mittleren Flughöhen ist der Turbopropantrieb
der wirtschaftlichste Flugzeugantrieb. Die Geräuschemission durch den Freistrahl
ist relativ gering, da die Geschwindigkeit des Abgasstrahls durch
die Antriebsturbine stark verringert wird. Gegenüber Kolbentriebwerken zeichnet
sich der Turboprop durch hohe Leistungsdichte und lange Wartungsintervalle
aus. Eine vergleichbare Turbinenart kommt bei Hubschraubern zum
Einsatz.
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Abgeleitete
Triebwerke treiben in den verschiedensten Ausführungen Modellflugzeuge Boote schwere
LKWs und auch Panzer an. Des weiteren, findet man Gasturbinen die
zur Stromerzeugung, bei Stromaggregaten, im Außeneinsatz gekoppelt mit einem
Generator verwendet werden, um elektrische Energie zu erzeugen.
Diese Geräte
werden unter anderem bei der Feuerwehr oder bei den Streitkräften verwendet.
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In
Kraftwerken werden große
stationäre Gasturbinen
für die
Stromproduktion, auf Grund der langen Wartungsintervalle, eingesetzt.
Sie zeichnen sich durch einen relativ Problemlosen Betrieb, und eine
hohen Wirkungsgrad aus.
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Ein
elektrischer Generator ist eine elektrische Maschine, die Bewegungsenergie
bzw. mechanische Energie in elektrische Energie wandelt, und ist deshalb,
technisch gesehen identisch mit einem Elektromotor, der umgekehrt
elektrische Energie in Bewegungsenergie wandelt. Allen elektrischen
Generatoren, die mittels elektrischer Induktion arbeiten, ist das
Prinzip gemeinsam, mechanische Leistung in elektrische Leistung
umzuwandeln. Die mechanische Leistung wird dem Generator in Form
der Drehung einer mechanischen Welle zugeführt.
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Die
Umwandlung beruht auf der Lorentzkraft, die auf bewegte, elektrische
Ladungen in einem Magnetfeld wirkt. Bewegt sich ein Leiter quer
senkrecht zum Magnetfeld, wirkt die Lorentzkraft auf die Ladungen
im Leiter in Richtung dieses Leiters und setzt sie so in Bewegung.
Diese Ladungsverschiebung bewirkt eine Potentialdifferenz bzw. eine
Elektrische Spannung zwischen den Enden des Leiters. Um die Spannung
zu erhöhen,
werden mehrere in Form einer Spule in Reihe geschaltete Leiter verwendet.
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Diese
Wirkungsweise ist von derjenigen elektrostatischer Generatoren zu
unterscheiden, in denen die Trennung elektrischer Ladungen durch das
elektrische Feld, nicht das magnetische, vorgenommen wird.
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Im
Generator wird der Rotor (auch Läufer
genannt) im Inneren des Generators gegenüber dem feststehenden Stator-
Gehäuse
(auch Ständer
genannt) gedreht. Durch das vom Rotor mit einem Dauermagnet oder
einem Elektromagnet (Feldspule oder Erregerwicklung genannt) erzeugte,
umlaufende magnetische Gleichfeld wird in den Leitern bzw. Leiterwicklungen
des Stators durch die Lorentzkraft elektrische Spannung induziert.
Bei Gleichstromgeneratoren wird der Strom im Rotor (Läufer) induziert,
die Feldspule bzw. der Dauermagnet ist außen. Der generierte Strom wird
mit einem Kommutator gleichgerichtet.
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Die
erzeugte elektrische Leistung gleicht der mechanischen Leistung,
abzüglich
der auftretenden Verluste.
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In
Land und Wasserfahrzeugen ist der Generator, auch Lichtmaschine
genannt, die elektromechanische Maschine die das gesamte elektrische Bordnetz
mit Energie versorgt. Er ist der Lieferant elektrischer Energie
für die
im Fahrzeug vorhandenen Batterien, die zum Starten des Fahrzeuges,
den Strom, für
den Starter liefern bereitzustellen. Des weiteren, werden Generatoren
im stationären
Bereich zu Stromerzeugung in Kraftwerken mit Wasserkraft, Dampfkraft,
oder durch den Antrieb mittels einer Gasturbine. Des weiteren werden
Generatoren zur Stromerzeugung bei Notstromaggregaten verwendet.
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Kommen
wir zu den bis heute, in allen Fahrzeugen (Land, Wasser; Luft) bis
jetzt eingesetzten Verbrennungskraftmaschinen für den Antrieb. Diese Antriebe
bestehend aus Benzin, Diesel, oder auch Wankelmotoren verursachen
erhebliche Umweltbelastungen, und sind bei höherer Leistung, nicht dazu geeignet,
die von den Politikern festgesetzten Emmissionsgrenzen (z. B. CO2 120 mg/km) ohne kostenintensive Nachbehandlung
der Abgase, einzuhalten. Aus diesem Grund, ist die Industrie der
Welt auf der Suche nach alternativen Antriebskonzepten. Verschiedene
Konzepte wurden dabei schon vorgestellt. Da wäre der zuerst der Antrieb mit
Gas, dann die sogenannten Hybridkonzepte, reine Elektrofahrzeuge und
sowie das System Flextrem der Fa. Opel und der Betrieb mit Wasserstoff.
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Kommen
wir zuerst zu dem Konzept des Fahrzeugantriebes mit Gas. Es handelt
sich dabei um nichts anderes als mit kostenintensivem Aufwand, umgebaute
Fahrzeuge, mit modifizierte Ottmotoren und zusätzlich am Fahrzeug befestigten Gastanks,
die mit Gas oder Benzin betrieben werden. Die Abgase dieser mit
Gas betriebenen Fahrzeuge sind sauberer, jedoch müssen auf
Grund des überwiegend
zweistofflichen Betriebes, auch zwei Tanks mitgeführt werden.
Das erhöht
das Gewicht des Fahrzeuges verringert die Zuladung, und vermindert den
Wirkungsgrad.
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Hybridantrieb
bedeutet, es werden zwei verschiedene Antriebskonzepte kombiniert.
Es handelt sich dabei, um die Kombination eines Ottomotors (Dieselmotors),
gekoppelt mit einem Elektromotor. Diese beiden Antriebe kommen ja
nach dem Bedarf der Verkehrssituation entweder einzeln oder auch
zusammen zum Einsatz. Beide Antriebe sind mechanisch mit den Antriebsrädern verbunden.
Der zusätzlich
Elektromotor, dient z. B. dazu das Fahrzeug aus dem Stand zu beschleunigen,
dabei treten keine Emissionen auf, da dieser durch eine im Fahrzeug eingebaute
Batterie mit Energie versorgt wird. Was jedoch nur zum Teil richtig
ist, da auch die für
den Vortrieb eingebaute Batterie vorher durch den Ottomotor (Dieselmotor)
geladen werden muß.
Im Schiebebetrieb, bei Gefällen,
wird die Batterie zusätzlich durch
die Eigenenergie des Fahrzeuges geladen. Diese Hybridantriebe haben
in der Regel folgende Nachteile. Die zusätzlichen Komponenten, wie Elektromotor
und Batterien, erhöhen
das Gewicht des Fahrzeuges und kosten Raum. Des weiteren ist der schlechte
Wirkungsgrad dieser Antriebe bei überwiegender Überlandfahrt
zu nennen. In verschiedenen Test, wurde festgestellt, daß der Hybridantrieb
im Stadtverkehr, und bei langsamer Fahrweise seine Vorteile hat,
da dort nur ein Teil der Vortriebsenergie benötigt wird. Jedoch bei längeren Fahrten
z. B. über die
Autobahn ist das mitschleppen des zusätzlichen Gewichtes eher ein
Nachteil.
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Die
bis zum heutigen Datum vorgestellten Lösungsvorschläge betreffend
des rein elektrischen Vortriebs, haben alle erhebliche Nachteile.
Da wäre zum
Beispiel das Problem der Reichweite. Alle bisher vorgestellten Fahrzeuge
kommen nicht über
eine Reichweite von 100 km. Es gibt da zwar das in USA gebaute Fahrzeug
mit dem Namen Tesla, das über eine
Reichweite von 350 km verfügt,
jedoch danach eine Ladezyklus von 3,5 Stunden benötigt. Zur
Zeit wird in den verschiedensten Unternehmen an alternativen Energiespeichern
gearbeitet. Zum Beispiel an Feststoffbatterien, Metall Luft Batterien
sowie der Superbatterie, die jedoch nicht nach Aussage dieser Unternehmen
nicht vor 2030 zur Verfügung
steht. Doch auch diese neuen Techniken sind nicht in der Lage Energie,
für den
Vortrieb, über
800 km zu speichern. Und auch diese Speicher benötigen nach der Leistungsabgabe
eine längere
Ladeperiode. Außerdem
ist der Einsatz dieser Technik nur mit einer gewaltige Anstrengungen
bezüglich
der dafür
notwendigen Infrastruktur möglich.
Man müßte Stationen
einrichten, bei denen das leere Batteriepaket komplett durch ein
geladenes Paket ersetzt wird. Außerdem, wenn alle Fahrzeuge
dieser Welt nur rein elektrisch Betrieben werden, wo soll diese
ganze elektrische Energie, wer erzeugt elektrische Energie in solcher Menge.
Und wieviel Schadstoffe werden bei der Erzeugung dieser Energie
verursacht. Der rein elektrische Betrieb aller Verkehrsmittel wäre wohl
lediglich mit dem erneuten Einstieg in die Atomstromenergie möglich.
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Eine
weitere Version ist der Opel Flextrem, vorgestellt durch die Opel
AG. Diese Version zeichnet sich durch eine nicht mehr vorhandene
mechanische Verbindung des Antriebes mit den Rädern aus. Zum Antrieb des Opel
Flextreme nutzt die E-Flex-Architektur einen Elektromotor, gespeist
von einer großen
Lithium-Ionen-Batterie. Im reinen Batteriebetrieb besitzt er eine
Reichweite von 55 Kilometer. Ein 1,3 Liter großer Dieselmotor an Bord erzeugt
bei Bedarf zusätzlichen
Strom, um die Batterie aufzuladen und die Reichweite zu erhöhen.
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Kommen
wir zum Antrieb der Fahrzeuge mit Wasserstoff. Die Verbrennung durch
Wasserstoff kann ebenfalls nicht die flächendeckende Lösung sein,
zum ersten, wo soll denn dieser ganze Wasserstoff herkommen. Welche
Energie wird benötigt,
um diesen herzustellen. Welche Schadstoffe fallen bei der Produktion
von Wasserstoff in großen
Mengen an. Und nun Stellen sie sich vor, wie heute auch, fahren
in Zukunft Millionen von KFZ, LKW, Bussen und natürlich Tanklastern,
voll mit Wasserstoff, durch unser Land. Ein Funke genügt.
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Alle
bis zum heutigen Datum vorgestellten Lösungsvorschläge der Antriebssituation
für Landfahrzeuge
erfordern gewaltige Anstrengungen bezüglich der dafür notwendigen
Infrastruktur, und erfordern den Einsatz enormer finanzieller Mittel.
Zu dem kommt noch dazu, daß keiner
dieser Antriebe für
alle Einsatzfälle
und Länder
geeignet sind. Die mobile Welt dieser Erde benötigt ein Konzept, das bei der
Verbrennung relativ saubere Abgase, ohne nachträglich Abgasbehandlung zurückläßt, und
nahezu mit allen herkömmliche
Brennstoffen dieser Erde, ohne erhebliche Umrüstkosten zu verursachen, betrieben
werden kann. Deshalb habe möchte
ich in den folgenden Abschnitten die Idee eines im Fahrzeug installierten
Energiepaketes vorstellen.
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Die
Erfindung ist ein kompakten Energiepaket für Landfahrzeuge und Wasserfahrzeuge
bestehend aus der Kombination einer Gasturbine (100; 200; 300; 400; 500; 600 700; 800; 900)
axial oder radial, Einwellen oder 2 Wellen, in Turboprop, Turbofan oder
Kleinausführung
gekoppelt mit einem oder mehreren Generatoren (101; 201; 301; 401; 402; 501; 601; 701; 702; 801; 802; 901),
dadurch gekennzeichnet, daß diese
Kombination, in der Lage ist, thermischer Energie in elektrische
Energie umzuwandeln, und als Energielieferant für die in Landfahrzeugen und
Wasserfahrzeugen vorhandenen Energiespeicher für den Vortrieb und den Betrieb
zur Verfügung stellen,
kann.
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Die
geometrische Auslegung dieser Turbinen Generatoreinheit ist grundsätzlich nicht
relevant. Allein die Idee Funktion einer Gasturbinen Generator Einheit
als Energielieferant zum Laden der Batterien für den Vortrieb aller Landfahrzeuge
und Wasserfahrzeuge ist als neu zu werten. Eine mechanische Verbindung
zu zwischen dem direkten Antrieb (den Rädern dem Schiffsantrieb) und
dem Energiepaket, ist nicht vorgesehen. Er ist die einzige im Fahrzeug
vorhandene Wärmekraftmaschine
und ersetzt die bisher üblichen
Motoren.
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Das
hier vorgestellt kompakte Energiepaket für Land.- und Wasserfahrzeuge
hat gegenüber
den bis heute vorgestellten und eingesetzten Lösungen erhebliche Vorteile.
Um den neuesten Entwicklungen im Bereich Gasturbinen gerecht zu
werden, sind in den Diagrammen [13; 14; 15; 16;) zwei
Arten Gasturbinen aufgeführt.
Eine herkömmliche
Gasturbine mit Stahlturbinenschaufeln, sowie die verbesserte Version
bei der, die der Hitze ausgesetzten, aneinander vorbeirotierenden
Arbeitsturbineschaufeln aus Keramik (106; 206; 306; 407; 510; 609; 706; 803; 911; 1010; 1104; 1204)
hergestellt werden. Diese relativ neue Technik sorgt dafür, daß die Spaltmaßverluste,
die bei allen Gastriebwerken anfallen, erheblich optimiert werden
konnten. Spaltmaßverlust ist
der Leistungsverlust der entsteht, durch den Spalt, zwischen sich
drehender Turbine, und dem Teil in der sich die Turbinenschaufeln
drehen. Beim Einsatz von Stahlteilen, die unter Hitze, einen recht
hohen Ausdehnungskoeffizient haben, muß aus diesem Grund ein größerer Zwischenraum
vorgesehen werden. Dieser Zwischenraum kann durch den Einsatz von Keramikteilen,
und deren Formbeständigkeit,
auch bei hohen Temperaturen erheblich verkleinert werden.
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Als
erster Vorteil dieser Kombination Gasturbine Generator ist das Leistungsgewicht
zu nennen, wie sie dem Diagramm (13), entnehmen
können,
ist die Leistungsabgabe einer Gasturbine, bei identischen Gewicht
um ca. 30% höher.
Natürlich muß zusätzlich das
Gewicht des Generators berücksichtigt
werden, was jedoch den Leistungsüberschuß nur unwesentlich
beeinträchtigt.
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Die Schadstoffemissionen.
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Auch
im Bereich Abgase ist eine Gasturbine gegenüber dem bisher üblichen
Antrieben im Vorteil. Siehe (14). In
diesem Diagramm sind Daten zusammengetragen, die aus verschiedenen
Quellen stammen, und durch Berechnung auf den Wert, g/km vereinheitlicht
wurden. Im übrigen,
die Werte der herkömmlichen
Motoren (Otto, Diesel; Wankel) sind nur durch den Einsatz einer
Abgasnachbehandlung möglich.
Bei der Gasturbine ist dieses nicht notwendig, sie erzeugt auch
ohne diese Maßnahmen,
erheblich weniger Schadstoffe. Der Grund dafür, ist die kontinuierlich Verbrennung.
Während
ein Ottomotor (Dieselmotor) bei jedem Arbeitstakt immer neu zündet, ist dieses
bei der Gasturbine nur bei Beginn der Inbetriebnahme notwendig.
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Als
nächster
Vorteil eines herkömmlichen Hubkolbenmotors
gegenüber
einer Gasturbine ist die Wartungsintervallintensität zu nennen.
Die für
die Energieerzeugung notwendigen Teile sind alle drehend. Deshalb
sind die Wartungsintervalle relativ lang, und liegen nach intensiver
Recherche, 1000% über
den Intervallen, die bei Ottomotoren und Dieselmotoren notwendig
sind. (15)
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Den
Zeichnungen auch ein Diagramm betreffend des Wirkungsgrades der
verschiedenen Antriebe (16) beigelegt.
Wie man daraus entnehmen kann, auch der Wirkungsgrad einer Gasturbine, im
besonderen bei Einsatz von Keramikwerkstoffen, übertrifft den den Wert eines
Otto.-Dieselmotors um 30%.
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Vielstofffähigkeit.
Der Einsatz der Kombination Gasturbine Generator erlaubt dem Betreiber
dieses Energiepaketes den Betrieb mit nahezu allen zur Verfügung stehen
Brennstoffen.
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Bei
den flüssigen
Brennstoffen sind da folgende zu nennen. Kerosin; Benzin; Leichtbenzin; Synthetisches
Benzin; Ethanol Kraftstoff; Flüssigerdgas
(auch: LNG Liquified Natural Gas); Flüssiggas Protan/Butan-Gemisch
(Autogas oder LPG bzw. Liquified Petroleum Gas); Methanol.
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Auch
Gasförmige
Brennstoffe können
verwendet werden.
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Gasförmige
Kraftstoffe
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Erdgas-Methan
CNG (Compressed Natural Gas) oder LNG (Liquid Natural Gas); Kompogas;
Biogas; Ethan; Wasserstoff; Holzgas; Deponiegas.
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Es
ist sogar möglich,
dieses Energiepaket, mit Kohlestaub, oder anderen explosiven Staubverbindungen
zu betreiben.
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Auf
der Zeichnung (1) sehen sie eine Turboprop
Axialgasturbine (100). Deren Hauptwelle, gibt die durch
die Verbrennung in Rotation gesetzte Arbeitsturbine (106)
erzeugte mechanische Rotationsenergie über ein Getriebe (103)
an den Generatorwelle (107) ab. Der Generator (101)
ist bei dieser Version durch eine Adaption (102) fest mit
der Axialgasturbine (100) verbunden. Er produziert angetrieben
durch die Turbine, elektrische Energie für die in Land und Wasserfahrzeuge
vorhandenen Energiespeicher für
den Vortrieb und deren Betrieb.
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Zum
Starten der Axialgasturbine (100) wird die Funktion des
Generators (101) umgekehrt. Er dient als Starter für die Axialgasturbine,
indem er die Kompressionsturbinen (109) auf die Drehzahl
beschleunigt die notwendig ist, um einen definierten Kompressionsdruck
zu erreichen. Ist dieser erreicht wird, Brennstoff in die Brennkammer
(110) eingespritzt und gezündet. Ist die Zündung erfolgt,
und die Turbinen werden durch die Expansion der Treibstoffverbrennung
durch die Arbeitsturbinen in Drehbewegung gesetzt, schaltet der
Starter um, und dient somit wieder als Generator. Er produziert
elektrische Energie. Im hinteren Bereich (rechts) der Axialgasturbine (100)
ist im Abgasstrahl (108) ein Wärmetauscher (104)
befestigt, der über
Flüssigkeitsleitungen
Wärmeenergie
für das
Fahrzeug zur Verfügung
stellt.
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Auf
der Zeichnung (2) sehen sie ebenfalls eine
Turboprop Axialgasturbine (200). Deren Hauptwelle, gibt
die durch die Verbrennung in Rotation gesetzte Arbeitsturbine (206)
erzeugte mechanische Rotationsenergie in diesem Fall, nicht über ein Getriebe
ab. Die Axialturbinenhauptwelle (204) ist hier direkt,
ohne Zwischenschaltung eines Getriebes, mechanisch mit der Generatorwelle
(207) verbunden.
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Ein
weiterer Unterschied zur Version (1) besteht
darin, daß bei
dieser Version der Generator (201) direkt am Gehäuse (202)
der Axialgasturbine (200) befestigt ist. Er produziert
angetrieben durch die Axialgasturbine, elektrische Energie für die in Land
und Wasserfahrzeuge vorhandenen Energiespeicher für den Vortrieb
und deren Betrieb. Zum Starten der Axialgasturbine (200)
wird auch bei dieser Version die Funktion des Generators (201)
umgekehrt. Er dient als Starter für die Axialgasturbine. indem
er die Kompressionsturbinen (209) auf die Drehzahl beschleunigt
die notwendig ist, um einen definierten Kompressionsdruck zu erreichen.
Ist dieser erreicht wird, Brennstoff in die Brennkammer (209) eingespritzt
und gezündet.
Ist die Zündung
erfolgt, und die Turbinen werden durch die Expansion der Treibstoffverbrennung
durch die Arbeitsturbinen in Drehbewegung gesetzt, schaltet der
Starter um, und dient somit wieder als Generator. Auch hier sind
im Abgaskanal Wärmetauscher
(205) befestigt, die über Flüssigkeitsleitungen
Energie für
die Fahrzeugheizung zur Verfügung
stellen.
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Die
Funktionen der in (3) angeordneten Funktionselemente,
Generator (301), Axialgasturbine (300) sind identisch
mit den in (1 + 2) beschriebenen
Abläufen.
Der Unterschied dieser Anordung ist in der Integration des Generators
(301) im Gehäuse
(302) der Axialgasturbine (300) zu finden. In
dieser Version, ist das Gehäuse
(302) der Axialgasturbine (300) so verändert, daß es die
Funktionsteile des Generators aufnimmt. Die Koppelung der Generatorwelle
(307) mit der Turbinenhauptwelle (303) erfolgt
im inneren des Turbinengehäuses
(302). Auch bei dieser Version wird der Generator (301)
sowohl als Stromerzeuger als auch als Starter für die Axialgasturbine verwendet.
Auch hier sind im Abgasstrahl (308) Wärmetauscher (305)
angeordnet, welche über
Flüssigkeitsleitungen
Wärmeenergie,
für das
Fahrzeug zur Verfügung
stellen.
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In
dieser Zeichnung (4) wird eine weitere Möglichkeit
der Aggregatanordnung dargestellt. In dieser Version ist die Axialgasturbine
(400) nicht direkt mit dem Generator (401) gekoppelt.
Die Axialgasturbine (400) wird hier als einzelnes Element,
an einer dafür
vorgesehen Konsole (403) befestigt. Auch der Generator
(401) wird an dieser Konsole (403) mit Abstand
zu der befestigten Axialgasturbine (400) durch die Konsole
(403) aufgenommen. Die mechanische Verbindung zur Übertragung
der Rotationsenergie zwischen der Abtriebswelle (409) der Axialgasturbine
(400) und der Generatorwelle (408) wird durch
ein Energieübertragungselement
(404) dargestellt. Dieses Energieübertragungselement zeichnet
sich dadurch aus, daß es
auf der Turbinenseite mit der Turbinenabtriebswelle (409)
und auf der Generatorseite mit der Generatorwelle (408)
mechanisch verbunden ist. Der Generator (401) produziert durch
diese Verbindung mit der Axialgasturbine (400), elektrische
Energie für
die in Land und Wasserfahrzeuge vorhandenen Energiespeicher für den Vortrieb
und deren Betrieb.
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Die
Kombination Generator (401) Energieübertragungselement (404)
Axialgasturbine (400) Konsole (403) ist eine komplette
vormontierte Einheit. Sie ist mittels der Befestigungsflachen (410)
an der Karosserie des Land.- Wasserfahrzeuges befestigt. Auch bei
dieser Version wird der Generator (401) sowohl als Stromerzeuger
als auch als Starter für
die Axialgasturbine verwendet. Auch hier sind im Abgasstrahl (411)
Wärmetauscher
(406) angeordnet, welche über Flüssigkeitsleitungen Wärmeenergie,
für das
Fahrzeug zur Verfügung
stellen.
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In
dieser Zeichnung (5) wird eine weitere Möglichkeit
der Aggregatanordnung dargestellt. In dieser Version ist die Axialgasturbine
(500) ebenfalls wie bei (4) nicht
direkt mit dem Generator (501) gekoppelt. Die Axialgasturbine
(500) wird hier als einzelnes Element, direkt (511)
oder über
Aufnahmeelemente (508) an der Karosse (502) des
Land.-Wasserfahrzeuges,
befestigt. Auch der Generator (501) wird hier als einzelnes
Element, direkt (512) oder über Aufnahmeelemente (503)
an der Karosse (502) des Land.- Wasserfahrzeuges, befestigt.
Die mechanische Verbindung zur Übertragung
der Rotationsenergie zwischen der Abtriebswelle (513) der
Axialgasturbine (500) und der Generatorwelle (509)
wird durch ein Energieübertragungselement
(504) dargestellt. Dieses Energieübertragungselement (504) zeichnet
sich dadurch aus, daß es
auf der Turbinenseite mit der Turbinenabtriebswelle (513)
und auf der Generatorseite mit der Generatorwelle (509)
mechanisch verbunden ist. Der Generator (501) produziert durch
diese Verbindung mit der Axialgasturbine (500), elektrische
Energie für
die in Land und Wasserfahrzeuge vorhandenen Energiespeicher für den Vortrieb
und deren Betrieb. Auch bei dieser Version wird der Generator (401)
sowohl als Stromerzeuger als auch als Starter für die Axialgasturbine verwendet.
Auch hier sind im Abgasstrahl (411) Wärmetauscher (406)
angeordnet, welche über
Flüssigkeitsleitungen
Wärmeenergie,
für das
Fahrzeug zur Verfügung
stellen.
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Auf
der Zeichnung (6) sehen sie ebenfalls eine
Turboprop Axialgasturbine (600). Deren Hauptwelle, gibt
die durch die Verbrennung in Rotation gesetzte Arbeitsturbine (609)
erzeugte mechanische Rotationsenergie in diesem Fall, nicht über ein über ein
Getriebe ab. Die Turbinenhauptwelle (607) ist hier direkt,
ohne Zwischenschaltung eines Getriebes, mechanisch mit der Generatorwelle
(610) verbunden.
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Bei
dieser Version ist der Generator (601) direkt am Gehäuse (603)
der Axialgasturbine (600) befestigt ist. Er produziert
angetrieben durch die Axialgasturbine, elektrische Energie für die in
Land und Wasserfahrzeuge vorhandenen Energiespeicher für den Vortrieb
und deren Betrieb.
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Zum
Starten der Axialgasturbine (600) wird auch bei dieser
Version die Funktion des Generators (601) umgekehrt. Er
dient als Starter für
die Gasturbine, indem er die Kompressionsturbinen (613)
auf die Drehzahl beschleunigt die notwendig ist, um einen definierten
Kompressionsdruck zu erreichen. Ist dieser erreicht wird, Brennstoff
in die Brennkammer (614) eingespritzt und gezündet. Ist
die Zündung
erfolgt, und die Turbinen werden durch die Expansion der Treibstoffverbrennung
durch die Arbeitsturbinen in Drehbewegung gesetzt, schaltet der
Starter um, und dient somit wieder als Generator. Auch hier sind im
Abgaskanal (611) Wärmetauscher
(608) befestigt, die über
Flüssigkeitsleitungen
Energie für
die Fahrzeugheizung zur Verfügung
stellen.
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Auf
der rechten Seite der Zeichnung sind im Abgasstrahl (611)
der Axialgasturbine (600) weitere Turbinen (605),
einfach oder mehrfach installiert, die durch die Strömungsenergie
des Abgasstrahles angetrieben werden. Diese Abgasturbinen (605)
sind mit einem weiteren Generator (602) mechanisch verbunden,
damit die durch die Strömungsenergie
des Abgasstrahles in Rotation gesetzte Abgasturbinen (606)
die Generatorwelle (612) rotieren läßt, um somit zusätzliche
Elektrische Energie für
den Vortrieb und den Betrieb des Land,-Wasserfahrzeuges zu erzeugen.
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Die
Darstellung auf der Zeichnung (7) zeigt
eine weitere Variation der Axialgasturbine Generatoren Kombination.
Bei dieser Ausführung
ist der Generator (701) seitlich an der Axialgasturbine
(700) entweder mittels einer Adaption (702) oder
direkt durch Anpassung des Turbinengehäuses mit dem Generator gekoppelt.
Die Hauptwelle (703) der Axialgasturbine (700)
gibt die durch die Verbrennung in Rotation gesetzte Arbeitsturbine
(706) erzeugte mechanische Rotationsenergie in diesem Fall,
nicht in axialer Richtung an den Generator (701) ab. Die
Rotationsübertragung
erfolgt bei dieser Version radial zur Axialturbinenhauptachse. Die
Axialturbinenhauptachse überträgt hier
ihre Rotationsenergie über eine
dafür geeignete
mechanische Kraftübertragung (704).
Die Rotation wird durch die mechanische Verbindung der der Hauptwelle 703)
mit dem geeigneten Kraftübertragungselement
(704) und der Weiterleitung durch dieses an den Generator
(701) durch eine mechanische Verbindung an die Generatorwelle (707)
weitergeleitet.
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Der
Generator (701) produziert in Folge angetrieben durch dieses
Kraftübertragungselement, elektrische
Energie für
die in Land und Wasserfahrzeuge vorhandenen Energiespeicher für den Vortrieb und
deren Betrieb.
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Zum
Starten der Axialgasturbine (700) wird auch bei dieser
Version die Funktion des Generators (701) umgekehrt. Er
dient als Starter für
die Axialgasturbine, indem er die Kompressionsturbinen (708) über das
mechanisch mit Ihm verbundene Kraftübertragungselement (704)
in die Hauptwelle (703) der Axialgasturbine einleitet,
und diese auf die Drehzahl beschleunigt die notwendig ist, um einen
definierten Kompressionsdruck durch die Kommpressionsturbinen (708),
zu erreichen. Ist dieser erreicht wird, Brennstoff in die Brennkammer
(709) eingespritzt und gezündet. Ist die Zündung erfolgt,
und die Turbinen werden durch die Expansion der Treibstoffverbrennung
durch die Arbeitsturbinen in Drehbewegung gesetzt, schaltet der
Starter um, und dient somit wieder als Generator. Auch hier sind
im Abgaskanal Wärmetauscher
(705) befestigt, die über
Flüssigkeitsleitungen
Energie für
die Fahrzeugheizung zur Verfügung
stellen.
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Auf
dieser Zeichnung (8) wird die Kombination einer
Radial Zweiwellen Gasturbine (800) mit einem Generator
(801) dargestellt. Die hier dargestellte Gasturbine wurde
ursprünglich
von der Fa. Volkswagen entwickelt, um Fahrzeuge über eine Getriebe mit einer
mechanischen Verbindung zu den Rädern
anzutreiben. Die Idee wurde jedoch auf Grund des Verzögerten Ansprechverhaltens
einer Gasturbine verworfen.
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Bei
dieser Version der Kombination einer Radial Gasturbine (800)
mit einem Generator (801), wird die Rotationsenergie nicht
durch die Hauptwelle (806) der Turbine erzeugt, sondern
durch die Welle (807) einer Arbeitsturbine (803).
Diese Arbeitsturbine gibt die Energie über ein Getriebe (808)
an die Abtriebswelle (805) weiter. Diese ist direkt mechanisch oder
indirekt über
eine Welle, mit der Generatorwelle (804) verbunden. Durch
die Rotationsübertragung der
Abtriebswelle (805) zur Generatorwelle (804) wird
in der Folge durch den Generator (801) Energie für die in
Land und Wasserfahrzeuge vorhandenen Energiespeicher für den Vortrieb
und deren Betrieb erzeugt.
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Bei
dieser Ausführung
ist der Generator (801) an der Axialgasturbine (800)
entweder mittels einer Adaption (802) oder direkt durch
Anpassung des Turbinengehäuses
mit dem Generator gekoppelt.
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Bei
der hier dargestellten Version einer Gasturbinen Generatorkombination
ist es auf Grund der Ausführung
als Zweiwellengasturbine nicht möglich den
Generator auch als Starter für
die Turbinen zu verwenden. Der Einsatz eines zusätzlichen Starters (809)
ist notwendig.
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Bei
der auf Zeichnung (9) dargestellten Version handelt
es sich um eine Kleingasturbine (900) für den mechanischen Antrieb
eines Kraftfahrzeuges, entwickelt durch die Fa. Boeing. Die durch die
Verbrennung erzeugte Rotationsenergie der Arbeitsturbine (909)
wird durch die Hauptwelle (905) der Turbine über eine
mechanische Verbindung mit der Generatorwelle (904) in
den Generator (901) eingeleitet. In der Folge wird durch
den Generator (901) durch die Rotationsenergie elektrische
Energie für die
in Land,- und Wasserfahrzeugen vorhandenen Energiespeicher und deren
Betrieb erzeugt.
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Der
Generator (901) ist durch eine Adaption (903)
mit der Turbine (900) verbunden. Bei dieser Version ist
es möglich
den Generator als Starter wie in Abschnitt [0049] zu verwenden.
Unten auf der Zeichnung sind im Abgasstrahl (909) der Gasturbine (900)
weitere Turbinen (605), einfach oder mehrfach installiert,
die durch die Strömungsenergie
des Abgasstrahles angetrieben werden. Diese Abgasturbinen (906)
sind mit einem weiteren Generator (900) mechanisch verbunden,
damit die durch die Strömungsenergie
des Abgasstrahles in Rotation gesetzte Abgasturbinen (906)
die Generatorwelle (910) rotieren läßt, um somit über den
Generator (902) zusätzliche
Elektrische Energie für
den Vortrieb und den Betrieb des Land,-Wasserfahrzeuges zu erzeugen.
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Auch
hier sind im Abgaskanal Wärmetauscher
(705) befestigt, die über
Flüssigkeitsleitungen Energie
für die
Fahrzeugheizung zur Verfügung
stellen.
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Des
weiteren sind zusätzliche
Wärmetauscher
(908) nach den Abgasturbinen (906) installiert um
das Fahrzeug mit Wärmeenergie
zu versorgen.
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Der
einzige Unterschied zwischen (9) und (10)
liegt in der mechanischen Verbindung zur Rotationskrafteinleitung
zwischen Turbine und Generator. Die Turbinenwelle, gibt die durch
die Verbrennung in Rotation gesetzte Arbeitsturbine (106) erzeugte
mechanische Rotationsenergie über
ein Getriebe (103) an den Generatorwelle (107)
ab. Alle weitern Funktionen können
dem Abschnitt [0054] entnommen werden.
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Bei
dieser Kleingasturbine (1100), handelt es sich um eine
Turbine, mit einer Leistung von 51,5 kw die für den Antrieb einer Feuerlöschpumpe,
entwickelt wurde. Deren Abtriebswelle (1103), gibt die durch
die Verbrennung in Rotation gesetzte Arbeitsturbine (1104)
erzeugte mechanische Rotationsenergie über die Arbeitswelle (1107) über ein
Getriebe (1106) mechanisch mit der Generatorwelle (1105) gekoppelt
an den Generatorwelle (1105) ab. Der Generator (1101)
ist bei dieser Version durch eine Adaption (1102) fest
mit der Axialgasturbine (1100) verbunden. Er produziert
angetrieben durch die Turbine, elektrische Energie für die in
Land und Wasserfahrzeuge vorhandenen Energiespeicher für den Vortrieb und
deren Betrieb.
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Bei
der hier dargestellten Version einer Gasturbinen Generatorkombination
ist es auf Grund der Ausführung
als Zweiwellengasturbine nicht möglich den
Generator auch als Starter für
die Turbinen zu verwenden. Der Einsatz eines zusätzlichen Starters ist notwendig.
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Der
Unterschied dieser Anordnung (12) zu
(11) ist in der Integration des Generators (1201)
im Gehäuse
(1202) der Turbine (1200) zu finden. In dieser
Version, ist das Gehäuse
(1202) der Turbine (1200) so verändert, daß es die
Funktionsteile des Generators aufnimmt. Die Koppelung der Generatorwelle
(1205) mit der Turbinenabtriebswelle (1203) erfolgt
im inneren des Turbinengehäuses (1202).