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DIE MITTEtACHS 1 GE ROTATI ONSKOLBEN-TURBINENMOT OR-ANLAGE
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Die Beschreibung 1)Die Einleitung Die von mir konstruierten 2 Typen
Rotationskolben-Turbinenmotor-Anlagen und der Kombinationsantrieb sind Verbrennungskraftmaschinen,die
zur Gruppe der Reaktionsturbinen gehören.
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Sie haben einen gashochdruckgetriebenen,radialarbeitenden und partialbeaufschlagten
Rotations-Turbinenkolben,der mit ca.3 Bar Druckluft und mit der Kraft von ca.20
Bar Verbrennungsdruck, ein Drehmoment von ca.19 kpm.und einer Maximaldrehzahl von
ca.40000 Upm.und einem Wirkungsgrad von r1=0,5-0,6,550-660 PS pro Turbinenkolben
abgibt.Diese Werte beruhen auf theoretischen Berechnungen.Ein Teil des Turbinenkolbens
wird direkt mit heißen Arbeitsgasen beaufschlagt,was der besseren Energieausnutzung
zugute kommt und demzufolge eine Leistungssteigerung zur Folge hat.
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Das Verbrennungssystem basiert bei der Einzel-Rotationskolben-Turbinenmotor-Anlage
auf der intermittierenden Arbeitsweise, wobei die Reihen-Rotationskolben-Turbinenmotor-Anlage
mit der regulären kontinuierlichen Verbrennung betrieben wird.Die von mir konzipierten
Brenner und Brennkammer sind für flüssige Brennstoffe konstruiert.Als Energieform
lassen sich alle flüssigen oder gasförmigen Brennstoffe verwenden,nur wäre hierbei
die Brennerbestückung zu berücksichtigen.
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Diese Antriebe finden Verwendung in Autos,Schiffe,Schienenfahrzeuge
und Flugzeuge,auch als Generatorantrieb zur Stromerzeugung lassen sie sich verwenden.Mit
einem entsprechend abgestuftem Getriebe läßt sich all das bewegen,was herkömmliche
Antriebsarten wie Hub-oder Kreiskolbenmotore,Gasturbinen und Strahltriebwerke angetrieben
haben.
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2) Die Einzel-Rotationskolben-Turbinenmotor-Anl mit einem einstufigen
Radialkompressor Diese Turbinenmotor-Anlage ist ein von mir konstruierter Antrieb
für KFZ1s(PKW und LKW bis 600 PS bei 40000Upm Turbinenkolbendrehzahlen).Die Drehzahlen
lassen sich jederzeit drosseln, um eine zu hohe Leistungsausschöpfung entgegenzuwirken.
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Um gerade im Straßenverkehr in der Stadt und auf dem Land (Anfahren
und Anhalten),durch die Turbinen bekannten hohen Nachlaufzeiten und Beschleunigungsverzögerungen
entgegenzuwirken,habe ich speziell für diesen Antrieb einen modifizierten und im
Flugzeugbau schon lange bekanntes Antriebsprinzip,den intermittierenden Brennerkopf
konstruiert.
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Diese Turbinenmotor-Anlage hat einen Rotations-Turbinenkolben, der
zentrisch zur Gehäusemittelachse gelagert ist,was eine gleichmäßige,ruhige und kontinuierliche
Drehbewegung des Kolbens gewährleistet.Der Turbinenkolben besteht aus einem gegossenem
Stück,an dessen beiden Enden Steckverzahnungen für ein Antriebsritzel auf der einen
und einen einstufigen Radialkompressor auf der anderen Seite eingearbeitet sind.Um
eine gute Abdichtung vom Turbinenkolben zur Zylinderinnenfläche zu haben,konstruierte
ich für diese Antriebsart spezielle Rotations-Turbinenkolben-Profile,die am Kolbenumfang
eingearbeitet werden müssen und der besseren Ausnutzung der Verbrennungskräfte dienen.Diese
Profile entsprechen den gas dynamischen Bedingungen im Rotationsraum.
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Der Radialkompressor dient der Drucklufterzeugung für die Verbrennung.Sie
beträgt bei 40000 Upm Turbinenkolbendrehzahl, 3 bar.Das Antriebsritzel auf der anderen
Seite des Kolbens treibt ein Planetengetriebe an,das wiederum die Kraft an eine
Schwungscheibenaufnahme,über ein schrägverzahntes Getriebe tiberträgt.
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Die von mir gezeichneten Antriebe haben alle vom Brenner zum Kolben
ein Gasrohr mit einem Verteilersegment(Leitschaufel),das die Arbeitsgase auf mehrere
Kolbenkammern verteilt und dadurch entsprechend höherer Nutzeffekt erzielt wird.Hinzu
kommt,daß das Gasrohr in sich eine Düsenform,eine Querschnittsverengung zum Turbinenkolben
hin aufweist und die heißen Arbeitsgase vom Brenner extrem schnell werden läßt.Das
Abgasrohr,das an der anderen Seite des Zylinders angeflanscht ist,habe ich bei jedem
dieser
Antriebe unterschiedlich gezeichnet.An diesem Abgasrohr werden Durchlauferhitzer
angebracht.Diese dienen der Fahrgastkabinenbeheizung.Die Abgase gelangen durch ein
normales,im KFZ-Handel erwerbliches Auspuffrohr(Auspuffanlage),in die freie Atmosphäre.
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3)Die Reihen-Rotationskolben-Turbinenmotor-Anlage mit einem einstufigen
Hybridkompressor Diese Turbinenmotor-Anlage dient als Antrieb für Schienenfahrzeuge,Schiffe
und Flugzeuge,da die Leistung hierbei erheblich höher ist,wie bei der Einzel-Rotationskolben-Turbinenmotor-Anlage
.Da mittlere Nachlaufzeiten und Beschleunigungsverzögerungen bei diesem Antrieb
in Kauf genommen werden müssen,wird dieser mit der regulären kontinuierlichen Verbrennung
betrieben.
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Hierfür habe ich eine spezielle Einzelbrennkammer konstruiert.
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Die Reihen-Rotationskolben-Turbinenmotor-Anlage baut im Prinzip auf
der Einzel-Rotationskolben-Turbinenmotor-Anlage auf.Hierbei sind zwei(es können
je nach belieben mehr Turbinenkolben verwendet werden,nur wäre hierbei die Länge
der Antriebswelle zu berücksichtigen) Turbinenkolben,verbunden durch eine Steckkupplung
auf der Steckverzahnung einer Antriebswelle hintereinander aufgesteckt und verschraubt.Durch
die doppelte Anzahl der Turbinenkolben ergibt sich zwangsläufig die doppelte Leistung.Die
gleichen Rotations-Turbinenkolben-Profile wie bei dem vorangegangenem Antriebstyp
finden auch bei diesem Typ Verwendung.
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Die Drucklufterzeugung übernimmt ein auf der einen Seite des Antriebs,durch
ein schrägverzahntes Getriebe abgestufter einstufiger Hybridkompressor.Dieser Hybridkompressor
ist ein Kompromiss zwischen Radial-und Axialverdichter,weil normale Radialkompressoren
eine bedingte Förderleistung haben und Axialkompressoren,die die Förderleistung
bringen, zu große räumliche Ausmaße besitzen.Der von mir erfundene und für diesen
Antrieb konstruierte Hybridkompressor saugt axial an und verdichtet auf einer 450
schrägen Impellerplattform.Dadurch entstehen bei hohen Luftgeschwindigkeiten keine
Luftstau's zwischen Ansaug-und Verdichterbereich,wie bei herkömmlichen Radialverdichtern.
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Auch bei diesem Antriebstyp,wie bei dem vorangegangenem Typ wird die
Antriebskraft auf der anderen Seite des Antriebs durch ein Antriebsritzel an ein
Antriebsflansch über ein dazwischengeschaltetes Planetengetriebe abgegeben.
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Die Abgasrohre sind je Zylinder getrennt und gehen hiernach in ein
Sammelrohr über.
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4)Der Rotationskolben-Turbinenmotor als Kombinationsantrieb zur Turboaufladung
im Mitteldruckbereich und als Antriebsmotor für Lichtmaschinen bei Hub-und Kreiskolbenmotore.
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Dieses Rotationskolben-Turbinenmotor-Prinzip läßt sich auch in wesentlich
verkleinerter Form und Größe als Kombinationsantrieb für die Abgasturboaufladung
im Mitteldruckbereich zur Leistungssteigerung von Hub-und Kreiskolbenmotore und
als deren Lichtmaschinenantrieb verwenden.Außer der eigentlichen Turboaufladung
bietet sich ein weiterer Antrieb an,in diesem Fall der Antrieb einer Lichtmaschine.Das
wiederum hat eine Leistungssteigerung der Hub-oder Kreiskolbenmotore zur Folge.Diese
Antriebsart hat gegenüber den herkömmlichen Turboladern noch den weiteren Vorteil,
daß die Abgasgeschwindigkeiten der Hub-und Kreiskolbenmotore im Leerlaufbereich
schon ausreichend sind,den Turbinenkolben in ausreichender Lichtmaschinenladedrehzahl
laufen zu lassen und demzufolge in diesem Drehzahlbereich den Hub-oder Ereiskolbenmotor
aufzuladen.Ein weiterer Vorteil ist der, daß die Aufladung kontinuierlich mit der
Hub-oder Kreiskolbenmotordrehzahl sinkt und steigt,wobei die Ladedruckregelung in
diesem von mir konzipiertem Turboladersystem nicht weiter erläutert wird,da sie
außerhalb dieser Thematik steht.
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Als Antriebsmedium werden die,von den Hub-oder Kreiskolbenmotoren
ausgestoßenen Abgase benutzt,wie bei herkömmlichen Abgasturboladern.Ein Turbo-Abgasdruckbehälter,der
zwischen den Auslaßkanälen am Zylinderkopf des jeweiligen Motors und dem Kombinationsantrieb
angebracht ist,hat die Aufgabe,die unterschiedlichen Abgasdrücke zu kompensieren
und einen zu hohen Abgasdruck vorzubeugen.
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Die Abgase der Hub-oder Kreiskolbenmotore werden9bedingt durch die
Düsenform des Gaskanals am Turbo-Abgasdruckbehalter vom Gasdruck in Gasgeschwindigkeit
umgewandelt, treffen wie bei den vorangegangenen zwei Antriebstypen9durch ein Verteilersegment
in den Gaskanal des Kombinationsantriebs mit sehr hohar Abgasgeschwindigkeit auf
mehrere Kolbenkanmern der Kolbenturbine.
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Die gleichen Rotations-Turbinenkolben-Profile wie bei den vorangegangenen
Antriebstypen,finden auch in diesem Kombinationsantrieb Verwendung,selbst das Arbeits,-Dreh-und
Antriebsprinzip entspricht dem der vorangegangenen Antriebstypen.
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Der Turbinenkolben besteht aus einem gegossenen und nachbearbeitetem
Stück,dessen beiden Enden,Zapfen mit Feingewinde und eingefrästen Federnuten,die
als Aufnahme für ein Antriebsritzel auf der einen und einen einstufigen Radialkompressor,zur
Turboaufladung,auf der anderen Seite eingearbeitet sind.I)as Antriebsritzel überträgt
die Antriebskraft auf ein Abtriebszahnrad,das es wiederum in wesentlich verringerter
Drehzahl auf die Lichtmaschine überträgt.Dieses Rotorsystem ist mit zwei Hochleistungsschrägkugellagern
gelagert.Diese sind wiederum in den Zwischengehäusen eingelassen.Die Zwischengehäuse,der
Zylinder,der Getriebeinnendeckel,das Diffusorinnen,-zwischen und außengehäuse,sind
im Gegensatz zu den beiden vorangegangenen Antriebstypen,durch Feingewinde miteinander
verschraubt.Weitere Gehäuseteile sind in und an diesen Gehäuseteilen durch Innensechskantschrauben
miteinander verschraubt.Die Schrägkugellager sind zum Turbinenkolben hin mit Kohleringdichtungen
und nach außen hin mit Simmeringe gegen Ölverlust abgedichtet.Das Schmiersystem
ist mittels vier Ölanschlußnippel an dem des Hub-oder Kreiskolbenmotors angeschlossen.Das
Getriebe wird durch einen internen Ölsumpf mit Getriebeöl geschmiert.
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Die Abgase gelangen,nachdem sie ihre Strömungsenergie abgegeben und
den Turbinenkolben in Drehung versetzt haben, in den Abgaskanal des Kombinationsantriebs,in
das Sekundärrohr des Turbo-Abgasdruckgehäuses,durch die Auspuffanlage des KBZ's
und ins Freie der Atmosphäre.
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5) Der Aufbau der Rotationskolben-Turbinenmotor-Anlagen a.Die Einzel-Rotationskolben-Turbinenmotor-Anlage
Der Rotations-Turbinenkolben,der aus einem Stück besteht und nachbearbeitet ist,dessen
beiden Enden mit eingefrästen Steckverzahnungen versehen sind,wird zentrisch zur
Gehäusemittelachse von zwei Hauptlagern getragen,die als Hochleistungsrillenkugellager
ausgeführt sind,um hohe Rundlaufgenauigkeit zu haben,große Antriebskräfte und extrem
große Drehzahlen aufzunehmen,Die eine eingefräste Steckverzahnung dient als Aufnahme
für einen Radialkompregsor,die Andere als Aufnahme für
ein Antriebsritzel.Dieses
Rotorsystem ist mit einem Zuganker, der vorn einen Einlaßkegel zum Radialkompressor
hat und einer Wellenmutter verschraubt.Um den radialen Antriebskräften vom Antriebsritzel
zum Planetengetriebe vorzubeugen,ist das Antriebs ritzel durch ein weiteres Hochleistungrillenkugellager
gelagert.
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Weiterhin werden das Hohlrad des Planetengetriebes zweimal,das Antriebsritzel
zum Abtriebsrad einmal und selbst dieses Getrieberad mit einem Hochleistungsrillenkugellager
und einem Rollenlager (Stützlager) zur Schwungscheibenaufnahme gelagert.Ein weiteres
Lager(Rollenlager)das als Stützlager ausgelegt ist, nimmt die Axialkräfte vom Radialkompressor
auf.Sämtliche Lager sind mit Gehäuseinnenmuttern und Scheiben gesichert.Das Rotorsystem
ist zentrisch zur axialen Längsachse des Antriebs im Zylinder und in den Zwischengehäusen
eingesetzt.
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Um etwaigen Ölverlusten vorzubeugen, sind die Lager nach innen zum
Rotationsraum mit Kohleringdichtungen vers ehen .Nach außen hin wird der Ölverlust
durch Simmeringe,die in den Gehäusedeckeln eingelassen sind,unterbunden.
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Das innere Diffusorgehäuse,die Zwischengehäuse,der Zylinder und das
innere Getriebegehäuse sind durch Rezesse gegen Verdrehung gesichert und mit zwei
Gehäuseinnensechskantschrauben verschraubt.An das innere Getriebegehäuse ist das
Planetengetriebe mit Planetenradträger,der drei Planetenräder trägt, Getriebezwischengehäuse
und äußeres Getriebegehäuse angeflanscht.
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Das äußere Getriebegehäuse ist gleichzeitig der Aufnahmeflansch zur
Eupplungsglocke des ICFZ's, Zur Schmierung wird ein synthetischer Schmierstoff durch
die Ölanschlußnippel vom Öltank,der außerhalb und unter dem Antrieb angebracht ist,über
die Zahnradpumpe zu den Lagern gepumpt.
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Wobei die Ölanschlußnippel in 450 Schräge in den jeweiligen Gehäuseteilen
eingeschraubt sind.Die oberen Ölanschlußnippel werden als Schmierstoffaufnahme,die
Unteren als Schmierstoffablauf benutzt.
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b.Die Reihen-Rotationskolben-urbinenmotor-Anlage In diesem Antrieb
sind zwei Rotations-Turbinenkolben,verbunden durch eine Steckkupplung hintereinander
auf die Steckverzahnung der Antriebswelle aufgesteckt und mittels einer Lagermutter
verschraubt.Der Hybridkompressor an der Vorderseite des Antriebes, ist ein Buftverdichter,der
durch ein schrägverzahntes Getriebe mit verlangsamter Drehzahl angetrieben wird.
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Der gesamte Aufbau, das Lager-und Lagerdichtungssystem sowie die Kraftübertragung
bis zum Planetengetriebe,entspricht in allem dem, der Einzel-Rotationskolben-urbinenmotor-Anlage.
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c.Der Rotationskolben-Turbinenmotor als Kombinationsantrieb zur Turboaufladung
im Mitteldruckbereich und als Antriebsmotor für Lichtmaschinen bei Hub-und Kreiskolbenmotore.
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Das Lager-und Lagerdichtungssystem sowie das Arbeits,-Dreh,-und Antriebsprinzip
entspricht in allem dem der Einzel-Rotationskolben-Turbinenmotor-Anlage.Nur der
Aufbau dieses Eombinationsantriebs weicht von dem der Einzel-Rotationskolben-Turbinenmotor-Anlage
in der Gehäuseverschraubung ab.Die Eombinationsantriebsgehäuseteile sind im Gegensatz
zu denen der Einzel-und Reihen-Rotationskolben-Turbinenmotor-Anlage ineinander durch
Feingewinde verschraubt.Die Kraftübertragung erfolgt über das Antriebsritzel,Abtriebsgetrieberad
zur anzutreibenden Lichtmaschine.Das Schmiersystem für die Hochleistungsschrägkugellager
ist mittels Ölanschlußnippel an dem des Hub-oder Kreiskolbenmotors angeschlossen,
wobei das Getriebe einen eigenen internen Ölsumpf mit Getriebeöl besitzt.
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6 )Die Arbeitsweise der Rotationskolben-Turbinenmotor-Anlage a.Der
Anlaßvorgang Es gibt zwei Arten,mit denen man diese Antriebe anlassen kan1L4 Die
Erste:mit einem Anlassergenerator.Die Zweite:durch"Anblasen", mit ca.10 Bar Druckluft
in Strömungsrichtung Gasstrom.Durch das Anlassemgoder das "Anblasen" wird der Rotations-Turbinenkolben
und somit die Antriebswelle(bei der Reihen-Rotationskolben-Turbinenmotor-Anlage)
des jeweiligen Antriebtyps in Drehbesegung versetzt.Bei beiden Anlaßvorgängen muß
auf jedenfall die Leerlaufdrehzahl von ca.4000 Upm.erreicht werden.Wåhrend des Anlaßvorganges
ist darauf zu achten, daß zuerst die Zündung arbeitet.
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Vor dem Erreichen der Leerlaufdrehzahl läßt man den Kraftstoff in
den intermittierenden Brennerkopf bei der Einzel-Rotationskolben-Turbinenmotor-Anlage
und bei der Reihen-Rotationskolben-Turbinenmotor-Anlage in die Brennkammer einströmen
und das Luft-Kraftstoff-Gemisch wird gezündet.Der Antrieb sollte in der Leerlaufstellung
selbständig laufen.Der Anlasser kann ausgestellt oder der Preßluftanschluß abgedichtet
werden.
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b.Die Arbeitsweise Nachdem der Anlaßvorgang vollzogen ist und das
Luft-Kraftstoff-Gemisch sich selbst entzündet,kann die Zündung ausgestellt werden.
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Die Leerlaufdrehzahl bleibt solange konstant,wie keine Korrektur am
Kraftstoffzufluß vorgenommen wird.Der Radialkompressor der Einzel-Rotationskolben-Turbinenmotor-Anlage
oder der Hybridkompressor der Reihen-Rotationskolben-Turbinenmotor-Anlage der unmittelbar
mit dem Turbinenkolben verbunden ist,saugt,verdichtet auf ca.3 bar und drückt die
Druckluftdurch einen Leitschaufelstator in den Ringdiffusor zum Brenner des jeweiligen
Antriebs.
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Hier vermischt sich die Druckluft mit dem Kraftstoff,der in den Brenner
eingespeist wird,Bas Gemisch entzündet sich,verbrennt und durchströmt ein düsenartiges
Gasrohr,wobei die Gasgeschwindigkeit extrem zunimmt,gelangt in den Rotationsraum
und in die Kolbenkammern des Turbinenkolbens.Hier prallt es gegen die Kolbenkammerkrmmmungen.Diese
Kraft versetzt den Turbinenkolben in Drehbewegung.Durch die Zentrifugalkraft der
Drehbewegung des Rotations-Turbinenkolbens werden die Gase in das Abgasrohr geschleudert
und durchströmen dieses,gelangen aber hiernach ins Freie.Bei mehr Kraftstoffzufuhr
in den entsprechenden Brenner erhöht sich die Verbrennungstemperatur.Die verbrannten
Gase dehnen sich schneller aus und versetzen den Rotations-Turbinenkolben und somit
die Antriebswelle des jeweiligen Antriebtyps in schnellere Drehbewegung.
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7)Die Rotations-Turbinenkolben-Profile Die von mir gezeichneten Rotations-Turbinenkolben-Profile
sind Auszüge aus dem Aufbau der Turbinenkolben der Reihen-Rotationskolben-Turbinenmotor-Anlage.Sie
sind aber sowohl für die Rotations-Turbinenkolben der Reihen-Rotationskolben-Turbinenmotor-Anlage
als auch für die Einzel-Rotationskolben-Turbinenmotor-Anlage und dem Kombinationsantrieb
zur Turboaufladung und Antriebsmotor für Lichtmaschinen bei Hub-und Kreiskolbenmotore
anwendbar.Die Turbinenkolben-Profile lassen sich für alle Rotations-Turbinenkolben
der verschiedensten äußeren Formen, Durchmesser und Größen,dieser Antriebsarten
verwenden,außerdem lassen sich auch noch mehrmals die von mir gezeichneten Kolbenkammern
einarbeitenODie Rotations-Turbinenkolben-Profile entsprechen im übrigen den gasdynamischen
Bedingungen im Rotationsraum.
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Diese Turbinenkolben haben am Umfang 5,6,8'und 9 ellipsen-und kugelgewölbte
Einbuchtungen, den sogenannten KolbeSkammern.Die Abdichtung vom Rotations-Turbinenkolben
zur Zylinderinnenfläche übernehmen die hierzu radialauslaufenden Kolbenkammerkrümmungen.
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Dabei sind die Kolbenkammerkrummungen so konstruiert,daß sie extrem
steil gegen den heißen Gasstrom gestellt sind.
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Anmerkung:Es ist dem Hersteller dieser Antriebsart vorbehalten durch
Experimente und Versuche festzustellen, welcher der Turbinenkolben-Profile für einen
der entsprechenden Rotationskolben-Turbinenmotor-Anlagen die optimalste Drehzahl
und Leistung bringen.
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8)Die Verbrennungssysteme a.Der intermittierende Brenner Bedingt durch
das Anfahren und Anhalten der KFZs und den von der Turbine her bekannten langen
Beschleunigungsverzögerungen und Nachlaufzeiten entgegenzuwirken,habe ich für die
Einzel-Rotationskolben-Turbineenmotor-Anlage einen speziellen intermittierenden
Brenner konstruiert.Dieses für diesen Antrieb von mir neu konzipierte intermittierende
Verbrennungsprinzip,bestand unter dem Namen Schmidt-Argus-Rohr oder Pulso-Jet vor
langer Zeit seine erste Bewährungsprobe.Nur waren damals diese Brenner im wesentlichen
Aufbau ganz anders konzipierttals der von mir für diesen Antriebszweck konstruierte.
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Der Aufbau: Der intermittierende Brenner besteht aus 4 Gehäuseteilen,dem
Brennerkopf,dem Brennergemischgehäuse,dem Ventilgehäuse und dem zweiteiligen Eugelbrennkammergehäuse.Der
Brennerkopf ist mit den 4 weiteren Gehäuseteilen mittels zwei Spannschrauben,die
gleichzeitig als Kraftstoffzuführleitungen ausgelegt sind,am Aufnahmeflansch des
Druckluft rohres auf der einen und dem Gasrohr zum Antrieb auf der anderen Seite
verschraubt.Dieses Druckluftrohr ist wiederum am Diffusorgehäuse angeflanscht.In
sich sind diese Teile mit einer am Schraubenkopf eingelassenen und zu den Kugelbrennkammern
gerichteten Gemischwirbelrose,sowie einer im Brennerkopfbereich eingesetzten Lochscheibe,verschraubt.Bis
zu diesem Bereich nimmt der Lufttrichter in sich eine Düsenform an.
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Hinter der Lochscheibe erweitert sich der Luftkanal zu zwei größeren
Gemischrohren.Zwei,im Ventilgehäuse und mit Buchsen gelagerte Flatterventile,sind
durch Muttern gesichert und mit Schraubenfedern auf sehr leichtgängiges Öffnen und
Schließen in Funktion gebracht.Im Kugelbrennkammergehäuse sind je Brennkammer eine
Gewindebohrung zur Aufnahme der Glühkerzen vorgesehen.
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Die Funktion: Die vom Radialkompressor des Antriebs erzeugte Druckluft
wird durch ein Druckluftrohr,das am Diffusorgehäuse angeflanscht ist, und durch
den Lufttrichtersin den düsenförmig ausgehöhlten Brenner kopf durch die Lochscheibe,zu
den eigentlichen Düsen geleitet.Die Lochscheibe hat die Funktion,die Druckluftversorgung
über ein Gasgestänge vom Gaspedal,durch eine kurze Drehbewegung zu drosseln oder
zu steigern,ähnlich der Drosselklappe im Vergaser.Innerhalb der eigentlichen Düsen
wird der Luftdruck in Luftgeschwindigkeit versetzt,was einen nach dem "Bernoulli~
Gesetz",erheblichen Unterdruck an den Innenflächen der Düsen bewirkt.Durch diesen
Unterdruck wird Kraftstoff durch feine Bohrungen angesaugt (Injektorwirkung) ,Es
kommt hiernach in den Gemischrohren zur hochexplosiven Kraftstoff-Buft-Gemischbildung.
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Die Flatterventile öffnen sich durch unterschiedliche Drucke in flüsse.Das
Gemisch strömt durch Gemischkanäle und der Wirbelrose in die Kugelbrennkammern ein.Es
kommt zur Explosion durch die Glühzündung,der am Kugelbrennkammergehäuse eingeschraubten
Glühkerzen.Die Flatterventile schließen sich,da im Augenblick d-er Explosion ein
größerer Druck im Kugelbrennkammergehäuse herrscht,wie in den anderen Gehäuseteilen.Hiernach
verbrennt das Gemisch im Gasrohr.Der Explosionsdruck und die Kraft des verbrannten
Gemisches pflanzen sich im Gasrohr fort und treffen auf die Kolbenkammern-und Kolbenkammerkrümmungen
des anzutreibenden Rotations-Turbinenkolbens.Das Weitere ist unter Punkt 6:"Die
Arbeitsweise" beschrieben.
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Diese eben beschriebene Explosion wiederholt sich bei den intermittierenden
Brennern,nach wissenschaftlichen Untersuchungen 250 mal in der Sekunde.Die Explosionsschnelligkeit
ist im Leerlauf und bei Vollgas konstant.Entscheidende Bedeutung in diesen Funktionsstellungen
hat die Explosionsintensivität des Gemisches und die damit verbundene Verbrennungskraft.
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b.Die Einzel-Brennkammer Die Einzel-Brennkammer dient als Verbrennungssystem
für die Reihen~Rotationskolben-Turbinenmotor-Anlage.Da diese als Antrieb für Schiffe,Schienenfahrzeuge
und Flugzeuge Verwendung findet, müssen längere Beschleunigungsverzögerungen und
Nachlaufzeiten der Turbine in Kauf genommen werden.Dafür aber wesentlich laufruhigeres
Drehen des Rotations-Turbinenkolbens und abgasfreie und rationelle Arbeitsweise
gewährleistet wird.Außerdem wird durch die kontinuierliche Verbrennungsweise die
Lebensdauer der Turbine erheblich erhöht.Gerade die bei den Schiffen und Flugzeugen
bekannten
Sicherheitsfaktoren der Antriebe, werden daher auf ein
Maximum heraufgestzt. Jeder Rotat-"on-Turbinenkolben hat zum Antrieb e ine eine
Einzel-Brennkammer.
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Der Aufbau Die Einzel-Brennkammer besteht aus 3 äußeren Gehäuseteilen,dem
Lufttrichter,dem Diffusorgehäuse und dem Luftführungsmantel.
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Diese Gehäuseteile sind mittels zwei Innensechskantschrauben miteinander
verbunden.Das Flammrohr besteht aus einem gegossenem Stück und besitzt zum Verbrennungsraum
Kühlluftschlitze.Es wird zum Gasrohr hin lose in den Rezess des Luftführungsmantels
eingesetzt und zur Druckluftseite,das Brennermundstück mit eingesetzter Wirbelrose
in den Einlaßkonus des Diffusorgehäuses und gegenüber dem Luftführungsmantel genau
zentriert.In das Brenner mundstück wird ein Simplexbrenner mit einfacher Eraftstoffzuführung
eingeschraubt.Durch die Strebe des Brennerverdeckkreuzes führt die Brenner-Verbindung
in den Einlaßkonus.In die Zündkerzenaufnahme,die am Luftführungsmantel angebracht
ist,wird die Zündkerze eingeschraubt,die gleichzeitig als Flammrohr-Tragbolzen ausgelegt
ist und dadurch ein verwackeln oder verschieben des Flammrohres vermieden wird.Die
Einzel-Brennkammer ist zur Antriebseite am Gasrohr mit zwei Schrauben befestigt
und zur Kompressorseite am Aufnahmeflansch des Drucklufttrohres verschraubt. Das
Druckluftrohr wiederum ist am Diffusorgehäuse des Hybridkompressors angeflanscht.
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Die Funktion Die vom Hybridkompressor der Reihen-Rotationskolben-Turbinenmotor-Anlage
erzeugte Druckluft wird durch ein Druckluftrohr, das am Diffusorgehäuse des Kompressors
angeflanscht ist und durch den Lufttrichter in den mit einem Brennerverdeckkreuz
und Einlaßkonus versehenen Brennerdiffusorgehäuse hindurch, in den Luftführungsmantel
der Brennkammer geleitet.Hier trennt sich die Druckluft:25% Primärluft gehen davon
durch die Wirbelrose in den Verbrennungsraum des Flammrohres,die restlichen 75%
Sekundärluft oder Verdünnungsluft gehen am Flammrohr vorbei,durch die Kühlluftschlitze
und vereinigen sich wieder.Durch die Sekundärluft wird einmal außen das Flammrohr
gekühlt und zum Anderen, die aus der Brennkammer zum anzutreibenden Rotations-Turbinenkolben,
strömenden heißen Gase auf eine Temperatur von 850-950°C heruntergesetzt.Die Zündkerze
ist nur so lange in Betrieb,wie keine Selbstverbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches
möglich ist.Der im Brennermundstück eingeschraubte Simplexbrenner zersteubt fein
den,von der Kraftstoffpumpe durch die Brennerverdeckkreuz gelegte Brenner-Verbindung,geförderten
Kraftstoff in einem Sprühwinkel
von 90-1100 unter einem Druck zwischen
55 bis 75 bar für die Gemisch-und Flammenbildung.Dabei muß darauf geachtet werden,daß
das Verhältnis zwischen eingesprühtem Kraftstoff und eingefUhrte: Luftmasse, also
das Gesamtmischungsverhältnis innerhalb des Flammrohres auf jeden Fall stimmen muß,da
sonst ein zu großer Kraftstoffverbrauch oder zu geringe Antriebsleistung die Folge
wäre.
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c.Der Turbo-Abgasdruckbehälter Die Abgase des Hub-oder Ereiskolbenmotors,die
den Turbinenkolben des Kombinationsantriebs antreiben,haben,bedingt durch die wechselhafte
Drehzahländerung, demzufolge unterschiedliche DrEcke.Um diese zu kompensieren und
damit eine kontinuierliche Drehbewegung des Turbinenkolbens zu erreichen, d.h. entsprechend
den unterschiedlichen Abgasdrücken-und Geschwindigkeiten der ausgestoßenen Abgase
vorzubeugen,konstruierte ich für diesen Kombinationsantrieb einen speziellen Turbo-Abgasdruckbehälter.
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Der Aufbau Der Turbo-Abgasdruckbehälter setzt sich aus dem Primärrohr,das
mit den Auslaßkanalaufnahmeflanschen direkt an den Auslaßkanälen des Zylinderkopfes
verschraubt ist,aus dem rückwärtig angebrachte Überdruckventil und dem am Primärrohr
angeschweißtem Sekundär~ rohr zusammen.Auf dem Primärrohr,zwischen dem ersten und
dem zweiten Auslaßkanal,ist ein 900 versetzter, dnsenformiger Gaskanal aufgeschweißt.Gegenüber,auf
dem Sekundärrohr,ist ein diffusorartiger Abgaskanal aufgeschweißt.Diese dienen gleichzeitig
als Kombinationsantriebanschlußflansche,denn der Kombinationsantrieb ist mit seinen
Aufnahmeflanschen daran verschraubt.
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Vor und hinter dem Gaskanal sind auch die Traghalterungen für den
Kombinationsantrieb und an der Außenfläche des Sekundärrohres die Traghalterungen
der Lichtmaschine verschweißt.Der gesamte Turbo-Abgasdruckbehälter ist mit einer
Blechummantelung umgeben und verschraubt.Sie hat an der Vorderseite einen Frischluftstutzen
zur Drucklufterwärmung.
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Die Funktion Die vom Verbrennungsmotor durch die Auslaßkanäle ausgestoßenen
Abgase,strömen in das Primärrohr des Turbo-AbgasdruckbehältersF Es baut sich ein
Gasdruck auf, der in dem 90°versetzten,düsenförmigen,angeschweißten Gaskanal zu
Gasgeschwindigkeit umgewandelt wird.Die Abgase,die hier eine sehr hohe Geschwindigkeit
haben'gelangen durch den: Gaskanal des Kombinationsantriebs, werden durch das Werteilersegment
in zwei enge Trichter auf die Kolbenkammern des Rotations-Turbinenkolbens gedruckt.Diese
Kraft
verleiht dem Turbinenkolben eine Drehbewegung.Die Abgase
werdexr durch die Zentrifugalkraft und dem größeren Druck in den Abgaskanal des
Kombinationsantriebs geschleudert.Sie gelangen in den diffusorförmigen Abgaskanal
des Sekundärrohres, durchströmen es, durchlaufen die Auspuffanlage des EPZ"s und
gelangen somit ins Freie der Atmosphäre.Um einen Überdruck im hohen Motordrehzahlbereich
und demzufolge einen zu großen Abgasrückstau beim Auslaßvorgang auf die Hubkolben
zu vermeiden und eine durch die hohe Drehbewegung des Rotations-Turbinenkolbens
entstehende Lagerbeschädigung des Kombinationsantriebs vorzubeugen, ist am hinteren
Teil des Primärrohres ein Überdruck-Flatterventil angebracht,;Das Flatterventil
hat ein schraubenfederbelastetes Ventil,das es bei einem entsprechenden Überdruck
öffnen läßt und sofort wieder schließt,wenn der Druck unterschritten ist.
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Der Ansprechdruck ist entscheident von der Druckkraft der Ventilfeder
abhängig.Die im Überdruck befindlichen Abgase werden sofort in das Zwillingsrohr
der Auspuffanlage und weiter ins Freie der Atmosphäre geleitet.
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9)Die Kombinationsmöglichkeiten und Leistungssteigerungen Um die Effektivleistung
der entsprechenden Rotationskolben-Turbinenmotor-Anlage heraufzusetzen,ist es von
Wichtigkeit Kompromisse zwischen Zusatzgeräten und Turbinenmotorkombinationen zu
schließen.Vor Allem ist es wichtig, den von der Turbine und der kontinuierlichen
Verbrennung her bekannten,und im Gegensatz zu den Kolbenmotoren,sehr hohen spezifischen
Kraftstoffverbrauch auf ein Minimum zu senken.Das macht einige Veränderungen in
der Druckluftaufbereitung notwendig.Den Kraftstoffverbrauch senkt man erheblich,wenn
zwischen Kompressor und Verbrennungssystem,ein von den Abgasen aufgeheizter Wärmetauscher
zwischengeflanscht wird.Die heißen Abgase durchströmen ein Rohrsystem,um dieses
wird die Druckluft vom Kompressor zur Brennkammer des jeweiligen Antriebs gefördert.Dabei
erwärmt sich die Druckluft.
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Eine Möglichkeit die Effektivleistung der Rotationskolben-Turbinenmotor-Anlage
zu steigern ist die,daß einige Zusatzgeräte wie Lichtmaschine,Eraftstoffpumpe usw.über
einen,nie der von mir erfundene und nach dem gleichen Arbeitsprinzip wie die Turbinenmotor-Anlage,funktionierenden
Kombinationsantrieb anzutreiben.
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Auf der einen Seite des Kombinationsantriebs wird die Lichtmaschine,auf
der Anderen die Kraftstoffpumpe über ein entsprechend
abgestuftes
Getriebe angetrieben.Die Abgase sind in dem Abgasrohr des entsprechenden Antriebs
noch sehr hochtemperiert und haben große Strömungsenergie,mit denen ein Abgaskombinationsantrieb,wie
der von mir konzipierte,sich leicht antreiben läßt.
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Die Schmierflüssigkeiten werden gerade bei Turbinen sehr großen Temperatureinflüssen
ausgesetzt.Es ist daher ratsam,wegen der auftretenden mangelden Viscosität und die
damit verbundenen,nicht ausreichenden Schmiereigenschaften im Lagerbereich,diese
entsprechend zu khhlen.Ein Ölkhhler'der im Kompressoransaugschacht des Antriebs
angebracht ist,wird durch die angesaugte Luft des Verdichters gekhhlt.Die Ruft wird
vorgewärmt,was dem vorher beschriebenen günstigen Kraftstoffverbrauch zugute kommt.Die
Schmierflüssigkeit wird vom ÖltPnk,der unter der Turbinenmotor-Anlage angebracht
ist,durch die Zahnradölpumpe zu den Lagern gedrückt,gelPngt über ein Ölrohrsammelsystem
zum Ölfilter,Ölkühler und wieder in den Öltank.
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10) Die Werkstoffe der Rotationskolben-Turbinenmotor-Anlage Da die
Rotationskolben-Turbinenmotor-Anlagen sehr hohen Leistungsgrenzen und thermischen
Belastungen ausgesetzt sind,bedarf es Antriebs-und Gehäuseteilen,die aus Werkstoffen
der Triebwerkstechnik und dem Flugzeugbau her bekannt sind, Die in den Brannkammern
und dem Rotations-Turbinenkolben sowie Gehäuseteilen auftretenden thermischen Belastungen
werden betriebssicher von Legierungen, die der Gruppe der Hartmetalle angehören,bewältigt,bei
denen als Legierungsbestandteile Chrom, Nickel und Kobalt verwendet werden.
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Besonders hohe Anforderungen werden an das Material des Rotations-Turbinenkolbens
und dessen Xolbenkammerkrümmtngen gestellt,da an ihnen sehr hohe Zug,-Biege-und
chemothermische Belastungen auftreten.Zu den wichtigsten Eigenschaften,die Rotations-Turbinenkolben
aufweisen muß,gehören: 1 .gute Hitzebeständigkeit 2 .hohe Warmfestigkeit 3.besonders
gute Zug-und Kriechfestigkeit 4.gute Korrosionsbeständigkeit 5.günstige Streckgrenze
und Dauerbruchfestigkeit
Die metalle der einzelnen Gehäuseteile
bei der Rotationskolben-Turbinenmotor-Anlage setzen sich wie folgt zusammen: hochlegierter
Chrom-Nickel-Stahl Zylinder,Zwischengehäuse, Zylinderwände, Abngasrohr, Antriebswelle
hochlegierter Nickel-Stahl Rotations-Turbinenkolben, Brennkammer bzw. intermittierender
Brennekopf, Gasrohr hochlegierter Stahl Zuganker, Gehäuseinnensechskantschrauben
Titan alle Kompressoren Aluminium alle Kompressorgehäaseteile niedrig legierter
Stahl alle Getriebe-und Getriebegehäuse Zahnräder sind oberflächengehärtet, Schrauben
Schieiben und Gehäseinnenmuttern Fertigprodukte alle Kugellager, Rollenlager, Kohleringdichtungen
und Simmeringe 1 ie Vorteile der Rotationskolben-Turbinenmotor-Anlagen gegnüber
herkömmlichen Axial-Radalturbinen und Hub-und Kreiskolbenmotore a. Die Rotationskolben-Turbinenmotor-Anlagen
Geringe Abmessungen und damit Platzsparend, gegenüber normalen Radialturbinen.
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Eleine,kompakte Antriebsanlage bei extrem hoher Leistung.
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Wenige Verschleißteile, da sich nur eineige Teile drehen.
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Ruhiger, gleichmäßiger Lauf durch kontinuierliche Verbrennung.
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Extreme Verschleißminderug j:n Gegensatz ur diskontinuierlichen Verbrennung
bei Hub-und Kreiskolbenmotore.
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Im Gegensatz zu herkömmlichen Radial-und Axialturbinen,direkte Heißgasbeaufschlagung
auf den Rotations-Turbinekolben und damit effektivere Strömungsenergieausnutzung.
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Reibungswiderstände durch Kolbentriebe und Nockenwellen bei Hubkolbenmotoren,werden
bei diesem Antrieb total ausgeschaltet.
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Sehr hoher Effektivwirkungsgrad (50-60%), #=0, 5-0,6.
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Im Gegensatz zur diskontinuierlichen Verbrennung arbeiten diese Antriebe
Verbrennungsrückständefrei, also umwelrfreundlich.
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Mehrere Rotations-Turbinenkolben lassen sich im Gegensatz za herkömmlichen
Radialturbinen hintereinander auf eine Welle aufsteckern. Dadurch ebtsteht eine
Leistungsteigerung die der Anzahl der Turbinenkolben entspricht0 Durch die radial-und
partialbeaufschlagte Arbeitsweise des Turbinenkolbens lassen sich im Gegensatz zur
herkömmlichen Radialturbine,beide Seiten der Antriebswelle bzwO Rotations Turbinenkolben
als Antriebsmedium verwenden Großer Nutzeffekt durch die vom Verteilersegment auf
mehrere Kolbenkammern verteilten Gaströme.
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Die Anwendungsgebiete dieser Antriebe sind unbegrentz.
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b. Der Rotationskolben-Turbinenmotor als kombinationsantrieb zur Turboaufladung
im Mitteldruckbereich und als Antriebs motor für Lichtmaschinen bei Hub-und Kreiskolbenmotore.
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Im Gegensatz zu den herkömmlichen Turbolandern, werden bei diesem
Kombinationsantrieb, bedingt durch die partialbeaufschalgte und radiale Arbeitsweise
des Rotations-Turbinenkolben, zwei verschiedene Leistungen übertragen. Die eine,
auf der einen Seite des Antriebs,ist das Aufladen des Hub-oder Kreiskolbenmotors
im Mitteldruckbereich.Die andere9auf der anderen Seite des Antriebs,ist die über
ein Zwischengetriebe, angetriebene Lichtmaschine0 Leistungsteigerung des Hub-oder
Kreiskolbenmotors duch die Auflandung, ca. 20% Leistungszuwachs.
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Leistungssteigerung des Hub-oder Kreiskolbenmotore durch den seperaten
Lichtmaschinenantrieb, ca. 10 % Leistungzuwachs Durch direkte Abgasbeaufschlagung
auf die Kolbenkammern des anzutreibenden Turbinenkolbens,entsteht im Gegensatz zu
den herkömmlichen Turbolandern, ein kontinuierlicher Drehzahlanstieg und Abfall,parallel
zu der, der Kurbelwelle des Hub-oder Kreiskolbenmotors.Daher ist der Kombinationsantrieb
im Leerlaufbereich des Hub-oder Kreiskolbenmotors mit verminderter Drehzahl in Betrieb.Das
bedeutetsdaß die Leerlaufdrehzahl der Kurbelwelle des Hub-oder Kreiskolbenmotors,der
des Turbinenkolbens entspricht und dieser sich den ausgestoßenen Abgasen anpaßt.Das
hat zur Folge,daß der Hub-und Kreiskolbenmotor und deren Lichtmaschine,im Gegensatz
zum üblichen Tubolader, im Leerlaufbereich aufgeladen wird bzw. die Lichtmaschine
Strom erzeugt.
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Im Übrigen sind die Vorteile der vorherbeschriebenen Rotationskolben-Turbinenmotor-Anlage
auch für den Kombinationsantrieb zutreffend.
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c.Der Hybridkompressor Kleiner,platzsparender und kompakter Kompressor.
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Kleinere räumliche Ausmaße,wie ein zur Luftförderleistung entsprechender
Axialverdichter.
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Durch die 450schräge Impellerplattform entstehen bei hoher Luftgeschwindigkeit
keine Luftstau's zwischen Ansaug-und Verdichterteil,wie bei herkömmlichen Radialverdichtern.
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Größere Luftförderleistung als herkömmliche Radialverdichter, das
ist sehr wichtig bei mehr anzutreibenden Rotations-Turbinenkolben.
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d.Der intermittierende Brennerkopf Sparsamer Kraftstoffverbrauch,
im Verhältnis zur Leistung,wie beim Hub-oder Kreiskolbenmotor.
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Einfache Gemischregulierung wie beim Vergaser.
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Sehr hohe Beschleunigung und geringer Nachlauf.
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Geringe Verschleißteile durch zwei Platterventile,daher sehr langlebig.
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Kohlenmonoxydfreie Abgase und demzufolge umweltfreundlich.
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e.Die Einzel-Brennkammer Kleine, kompakte Einzel-Brennkammer.
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Große Flammleistung, dmezufolge hohe Gasgeschwindigkeit.
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Durch das Einzel-Brennkammer-Konzept, hat jeder Rotations-Turbinenkolben
seinen eigenen Antrieb.
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Dadurch entsteht ein sparsamer Kraftstoffverbrauch.
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Niedrige Prductionskosten, da das Flammrohr aus einem Stück gegossen
ist.
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Keine beweglichen Teile,daher sehr langlebig.
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Kohlenmonoxydfreie Abgase und demzufolge umweltfreundlich.
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f.Der Turbo-Abgasdruckbehälter Gute und konzentriertere Ausnutzung
der Abgase Bedingt durch die Konstruktion des Eurbo-Abga8druckbehälters, wird eine
indirekte Abgasdruckbeaufschlagung,eine sehr gute Ausnutzung der Motorenabgase und
demzufolge eine hohe Leistungsausschöpfung des Kombinationsantriebs bewirkt.
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Ein Abgasrückstau auf die Hubkolben beim Ventilüberschneiden in den
Steuerzeiten der Hubkolbenmotore wird durch das Überdruck-Flatterventil auf ein
Minimum reduziert.
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Durch das Überdruck-Flatterventil ist die Gefahr der Lagerbeschädigung
im hohen Drehzahlbereich zu re des Kombinationsantrieb vermieden.
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1 2)Allgemeines Die von mir erfundenen und konzipierten Rotationskolben-Turbinenmotor-Anlagen
und der Kombinationsantrieb sind leistungsmäßig und größenmäßig universell verwendbare
Im Durchmesser und Umfang größere Rotations-Turbinenkolben und Gehäuseteile oder
mehrere Einzelgehäuse und turbinenkolben hintereinander auf einer Antriebswelle
gereit,ergeben höhere Drehmomente und demzufolge mehr Leistung.Die Maximaldrehzahl
von 40000 Upm.bleibt auch bei hintereinander gereiten Turbinenkolben konstant. Es
erhöht sich das Gesamtdrehmoment und in sofern auch die Leistung.
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Alle, die sich aus dem Konzept dieser Erfindung, der von mir gezeichneten
Rotationskolben-Turbinenmotor-Anlagen sowie des Kombinationsantriebs und aus deren
Entwicklung, Erprobung und Test's ergebenen Veränderungen, Verbesserungen und verfeinerungen,
metallurgischer, materieller, Zusatzgerätbestückungs und energiemäßiger Art, die
der Leistungssteigerung und der Verkaufsförderung dienen, können nicht als Erfindung
betrachtet und als diese beim Patentamt eingereicht wereden.
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Technische Änderunger aller Art, die den von mir erfundenen und konzipierten
Rotationskolben-Turbinenmotor-Anlagen und den Kombinationsantrieb betreffen, sind
dem Hersteller dieser Antriebe vorbehalten.