DE2424270A1

DE2424270A1 - Fahrzeugmaschine

Info

Publication number: DE2424270A1
Application number: DE2424270A
Authority: DE
Inventors: Sven-Olof Prof Kronogaard
Original assignee: TURBOKONSULT AB
Current assignee: TURBOKONSULT AB
Priority date: 1973-05-22
Filing date: 1974-05-18
Publication date: 1974-12-19
Also published as: JPS5918534B2; DE2424270C2; JPS5020424A; IT1011478B; US3889771A; FR2230512B1; GB1475700A; JPS57146027A; SE417628B; FR2230512A1; GB1476621A; JPS5917254B2

Description

Firma TURBOKONSÜLT AB, 201 10 Malmö / Schweden

Fahrzeugmaschine

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugmaschine zum Antrieb zweier Räder oder Radpaare.

Die Vorschriften in Bezug auf Verunreinigungen durch Abgase sind sehr streng und werden zunehmend strenger. Weiterhin werden voraussichtlich zunehmende Anforderungen an erhöhte Betriebssicherheit in Bezug auf Manövrierbarkeit, auf Kurvenstabilität sowie Beschleunigung und Verzögerung auf rutschigen Strassen gestellt, woraus entsprechende Ansprüche bei' Verletzungen von Personen und bei Sachschäden aufgrund von erfolgten Kollisionen resultieren. Letztere Anforderungen

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erfordern wirksamere Stossauffangvorrichtungen, die zu erhöhtem Platzbedarf am Vorder- und Hinterteil der Fahrzeuge führen. Dies bedingt jedoch erhöhte Fahrzeuglängen und dementsprechend höhere Kosten oder eine Verringerung des für Insassen und Gepäck zur Verfügung stehenden Raumes. Beides ist in grösserem Ausmasse nicht akzeptabel.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Fahrzeugmaschine mit geringem Giftausstoss in den Abgasen vorzuschlagen, die darüberhinaus so kompakt aufgebaut ist, dass verbesserte Stossauffangvorrichtungen an dem damit ausgestatteten Fahrzeug vorgesehen werden können, ohne dass hierdurch merklich die Fahrzeuglänge erhöht würde. Ausserdem soll diese Fahrzeugmaschine geeignet sein, in Fahrzeugen und Wagen unterschiedlicher Art und Grosse eingebaut werden zu können. So soll beispielsweise eine Anwendung zum Antrieb zweier Räder oder zweier Radpaare, d.h. bei einem Vierradantrieb, möglich sein und ausserdem soll die Längsachse der Fahrzeugmaschine entweder parallel oder quer zur Längsrichtung des Fahrzeuges verlaufen können. Ein Vierradantrieb ergibt bekanntlich doppelten Reibkontakt mit der Strasse und ermöglicht eine schnellere und sicherere Fahrweise in Kurven sowie eine höhere Beschleunigung und Verzögerung bei erhöhter Sicherheit, insbesondere auf rutschigen Strassen.

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Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäss eine Fahrzeugmaschine vorgeschlagen, die gekennzeichnet ist durch eine Gasturbine mit mindestens zwei Rotoren, die über ein Getriebe gekoppelt sind, welches einen mit zwei Abtriebswellen versehenen Drehmomententeiler beinhaltet, dessen eine Abtriebswelle innerhalb einer Hohlwelle im Kraftübertragungssystem der Turbine verläuft.

Die Gasturbine an sich kann so ausgelegt werden, dass sie im Abgas nur eine geringe Ausstossquote enthält. Die angestrebte kompakte Gestaltung wird erreicht durch die genannten Merkmale der Gasturbine.

Als Turbine wird vorzugsweise eine solche mit drei Rotoren eingesetzt, in der die kraftübertragenden Teile eine sehr fein abstimmbare Drehmomentcharakteristik ergeben. Dies bedeutet, dass ein Rückwärtsgang nur ausserhalb der eigentlichen Fahrzeugmaschine vorgesehen zu werden braucht, möglicherweise unterstützt durch eine einfache Unter setzungs stufe.

Die erfindungsgemässe Fahrzeugmaschine ist besonders für einen Vierradantrieb geeignet, kann aber auch quer zum-Antrieb von lediglich zwei Rädernde ingebaut werden. In diesem Falle liegt sie entweder am vorderen oder hinteren Ende des Fahrzeuges.

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Weitere Vorteile ,und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnungen. Sofern in der nachfolgenden Beschreibung auf Einzelheiten der Zeichnung nicht gesondert eingegangen wird, sei ausdrücklich auf die Zeichnung selbst verwiesen.

In den Zeichnungen zeigt:

Figur 1 eine Anordnung der erfindungsgemässen Fahrzeugmaschine für einen Zweiradantrieb in quer eingebauter Bauweise;

. Figur 2 eine Anordnung für einen Vierradantrieb, bei der die Fahrzeugmaschine am vorderen Ende des Fahrzeuges eingebaut ist;

Figuren .

. 3 und 4 Abwandlungen der in Figur 2 gezeigten Anordnung und

Figur 5 einen Vierradantrieb mit heckseitig eingebauter Maschine und einer im Prinzip der Anordnung gemäss Figur 3 entsprechenden Kraftübertragung.

In allen Zeichnungsfiguren sind die einzelnen Komponenten

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nur SQhematisch dargestellt, da davon ausgegangen werden kann, dass die Hauptelemente der Gasturbine und des Fahrzeuggetriebes an sich bekannt sind.

Bei der Anordnung gemäss Figur 1 ist die Fahrzeugmaschine eine Gasturbine, die mit ihrem Achsensystem quer zur Längsrichtung des Fahrzeuges eingebaut ist. Die Gasturbine treibt zwei* Räder 10, 11. Diese Anordnung kann sowohl zum Antrieb der Vorder- als auch der Hinterräder des Fahrzeuges gewählt werden. Da in Figur 1 keine Steueranordnung dargestellt ist, kann die gezeigte Ausführung auf eine heckseitige Fahrzeugmaschine bezogen werden.

Die Maschine umfasst einen Verdichter 12, der durch einen ersten Turbinenrotor 13 angetrieben ist, eine Brennkammer 14 und zwei Leistungsturbinen 15 und 16.

Die Räder 10, 11 sind in Kniegelenkaufhängungen 17a, 17b aufgehängt, so dass eine individuelle Federwirkung erzielt wird, und stehen mit einem herkömmlichen Kegel-Differential 19 in Verbindung. Dieses Differential verteilt die zugeführte Leistung auf zwei Abtriebswellen 20, 21, die durch Untersetzungsstufen 18a, 18b mit den Rädern 10, 11 verbunden sind. Das Differential 19 liegt an einer Seite der Maschine und eine der Abtriebswellen 21 steht direkt mit dem Kniegelenk 17b

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über die Untersetzungs-Endstufe 18b in Verbindung, während die Abtriebswelle 20 geradewegs durch die Fahrzeugmaschine, d.h. durch eine Hohlwelle 22 verläuft, welche das Rotorsystem 12, 13 des Verdichters mit dem Getriebe zwischen den Leistungsturbinen unter dem Differential 19 verbindet.

Zwischen den Turbinenrotoren 15 und 16 sind einstellbare Einlass-Leitschaufeln 23 angeordnet, die eine Verteilung der zur Verfügung stehenden Energie zwischen den beiden Rotoren ermöglichen.

Die Hohlwelle 22 trägt an ihrem dem Verdichter abgewendeten Ende ein Sonnenrad 24, das mit einem ersten Satz von Planetenrädern 25 kämmt. Der Planetenradträger 26 dieser Räder wird von der Leistungsturbine 16 über eine weitere Hohlwelle 27 angetrieben. Die Welle 28 der Leistungsturbine 15 verläuft durch diese weitere Hohlwelle 27 und treibt ein Ritzel 29 an, das mit einem Hohlrad 30 kämmt. Dieses besitzt sowohl eine Innen- als auch eine Aussenverzahnung. Das Hohlrad 30 ist mit dem Sonnenrad 31 eines zweiten Planetengetriebes verbunden, dessen Hohlrad 32 mit den Kegel-Planetenrädern 33 des Differentials 19 gekoppelt ist. Der Planetenradträger 34 für die Planetenrädef 35 des zweiten Planetengetriebes ist als ein Teil einer Kupplung 36 ausgebildet, deren anderer Teil mittels einer Bremse 37 arretiert sein kann, Da-

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durch können wahlweise das Hohlrad 32 und das Sonnenrad 31 in bekannter Weise in gleicher oder in entgegengesetzter Drehrichtung angetrieben werden, je nachdem, welche der beiden Getriebekomponenten gebremst ist.

Da die Abtriebswelle 20 durch die Hohlwelle 22 verläuft, kann die Bauhöhe der Fahrzeugmaschine sehr niedrig und diese selbst sehr kompakt mit kleinem Platzbedarf gehalten werden« In Fahrzeugen, in denen der Radabstand gering ist oder in denen die Forderung nach erweiterten individuellen Bewegungen der Räder besteht, ist eine Vergrösserung des Abstandes zwischen den Kniegelenken 17a, 17b und den Rädern 10, 11 dadurch möglich, dass man die Kraftübertragung im Prinzip gemäss Figur 2 ausbildet und anordnet.

öl

Die in Figur 2 gezeigte Anordnung umfasst eine Antriebsmaschine gleicher Art wie in Figur 1, jedoch für einen Vierradantrieb ausgebildet und am vorderen Ende des Fahrzeuges eingebaut, wobei das Achsensystem parallel zur Längsrichtung des Fahrzeuges verläuft. (Soweit möglich sind sie die gleichen Bezugszeichen wie in Figur 1 verwendet). Das Drehmoment wird einem Paar von Vorderrädern über die Abtriebswelle 20 und durch ein Vorderachs-Differential 41 übertragen. Auf gleiche Weise werden die Hinterräder durch eine Welle 44 mit Kardangelenken 43a und 43b und durch ein Hinterachs-

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Differential 45 angetrieben. Die hintere Abtriebswelle 44 mit dem zugehörigen Differential überträgt ebenso wie das Vorderachs-Differential etwa die Hälfte des vorhandenen Drehmomentes; folglich können gegenüber dem Differential der zuvor erläuterten Ausführungsform geringere Abmessungen bei der Auslegung eingeplant werden. Dies wird noch weiter gefördert, da die Maschine eine sehr grosse Lauf ruhe gegenüber Kolbenmotoren erzielt. Die Antriebswelle, die sich nach hinten erstreckt, braucht somit nicht notwendigerweise ein starres Element zu sein, sondern kann in einem Bogen mit einem grossen Radius R unterhalb des Chassis, in dem sie geeignet zwischen den Kardangelenken 43a und 43 gelagert ist, verlaufen. Dies wird weiterhin dadurch unterstützt, dass - abweichend von der Ausführung gemäss Figur 1 - Untersetzungs-Endstufen 18a, 18b weggelassen sind. Diese Stufen sind durch die Achs-Differentiale 41 und 45 ersetzt, so dass dadurch das Antriebsdrehmoment weiter verringert wird.

Diese Anordnung ergibt eine sehr kompakte Auslegung und liefert hinreichend Platz vor den Vorderrädern, um dort Stossauffangyorrichtungen, Filter und Hilfseinrichtungen unterzubringen.

Alternativ kann auch das Differential 19 durch ein einfaches Planetengetriebe ersetzt werden, wobei beispielsweise die

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Welle 20 mit dem Hohlrad und die Welle 21 mit dem Sonnenrad verbunden ist. Hierbei wird ein grösserer Anteil des Drehmomentes auf die Vorderräder übertragen, was in besseren Antriebseigenschaften resultiert. Die Maschine erstreckt sich allerdings über einen gewissen Abstand hinter den Vorderrädern, was in der Regel jedoch keine Schwierigkeiten verursacht. Um in dieser Hinsicht aber das Einbaumass zu verringern, kann die Maschine gemäss Figur 3 teilweise Über der Vorderachse angeordnet sein, was insbesondere für gewisse Klein- oder Kompaktwagen interessant ist. Eine entsprechende Anordnung der Leistungs-Übertragungseinheit kann bei quer eingebauter Maschine gewählt werden, um die notwendige Länge der Schwenk-Antriebswellen zwischen dem Diffenrential und den Rädern zu erhalten.

Die eigentliche Gasturbine beinhaltet die gleichen Rotoren wie ίτι den vorangegangenen Ausführungsbeispielen. Jedoch ist der Verdichter 12 hier am hinteren Ende der Maschine angeordnet und das Getriebe einschliesslich Differential lieg über und vor der Vorderachse. Das Differential ist mit 50 bezeichnet. Eine der Abtriebswellen 51 ist rohrförmig und trägt ein Kegelritzel 52 mit einer Hypoidverzahnung, das mit einem entsprechenden Tellerrad 53 im Vorderrad-Differential kämmt. Die Abtriebswelle 51 ist gegenüber der geometrischen Achse 54 des Vorderradpaares nach oben versetzt.

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Eine Abtriebswelle 55 zum Hinterachs-Differential verläuft vom zweiten Antriebsrad des Differentials 50 aus durch die Hohlwelle 51 über der geometrischen Achse 54 des Vorderradpaares. Die hintere Abtriebswelle 55 ist auch hier als vergleichsweise schlanke Welle ausgebildet.

Die Turbinen- und Verdichterrotoren sind durch ein Planetengetriebe 56 miteinander verbunden, dessen Hohlrad über eine Welle 57 mit einem Umkehrgetriebe 58 gekoppelt ist. Letzteres ist nicht im einzelnen dargestellt. Es kann Maschinenelemente enthalten, die prinzipiell den Elementen 34, 36 und 37 bei der Ausführungsform nach den Figuren T und 4 entsprechen. Die Abtriebswelle davon treibt über ein Ritzel 59 ein Hohlrad 60, an welchem die Planetenräder 61 des Differentials 50 montiert sind.

Die Ausführungsform gemäss Figur 4 entspricht im wesentlichen derjenigen nach Figur 3. Auch die Gasturbine ist grundsätzlich die gleiche. Die Rotoren 15 und 16 der Leistungsturbine sind im wesentlichen durch ein Planetengetriebe 65 miteinander gekoppelt. Das Hohlrad 66 dieses Getriebes steht mit einem Umkehrgetriebe 67 in Verbindung, von dem aus sich eine Abtriebswelle nach vorne erstreckt und ein Kegelritzel 68 trägt, das mit dem Vorderachs-Differential 69 kämmt. Das Sonnenrad des Planetengetriebes 65 ist über einen Freilauf 70 mit dem Ro-

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tor system 12, 13 des Verdichters gekoppelt und die Drehmomentübertragung von den Rotoren der Leistungsturbinen 15, 16 zum Rotorsystem 12, 13 des Verdichters erfolgt - ebenso wie bei den vorher geschilderten Ausführungsformen - in Abhängigkeit von den jeweiligen Gegebenheiten und dem Betriebszustand der Maschine.

Eine hintere Welle 71 zum Hinterradantrieb ist über eine Kupplung 72 mit der Kraftübertragung zwischen dem Planentengetriebe 65 und dem Rotorsystem 12, 13 des Verdichters koppelbar und verläuft durch eine von dem Freilauf 70 und der Kupplung 72 gebildete Hohlwelle. Ein Rückwärtsantrieb des Fahrzeuges erfolgt in diesem Falle lediglich durch die Vorderräder; der Hinterradantrieb 71 läuft infolge eines Freilaufes 72a leer.

Das Planetengetriebe 65 kann abgestuft sein, wobei mehr als die Hälfte (beispielsweise 50 bis 70 %) des Drehmomentes auf die Vorderräder übertragen werden kann. Es ist von Vorteil, das grösste Drehmoment an dem.Ende der Maschine, das den Rädern mit dem höchsten Raddruck—und demzufolge der besten Strassenhaftung-benachbart ist, übertragen zu können. Als Folge davon können wieder die hintere Abtriebswelle 71 und das Hinterachs-Differential schwächer ausgelegt werden. Die oben bereits angedeutete Verlegung der Fahrzeugmaschine nach vorne und die Aufteilung des Drehmomentes ergeben in Verbin-

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dung mit dem einfachen und billigen Vierradantrieb eine attraktive Lösung für den Antrieb eines Sicherheitswagen mit massigem Preis. Entsprechende Gesichtspunkte gelten mehr oder weniger auch für Anordnungen mit einer heckseitigen Maschine, wobei es dann von Vorteil sein kann, einen entsprechend höheren Anteil des Drehmomentes auf die Hinterräder zu übertragen. Auf jeden Fall ist mit einer heckseitig angeordneten Maschine ein grösserer Raum für Stossfängereinrichtungen am vorderen Ende, wo diese am meisten benötigt werden, erzielbar.

Figur 5 zeigt eine heckseitig angeordnete Maschine, die in ihrer Anordnung grundsätzlich der Ausführungsform gemäss Figur 3 entspricht. Jedoch ist das Differential als direkte Verlängerung des Untersetzungsgetriebes der Turbine ausgebildet. Bei der Beschreibung dieser Ausführungsform werden für übereinstimmende Teile gleiche Bezugsziffern verwendet, um Jedoch Unterschiede bezüglich des Differentials hervorzuhebwn, wird dieses mit 50b bezeichnet, während das konische Hypoidritzel, das das Hinterachs-Differential antreibt, das BezugoZöichen 52b trägt. Die Abtriebswelle, die sich zu dem nicht gezeigten Vorderachs-Differential hin erstreckt, ist ' mit 55b benannt.

Es ist offensichtlich, dass die hier schematisch gezeigten

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Komponenten auf verschiedene Art und Weise angeordnet und miteinander kombiniert werden können und es versteht sich, dass die Anlage in der Praxis die weiteren Einzelheiten und Einzelteile wie Lager, Regeleinrichtungen, Hilfsgeräte und dgl. enthält.. Die Erfindung ist in ihrer Verwendung für bestimmte ausgewählte Ausführungsbeispiele erläutert worden, jedoch auf diese nicht beschränkt. Vielmehr kann sie in vielerlei Hinsicht im Rahmen der nachfolgenden Ansprüche abgewandelt werden.

Die Ausführungsformen gemäss den Figuren 2 bis 5 können selbstverständlich durch Weglassen bestimmter Getriebeelemente (Differentiale und dgl.) zum Antrieb lediglich zweier Räder, entweder der Vorder- oder der Hinterräder, ausgebildet und dementsprechend front- oder heckseitig angeordnet werden. Weiterhin ist es möglich, das Planetengetriebe 56 zwischen der Hilfsturbine 16 und der Leistungsturbine 15 wegzulassen. Den Vierradantrieb erhält man dann dadurch, dass man die Leistungsturbine ein Radpaar treiben lässt und die Hilfsturbine das andere Radpaar betreibt. Dies ergibt für gewisse Fahrzeugtypen eine einfache, wirksame und vergleichsweise billige Anordnung.

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Claims

Patentansprüche:

1.) Fahrzeugmaschine zum Antrieb zweier Räder oder Radpaare, gekennzeichnet durch eine Gasturbine mit mindestens zwei Rotoren (13, 15, 16), die über ein Getriebe gekoppelt sind, welches einen mit zwei Abtriebswellen (20, 21; 51 55; 68, 71) versehenen Drehmomententeiler (19, 65) beinhaltet, dessen eine Abtriebswelle innerhalb einer Hohlwelle (22, 51, 71) im Kraftübertragungssystem der Turbine verläuft.

2. Fahrzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomententeiler ein Differential (19) mit Kegelrädern ist, das an einer Seite der Maschine angeordnet ist, und dass eine Abtriebswelle (20) des Differentials durch eine Hohlwelle (22) verläuft, welche eine Verbindung zwischen den. beiden Rotoren oder Rotorsystemen (12, 13; 15, 16) der Gasturbine herstellt.

3, Fahrzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2_t für den Antrieb zweier Radpaare, dadurch gekennzeichnet, dass der Dreh-

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momententeiler ein Differential (60) mit Kegelrädern ist, bei dem eine der Abtriebswellen (51) gegenüber der geometrischen Achse (54) des nächstliegenden Radpaares versetzt angeordnet ist, um die andere Abtriebswelle (55) durch, diese hohle Abtriebswelle (51) und oberhalb der geometrischen Achse (54) des Radpaares verlaufen zu lassen.

4. Fahrzeugmaschine nach Anspruch 1, zum Antrieb zweier Radpaare, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomententeiler ein Planetengetriebe (65) ist, das mit einem Umkehrgetriebe (67) gekoppelt ist, dessen eine Abtriebswelle einen Teil einer Verbindung zu dem Verdichterrotor-System (12, 13) der Gasturbine darstellt und sich als Antriebswelle für das der Maschine ferngelegene Radpaar fortsetzt.

5. Fahrzeugmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Umkehrgetriebe (67) zur Drehmomentübertragung für eine Rückwärtsfahrt auf das nächstliegende Radpaar ausgebildet ist und dass die Abtriebswelle (71) zu dem fernliegenden Radpaar einen Brems-Freilauf (70) und/oder eine betätigbare Kupplung (72) aufweist.

6. Fahrzeugmaschine nach einem der Ansprüche 4 oder 5, da- -

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durch gekennzeichnet, dass der Drehmomententeiler eine Getriebestufe beinhaltet oder durch, eine solche gebildet ist, um eine Auswahl der jeweiligen Drehmomente für die zugeordneten Abtriebswellen zu ermöglichen.

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