DE10115766A1 - Schuberzeuger - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Schuberzeuger zur Verfügung gestellt, der eine sehr einfache Handhabung ermöglicht und erheblich preiswerter herzustellen ist als bekannte Strahltriebwerke, was dadurch erreicht wird, dass als Verdichterantrieb (4) eine Verbrennungskraftmaschine oder ein Elektromotor an den Turboverdichter (1) angekoppelt ist.
Description
Die Erfindung betrifft einen Schuberzeuger gemäß dem Oberbegriff des
Hauptanspruches.
Es sind Strahltriebwerke bekannt, die einen Turboverdichter, einen Brenner
und eine Turbinenstufe aufweisen, wobei Turbinenstufe und Turboverdichter
über eine gemeinsame Welle miteinander verbunden sind und die Turbinen
stufe den Turboverdichter antreibt. Ein solches Strahltriebwerk weist jedoch
wesentliche Nachteile auf, wenn es als Schuberzeuger beispielsweise in
Segelflugzeugen oder in Modellen von Land-, Luft- oder Wasserfahrzeugen
eingesetzt werden soll. Zum einen ist ein solches Strahltriebwerk auf Grund
seines komplexen Aufbaus in wirtschaftlicher Hinsicht sehr ungünstig und
zum anderen ist ein Strahltriebwerk schwer regelbar und besitzt auch im
Leerlauf einen Restschub, welcher sich in einigen Einsatzbereichen, wie bei
spielsweise beim Landeanflug eines Seglers, wenn kein Vortrieb erwünscht
ist, sehr negativ auswirken kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen leichten Schuberzeuger zur Verfügung
zu stellen, der eine sehr einfache Handhabung und Regelung ermöglicht
und der erheblich preiswerter herzustellen ist als bekannte Strahltriebwerke.
Die Lösung dieser Aufgabe wird in Verbindung mit den Oberbegriffsmerk
malen erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentan
spruches 1 angegebene technische Lehre vermittelt.
Dadurch, dass als Verdichterantrieb nicht eine Turbinenstufe, sondern eine
Verbrennungskraftmaschine oder ein Elektromotor an den Turboverdichter
angekoppelt ist, vereinfacht sich die Handhabung des Schuberzeugers im
Vergleich zu konventionellen Strahltriebwerken erheblich, da beispielsweise
zum Anlassen des Schuberzeugers einfach die Verbrennungskraftmaschine
oder der Elektromotor auf herkömmliche Art und Weise in Betrieb gesetzt
wird, die dann den Turboverdichter antreibt. Damit entfallen die ansonsten
zum Anlassen einer Turbine erforderlichen Hilfsaggregate.
Weiterhin lässt sich ein solcher Schuberzeuger erheblich preiswerter herstel
len als ein normales Strahltriebwerk, da eine Turbinenstufe wie auch die
erforderliche Wellenlagerung und die Wellenverbindung zum Antrieb des
Turboverdichters entfallen können. Weiterhin kann durch ein einfaches Ab
stellen des Verdichterantriebes der erzeugte Schub sofort auf Null herabge
senkt werden, sodass beispielsweise im Landeanflug eines Segelflugzeuges
oder Segelmodellflugzeuges kein Restschub mehr vorhanden ist, welcher
sich in der Regel negativ auf das Landeverhalten auswirken würde. Durch
die einfache Beeinflussung der Drehzahl des Turboverdichters über den
verwendeten Verdichterantrieb lässt sich die Leistung des Schuberzeugers
optimal einem momentan benötigten Leistungsbedarf anpassen. Herkömm
liche Strahltriebwerke weisen weiterhin den Nachteil auf, dass Leistungsver
luste durch eine nötige Kühlluftentnahme auftreten, die bei dem erfinderi
schen Schuberzeuger nicht erforderlich ist.
Ein weiterer Vorteil des Schuberzeugers entsteht beim Ersatz eines propel
lerbetriebenen Hilfsantriebes, da der Schuberzeuger anders als ein Propel
ler keinerlei Dreh- oder Kippmomente in ein damit angetriebenes Land-,
Luft oder Wasserfahrzeug einleitet und absolut torque-frei arbeitet.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung erge
ben sich mit und in Kombination aus den nachfolgenden Unteransprüchen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
der Verdichterantrieb innerhalb des im Betrieb unter Überdruck stehenden
Innenraumes des Gehäuses des Schuberzeugers hinter dem Turboverdich
ter angeordnet, sodass bei Verwendung einer Verbrennungskraftmaschine
als Verdichterantrieb ein besserer Füllungsgrad ihrer Arbeitsräume erreicht
wird, als dies bei einer bei Umgebungsdruck arbeitenden Verbrennungs
kraftmaschine der Fall wäre. Auch die Motorkühlung einer solchen
Verbrennungskraftmaschine kann auf Grund der sie umgebenden Luft
menge optimiert werden, sodass ein Verdichterantrieb im Bereich seiner
optimalen Arbeitstemperatur betrieben werden kann. Die Motor- und Ab
gaswärme kann dabei gleichzeitig zur Druckerhöhung und zur Wirkungs
gradsteigerung des Schuberzeugers verwandt werden. Die verbesserte Zy
linderfüllung bringt als weiteren positiven Nebeneffekt eine Steigerung der
Motorleistung mit sich.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Schuberzeugers ist im
Gehäuse im Bereich der Ausströmdüse eine Schubrichtungsdüse verstellbar
angeordnet, sodass beispielsweise beim Einbau des Schuberzeugers in ein
Segelflugzeug oder in ein Modellflugzeug eine Unterstützung der Höhen-
und/oder Seitenruder erfolgen kann und gleichzeitig deren erforderlicher
Anstellwinkel verringert oder die Ruder insgesamt kleiner dimensioniert wer
den können, wodurch eine weitere Verbesserung des Flugverhaltens erreicht
wird, da alle Ruderbewegungen unnötige Widerstandskräfte erzeugen.
Besonders vorteilhaft ist die Anordnung der Stellmotoren für die Schubrich
tungsdüse innerhalb des Gehäuses des Schuberzeugers, da sie sich dort
nicht negativ auswirken, aber eine universelle Verwendung des Schuber
zeugers für die unterschiedlichsten Verwendungszwecke ermöglichen, da er
bei äußerst kompakten Außenabmessungen nur mit wenigen Versorgungs-
und Steuerleitungen versehen werden muß.
Bei einer weiteren vorteilhafte Weiterbildung des Schuberzeugers bzw. ei
nes damit ausgestatteten Seglers oder eines Modells ist hinter der Aus
strömdüse mit einer Luftleitvorrichtung für eine Schubumkehr vorgesehen,
um beispielsweise eine Bremswirkung zu erzielen. Auf Grund des Bauprin
zips des Schuberzeugers kann bei einer Ausführungsform ohne nachge
schalteten Brenner die Luftleitvorrichtung entsprechend kostengünstig aus
geführt werden, da sich die Strahltemperatur in der Regel weit unterhalb
von 100°C bewegt, sodass keine entsprechenden Schutzmaßnahmen für im
Bereich hinter der Ausströmdüse befindliche Bauteile vorgesehen werden
müssen.
Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Schuber
zeugers ist der Turboverdichter als Radialverdichter ausgebildet, er kann
jedoch auch als Axial- oder auch als Diagonalverdichter ausgeführt sein,
wobei es insbesondere bei einem Axialverdichter denkbar ist, mehrere
Schaufelkränze hintereinander anzuordnen und sowie auch die einzelnen
Schaufelkränze mit separaten Verdichterantrieben auszustatten.
Bei der Verwendung des erfinderischen Schuberzeugers in einem Segel
flugzeug kann dieser als Hilfsantrieb in einen Flugzeugrumpf eingebaut
sein, wobei sich hier als Verdichterantrieb die Verwendung eines Verbren
nungsmotors anbietet, sei es eine Hubkolbenmaschine oder auch eine
Kreiskolbenmaschine. Eine Verwendung anderer Arbeitsmaschinen, wie
beispielsweise die einer Gasturbine oder eines Sterlingmotors sind jedoch
nicht ausgeschlossen. Ein solcher Schuberzeuger lässt sich bei Bedarf ein
fach starten, ohne dass ein Hilfsantrieb in Form eines Propellers aus dem
Rumpf ausgefahren werden müsste, da der Schuberzeuger keine oder nur
geringfügig über die Kontur eine Rumpfes hervorstehenden Bauteile auf
weist. Nach einer Benutzung des Schuberzeugers kann eine Schöpfklappe
bzw. die Einlassöffnung im Flugzeugrumpf zur Belüftung so lange geöffnet
bleiben, bis der Verdichterantrieb auf eine vorherbestimmte Temperatur
abgekühlt ist, ohne dass sich dieser Vorgang nachteilig auf das Flugverhal
ten oder den Gleitwinkel auswirkt. Die Einlassöffnung ist dabei vorzugswei
se als strömungstechnisch optimierter Lufteinlauf ausgebildet.
Bei einem Modell eines Land-, Luft- oder Wasserfahrzeuges ist bevorzug
terweise als Haupt- oder Hilfsantrieb ein hochdrehender Elektromotor ein
gesetzt, der die Handhabung eines solchen Modells extrem vereinfacht. Die
Maximaldrehzahl kann bei einem solchen Elektromotor beispielsweise etwa
60-80.000 Umdrehungen pro Minute betragen. Als besonders vorteilhaft
ist bei mit einem solchen Antrieb ausgestatteten Flugmodell hervorzuheben,
dass eine Brandgefahr eines beispielsweise in ein Gehölz abgestürzten
Models erheblich geringer ist als bei Flugmodellen mit flüssigem Brennstoff,
da Stromakkumulatoren im wesentlichen schwer entflammbar ausgeführt
sind.
Denkbar ist jedoch auch hier die Verwendung von bekannten Miniatur-
Modell-Brennkraftmaschinen zum Antrieb des Turboverdichters.
Ein weiterer Vorteil des in ein Flugmodell oder ein Segelflugzeug eingebau
ten Schuberzeugers ist darin zu sehen, dass der Verdichterantrieb bzw. der
gesamte Schuberzeuger in dessen Flugzeugrumpf eingebaut werden kann,
welcher damit einen sehr tiefen Schwerpunkt aufweist, der sich nicht negativ
auf das Flugverhalten auswirkt. Zusätzlich kann die Ausströmdüse eben
falls in einer horizontalen Achse des dynamischen Schwerpunktes eines
Seglers angeordnet werden, sodass sich der Schub nicht negativ auf das
Flugverhalten auswirkt, wie das bei ausklappbaren Notantrieben von Segel
flugzeugen der Fall ist. Die Abgasführung einer als Verdichterantrieb ver
wendeten Brennkraftmaschine erfolgt in vorteilhafter Weise koaxial mit der
Druckluft bis in den bereich der Ausströmdüse.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann
der Schuberzeuger hinter dem Turboverdichter und vor der Ausströmdüse
mit einem Brenner versehen sein, in dem die durch den Turboverdichter
verdichtete Luft erwärmt wird, sodass sich durch die temperaturbedingte
Volumenzunahme der erzielbare Schub wesentlich vergrößert. Auch eine
solche vorteilhafte Ausführungsform ist im Gegensatz zu einem bekannten
Strahltriebwerk noch erheblich wirtschaftlicher herzustellen und besitzt zu
dem ein verbessertes Leistungsgewicht.
Der erfinderische Schuberzeuger kann des weiteren auch zu einer gänzlich
anderen Verwendung herangezogen werden, nämlich als Hilfsantrieb für
ein Fahrrad, wobei seine Ausströmdüse mit Leitschaufeln ausgestattet ist
und der Schuberzeuger selber seitlich eines Laufrades im Bereich der Fel
gen an einem Fahrzeugrahmen angeordnet ist und in dem Laufrad ein
Leitschaufelkranz angeordnet ist, dessen Leitschaufeln korrespondierend zu
den Leitschaufeln des Schuberzeugers angeordnet sind. Auf der entgegen
gesetzten Seite des Schuberzeugers kann an dem Fahrzeugrahmen zusätz
lich ein Leitblech angeordnet sein, welches an dem Leitschaufelkranz des
Rades vorbeiströmende Luft nach hinten umleitet und so einen weiteren An
teil zur Verbesserung des Vortriebs liefert.
Entsprechend einer anderen erfinderischen Weiterbildung kann der Schub
erzeuger ebenfalls als Antrieb eines Gleitschirmfliegers dienen und ist dafür
in einem Rückentragegestell angeordnet, in dem auch, je nach verwende
tem Verdichterantrieb, Energiespeicher in Form von Tanks mit flüssigem
Brennstoff oder alternativ Batterien vorgesehen sein können.
Nachfolgend sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der
Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Prinzipskizze eines ersten
Schuberzeugers,
Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Prinzipskizze einer Einbaulage
des Schuberzeugers in einem Rumpf eines Segelflugzeuges und
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Prinzipskizze eines Schuberzeugers
mit nachgeschaltetem Brenner.
Der Schuberzeuger besteht aus einem Gehäuse 3; 13; 23, in dem ein Tur
boverdichter 1; 11; 21 hinter einem Lufteinlauf 6; 16; 26 angeordnet ist und
der als Radialverdichter ausgeführt ist. Dieser wird über einen Verdichter
antrieb 4; 14; 24 angetrieben, wobei dieser Antrieb unmittelbar oder über
ein Getriebe 20 erfolgen kann, wie dies in der Fig. 2 dargestellt ist. Der
Luftauslass des Gehäuses 3; 13; 23 ist als Ausströmdüse 5; 15; 25 ausgebil
det, wobei, wie in Fig. 1 dargestellt, dort eine Schubrichtungsdüse 7 ange
ordnet sein kann, die zusätzliche Bypassöffnungen 8 aufweist, die verhin
dern sollen, dass dort ein Strömungsabriss erfolgt. Zeichnerisch nicht dar
gestellt sind innerhalb des Gehäuses 3; 13; 23, in dessen Innenraum 9; 19;
29 angeordnete Servo-Motoren zur Verstellung der Schubrichtungsdüse 7.
Die in den Lufteinlauf 6; 16; 26 angesaugte Luft wird im Turboverdichter
1; 11; 21 mit seinen Leitschaufeln 2; 12; 22 verdichtet und umströmt dabei den
Verdichterantrieb 4; 14; 24 und dessen ebenfalls nicht dargestellte Kühlvor
richtung. Im Falle der Ausbildung des Verdichterantriebs 4; 14; 24 als
Verbrennungskraftmaschine wird auf Grund des im Innenraum 9; 19; 29 des
Gehäuses 3; 13; 23 vorhandenen Überdrucks der Füllungsgrad der Arbeits
räume und damit auch die Leistung der Maschine wesentlich verbessert.
Wie in Fig. 3 dargestellt, kann sich dem Gehäuse 23 des Schuberzeugers
ein Brennkammergehäuse 27 anschließen, in dem ein Brenner 28 mit einer
sich darin anschließenden Brennkammer 33 angeordnet ist, wobei der
Brenner 28 über eine Kraftstoffzuführung 32 mit Kraftstoff versorgt wird und
der Brenner 28 über eine Zündvorrichtung 31 gezündet werden kann. In
der Brennkammer 33 sind Kühlluftbohrungen 30 angeordnet.
Wie in Fig. 2 dargestellt, kann der Schuberzeuger im Flugzeugrumpf 18
eines Seglers eingebaut sein, wobei dort eine Einlassöffnung 17 als strö
mungstechnisch optimierter Lufteinlauf und eine Auslassöffnung in Form ei
ner Ausströmdüse 15 angeordnet ist, hinter der eine bei Bedarf ausfahrba
re Luftleitvorrichtung 34 angeordnet ist, mit der der erzeugte Schub zu
Bremszwecken nach vorne umgeleitet werden kann. Das Abgasrohr 36 der
Verbrennungsgase eines als Brennkraftmaschine ausgebildeten Verdichter
antriebs 14 ist koaxial bis zur Ausströmdüse 15 geführt.
Claims (16)
1. Schuberzeuger aus einem Gehäuse mit einem Lufteinlauf, einem Ver
dichterantrieb und einer Ausströmdüse sowie einer Energieversorgung
für den Verdichterantrieb, dadurch gekennzeichnet, dass als Verdichter
antrieb (4; 14; 24) eine Verbrennungskraftmaschine oder ein Elektromotor
an den Turboverdichter (1; 11; 21) angekoppelt ist.
2. Schuberzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
Verdichterantrieb (4; 14; 24) innerhalb des im Betrieb unter Überdruck
stehenden Innenraum (9; 19; 29) des Gehäuses (3; 13; 23) hinter dem
Turboverdichter (1; 11; 21) angeordnet ist.
3. Schuberzeuger nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, dass im Gehäuse (3) im Bereich der Ausströmdüse (5) eine
Schubrichtungsdüse (7) verstellbar angeordnet ist.
4. Schuberzeuger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der
Schubrichtungsdüse (7) Stellmotoren angreifen, die innerhalb des im Be
trieb unter Überdruck stehenden Innenraumes (9) des Gehäuses (3) an
geordnet sind.
5. Schuberzeuger nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, dass hinter der Ausströmdüse (15) eine Luftleitvorrichtung
(34) für eine Schubumkehr vorgesehen ist.
6. Schuberzeuger nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, dass der Turboverdichter (1; 11; 21) als Radialverdichter
ausgebildet ist.
7. Schuberzeuger nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet, dass der Verdichter als Axialverdichter ausgebil
det ist.
8. Schuberzeuger nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, dass im Gehäuse (3; 13; 23) mehrere separate Turbover
dichter (1; 11; 21) oder mehrere Verdichterstufen hintereinander ange
ordnet sind.
9. Schuberzeuger nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, dass mehrere Verdichterantriebe (4, 14; 24) in dem Ge
häuse (3; 13; 23) angeordnet sind.
10. Schuberzeuger nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, dass hinter dem Turboverdichter (21) und vor der
Ausströmdüse (25) ein Brenner (35) angeordnet ist, mit dem die
verdichtete Luft im Innenraum (29) des Gehäuses (23) erwärmbar ist.
11. Schuberzeuger nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, dass er in einem Segelflugzeug als Hilfsantrieb in einem
Flugzeugrumpf (18) eingebaut ist und mit einem Verbrennungsmotor
als Verdichterantrieb (14) ausgestattet ist.
12. Schuberzeuger nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 10, da
durch gekennzeichnet, dass er in einem Modell eines Land-, Luft- oder
Wasserfahrzeuges als Haupt- oder Hilfsantrieb eingebaut ist.
13. Schuberzeuger nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der
Verdichterantrieb (4; 14; 24) als hochdrehender Elektromotor ausgebil
det ist.
14. Schuberzeuger nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 10, da
durch gekennzeichnet, dass er an seiner Ausströmdüse (25) mit Leit
schaufeln ausgestattet ist und er seitlich eines Laufrades eines Fahrra
des an einem Fahrzeugrahmen angeordnet ist und dass an dem Lauf
rad ein Leitschaufelkranz vorgesehen ist.
15. Schuberzeuger nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass auf
der dem Schuberzeuger entgegen gesetzten Seite des Laufrades ein
den Luftstrom nach hinten umleitendes Leitblech an dem Fahrzeug
rahmen festgelegt ist.
16. Schuberzeuger nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 10, da
durch gekennzeichnet, dass er zusammen mit einem Energiespeicher in
einem Rückentragegestell eines Gleitschirmfliegers angeordnet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2001115766 DE10115766A1 (de) | 2001-03-29 | 2001-03-29 | Schuberzeuger |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2001115766 DE10115766A1 (de) | 2001-03-29 | 2001-03-29 | Schuberzeuger |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10115766A1 true DE10115766A1 (de) | 2002-10-17 |
Family
ID=7679676
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2001115766 Withdrawn DE10115766A1 (de) | 2001-03-29 | 2001-03-29 | Schuberzeuger |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10115766A1 (de) |
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Legal Events
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8130 | Withdrawal |