DE3602543A1

DE3602543A1 - Abgasturbolader mit dynamischen ladeverhalten

Info

Publication number: DE3602543A1
Application number: DE19863602543
Authority: DE
Inventors: Walter Schopf
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-01-29
Filing date: 1986-01-29
Publication date: 1987-10-01

Description

Die bekannten Vorzüge und Vorteile von Ladeeinrich tungen, wie z. B. die damit erzielbaren Leistungs steigerungen, niedrigere spezifische Kraftstoffver bräuche, intensivierte Gemischbildung mit folglich günstigeren Abgas-Emissionswerten, bewirkten beson ders in jüngster Zeit einen verstärkten Einsatz solcher Geräte. Neben untergeordneten Druckwellen ladeeinrichtungen haben sich verschiedene andere be kannte Verdichter eingeführt, die wiederum unter schiedlich, mechanisch oder mittels einer Abgastur bine, angetrieben werden. Als populärste Laderkon zeption hat sich bekanterweise der Turbolader einge führt, vor allem deshalb, weil die Antriebsenergie vom Verbrennungsmotor quasi gratis geliefert wird.

Nachteil beim Turbolader ist ein relativ träges An sprechen. Da ein Leistungsgleichgewicht zwischen Verdichter- und Abgasturbinenleistung besteht, wird bei Änderung des Betriebszustandes (z. B. beim Be schleunigen) zum "Anpassen" der neuen Verhältnisse eine gewisse Zeit erforderlich (Turboloch). Auch wird im oberen Motorleistungsbereich und besonders bei hohen Drehzahlen die im Abgas enthaltene Energie nicht voll ausgenutzt. Ferner ist bei zwangsläufig starrer Beschaufelung der Turbomaschinen im unteren Drehzahlbereich das Leistungsangebot unzureichend - abgesehen davon, daß der Energieinhalt im Abgas im unteren Drehzahl- und Leistungsbereich für eine gleichmäßige, konsante Ladeleistung nicht oder zu mindest nur beschränkt ausreicht. Neueste Entwick lungstendenzen zielen dahin, mittels verstellbarer, d. h. variabler Turbinengeometrie die Betriebseigen schaften (Wirkungsgrade) besonders für die kritischen Betriebsbereiche zu verbessern. Damit kann zwar die Ladeaktivität in den unteren Betriebsbereichen ver bessert werden, doch findet dieses Bestreben im be schränkten Leistungsangebot des Abgases in unteren Betriebsbereichen auch seine Grenzen. Unverändert bleibt durch solche Maßnahmen natürlich das ungenutzte Überangebot von Restenergie im Abgas in oberen Be triebsbereichen.

Mit mechanisch angetriebenen Verdichtern (beliebiger Ausführungen) kann zwar für alle Betriebszustände eine ausreichende Ladeleistung sichergestellt werden, doch ist nachteiligerweise die Antriebsleistung zusätz lich aufzubringen, bzw. der Motornutzleistung abzuzwei gen. Die im Motorabgas enthaltene Restenergie bleibt somit ungenutzt. Bei als Verdrängermaschinen ausgebildeten Verdichtern ist bei starrer Koppelung des Antriebsstranges mit dem Motor eine weitgehend gleichmäßige volumetrische Fül lung für das Drehzahl-Betriebsspektrum zu erzielen. Doch bedarf es besonderer Anforderungen, um z. B. leistungsabhängige Ladebedingungen oder erhöhte Lade aktivitäten beim Beschleunigen zu schaffen, und somit abermals verlustbehafteter oder aufwendiger Maßnahmen. So erfordert bei konstant (volumetrisch) fördernden Ladern die Sicherstellung von Ladeleistungsreserven für besondere Vorgänge und Be triebszustände eine Überdimensionierung des Verdichters, dessen Überschuß verlustbehaftet und im Normalfalle unge nutzt bleibt.

Aufgabe und Zweck vorliegender Erfindung ist die Schaffung einer Ladeeinrichtung

- deren Antriebsenergie weitgehend aus der im Motor abgas enthaltenen Energie entnommen wird,
- mit einer Einrichtung überschüssige Energie im Abgas anderweitig genutzt bzw. anderweitigen Aufgaben zugeführt wird,
- mit der für Beschleunigungsvorgänge kurzfristig erforderliche, besonders Ladeaktivitäten ermög licht werden, insbesondere in Betriebszuständen mit geringen Abgasenergieinhalten.

Die Lösung wird durch die in den Beschreibungen und Ansprüchen aufgeführten Merkmale bewirkt und er möglicht.

Die pauschalen Vorteile vorliegender Erfindung liegen in der Behebung oder Umgebung vorgenannter Mängel des derzeitigen Standes dieser Technik, einzelne ausführungsspezifische Vorteile sind in den Beschreibungen vermerkt.

Schematische Ausführungsbeispiele

Fig. 1 Abgasturbinen-Verdichterkombination mit dazwischen angeordnetem stufenlosen Kegelscheibenumschlingungsgetriebe.

Fig. 2 Abgasturbine-Turboverdichterkombination, gekopelt über ein Überlagerungsgetriebe mit Leistungsverzweigung, dessen dritter Kraftpfad mit einer als Motor oder Genera tor betreibbaren Elektromaschine verbunden ist, über die Energie abgeführt oder einge speist werden kann.

Fig. 3 Abgasturbinen-Verdichterkombination, gekoppelt über ein Überlagerungsgetriebe mit Leistungs verzweigung, dessen dritter Kraftpfad mit einem stufenlosen Getriebe in Verbindung steht, über welches an oder von der Motor welle Energie ab- oder zugeführt werden kann.

Fig. 4 Abgasturbinen-Verdichterkombination mit einer aus Elektromaschinen bestehenden Übertragungs einrichtung, über die ferner sowohl Energie entnommen als auch zugeführt werden kann.

Fig. 5 Abgasturbinen-Verdichterkombination mit einer als Planetengetriebe ausgebildeten Koppelungs einrichtung mit variierbarem Übertragungsver halten, in welche eine Elektromagnet-Schlupf kupplung integriert ist, deren Schlupf das Übertragungsverhältnis bestimmt.

Beschreibung Zu Fig. 1:

Abgasturbine 1 und Verdichter 3 sind über eine in ihrem Übersetzungsverhältnis variablen veränderbaren Übertragungseinrichtung 2 gekoppelt, welche vorzugs weise aus einem stufenlosen mechanischen Getriebe 2 be steht. Die Summe der Schwungmassen des Turbinenrades 4 und einer Zusatzmasse 5, die bevorzugt durch Verstärkung herkömmlicher Turbinenläufer ausgeführt ist, ist mindestens so groß, daß deren Energiein halt auch im untersten Betriebsdrehzahlbereich aus reicht, den Verdichter 3 durch entsprechendes Verändern der Übersetzung der Übertragungseinrich tung 2 auf jedes beliebige Drehzahlniveau inner halb eines Betriebsdrehzahlspektrums zu beschleu nigen. Die Kegelscheiben 6 und 7, des Umschling ungsgetriebes 2 sind zur Reduktion der überlicherweise hochtourigen Turbinendrehzahlen turbinenseitig als drehzahlreduzierende, und verdichterseitig als dreh zahlsteigernde Planetengetriebe 8, 10 und 9, 11 ausgebildt. Dabei tragen die Kegelreibscheiben 6 und 7 die äußeren und die Turbinen- und Ver dichterwellen die inneren Sonnenräder 10 und 11, welche über die raumfestgelagerten Planetenräder 8 und 9 miteinander im Zahneingriff stehen. Die Übersetzungsänderung der Übertragungseinrich tung 2 erfolgt in bekannterweise durch axiales Verschieben der Wegscheiben 12 und 13, wobei deren Halte- und Verstellaktivität von einer Steuer- und Regeleinrichtung 14 bewirkt wird. Diese besteht aus einer hydraulisch oder pneumatisch über die Verbindung 15 auf den Druckzylinder 20 eines Scheibensatzes einwirkenden Druckregeleinrichtung, welche vom Ladedruck gesteuert, bzw. von diesen reguliert durch einen Membrankolben 17 aktiviert wird. Als Anpreß- oder Verstelldruck bzw. -Medium kann das Motorabgas über Verbindung 21 dienen, oder eine Ser vohydraulik.

Die wesentlichen Funktionsabläufe und Merkmale sind:

Im stationären Betriebszustand wird wie herkömm liche die Turbinendrehzahl durch das Leistungsgleich gewicht zwischen Turbine 1 und Verdichter 3 be stimmt, wobei bereits ein idealer bzw. vorbestimmter Ladedruck eingehalten werden kann. Dieser wird durch die Vorwahleinrichtung 19 bestimmt. Natürlich be trifft die den Betriebsbereich mit Turbinenleistungs überschuß; der Arbeitsbereich ist drehzahlmäßig nach unten begrenzt. Innerhalb dieses Arbeitsbereiches kann aber je nach Auslegung der Regel- und Steuerein richtung 14 ein konstanter Ladedruck oder auch ein vorbestimmtes Ladedruckverhältnis erzielt werden.

Bei dynamischen Betriebsweisen, d. h. während Vor wahlstadien und Beschleunigungsvorgängen am aufzu ladenden Motor, während die Turbine die angestrebte Verdichterleistung noch nicht zu liefern vermag, wird die kinetische Energie des Turbinenläufers für die Beschleunigung des Verdichters herangezogen. Die zwar dadurch reduzierte Turbinendrehzahl wird dann nach Erreichen der neuen erhöhten Motordrehzahl, d. h. bei erhöhtem Abgasenergieinhalt durch die da bei ohnehin bzw. herkömmlicherweise vorhandenen Abgasüberschuß wieder gedeckt bzw. der "Speicher" wieder nachgeladen. Andererseits kann davon ausge gangen werden, daß meist - zumindest bei zügiger Fahrweise - vor jedem Niedrigdrehzahl-Betriebszu stand ein Verzögerungsvorgang voranging, während dem in umgekehrter Weise kinetische Energie vom Verdichter 3 und Übertragungsgetriebe 2 in die Turbinenbasis 4, 5 transportiert wurde.

Um in unteren Betriebsdrehzahlbereichen zu vermei den, daß die "Pumpgrenze" des Verdichters 3 er reicht oder unterschritten und somit die Turbine 1 leistungsmäßig "abgewürgt" wird, kann es vor teilhaft sein, eine nicht dargestellte Vorrang schaltung für statische Betriebsverhältnisse an zuordnen, die das Nachregeln der Verdichterlei stung unterhalb einer Minimalturbinendrehzahl oder Minimalturbinenleistungsgrenze (Abgasdruck) außer Betrieb setzt. Dies ist den angestrebten Vorteilen nicht abträglich, da einerseits im statischen Niedrigdrehzahlbereich sowieso keine Ladeleistung angestrebt wird, andererseits das dynamische Ver halten nicht betroffen ist, außerdem noch vorteil hafterweise dadurch der Abgasenergie Speicherauf gaben vorbehalten bleibt.

Die Vorteile vorliegenden Erfindungsgedankens und der Ausführungsmerkmale sind somit:

- Sicherstellung voller bzw. erhöhter Ladeleistung bei jeglichen dynamischen Betriebszuständen;
- ökonomisch günstige Verwertung der Abgasenergie auch im untersten Drehzahlbereich durch Speicherung kin. Energie;
- beliebig anpaßbare Energietransfer zwischen Turbine und Verdichter;
- aufwendige Zusatzantriebe, wie z. B. bei mechanisch angetriebenen Ladern, entfallen:
- - guter Wirkungsgrad der in der Übersetzung verän derbaren Übertragungseinrichtung bei Anordnung von Kegelscheibenumschlingungsgetrieben;
- - Integration der Planetengetriebe in Reibscheiben der Kegelscheibenumschlingungsgetriebe stellt konstruktiv vorteilhafte Lösung dar.

Zu Fig. 2:

Die Abgasturbine 30 weist durch Vergrößern ihrer rotierenden Massen gegenüber dem üblichen, oder bzw. und durch eine Zusatzmasse 31 eine relativ große Gesamtschwungmasse in mindestens der Größe auf, daß ihr Energieinhalt in allen möglichen Betriebszuständen ausreicht, dem Verdichter 32 innerhalb seines Arbeitsbereiches auf jede belie bige Betriebsdrehzahl zu beschleunigen. Die Über tragung erfolgt über ein Überlagerungs- und Lei stungsverzweiggetriebe 33, welches bevorzugt als Planetengetriebe ausgeführt ist. Solche Ge triebe sind in der Technik in vielfältigen Ausfüh rungen bekannt. Ein dritter, durch seine Drehge schwindigkeit das Übersetzungsverhältnis der Basen 34 und 36 beeinflussender Kraftpfad 16 ist mit einer Elektromaschine 37 verbunden, welche sowohl als Generator als auch als Motor betrieben werden kann. Vorteilhaft kann auch noch eine Blockiereinrichtung 38 sein, zum "Blockieren" des Kraftpfades 36.

Die Auslegung und Abstimmung des Überlagerungsge triebes 33 ist bevorzugt derart, daß in dem Be triebsdrehzahlbereich der Turbine 30 in dem ge gegenüber dem Verdichter 32 Leistungsüberschuß vor liegt, an den Kraftpfad 36 Leistung abgegeben wird, während in niederen Betriebsdrehzahl- bzw. Leistungsbereichen der Turbine 1, in denen die erforderliche Ladeleistung unterschritten wird, Zusatzantriebsleistung über den Kraftpfad 36 eingespeist wird. Die Elektromaschine 37 wird in diesen konträren Arbeitsweisen jeweils als Genera tor oder als Motor betrieben. Ersterenfalls kann damit bei Abgasenergieüberschuß Strom in das Bord netz abgegeben und auch gespeichert werden; zwei terenfalls liefert das Bordnetz Energie für die unteren Betriebsdrehzahlbereiche, so daß auch eine ausreichende Motoraufladung unter solchen Betriebs bedingungen ermöglicht wird. Für Betriebsbereiche angenäherten Leistungsgleichgewichtes zwischen Tur bine 30 und Verdichter 32 wird vorteilhafter weise der Kraftpfad 36 mittels Blockiereinrich tung 38 festgestellt, d. h. von jeglicher Lei stungsaufnahme oder -abgabe entbunden.

Bei dynamischen Betriebszuständen, d. h. angestrebten spontanen Änderungen der Verdichterdrehzahl wird durch er höhtes Bremsen oder Treibens durch die Elektroma schine 37 die gewollte Drehzahl- und somit auch Lei stungsänderung an die Basis 35 erreicht. Durch das Kraft-Waage-Funktionsprinzip des Übertragungs getriebes 33 werden die Beschleunigungsenergien für den Verdichter 33 sowohl aus der Elektroma schine 37 als auch aus der Schwungmasse des Tur binensystems 30, 31 gezogen. Einsatz und Inten sität solcher Vorgänge werden bevorzugt durch eine nicht dargestellte elektrische Steuer- und Regelein richtung für die Organe 37, 38 bestimmt.

Außer dem Hauptvorteil, die Sicherstellung ausreichenden Ladedruckes unter jeden beliebigen dynamischen Be triebsbedingungen, weist vorliegende Konzeption noch folgende Vorzüge auf:

- Nutzung überschüssiger Abgasenergie im oberen Drehzahl- und Leistungsbereich des Motors;
- Motor-Ladeleistungen auch in unteren Drehzahlbereichen in denen herkömmliche ATL wegen Unterschreitens der Pumpgrenze nicht mehr effektiv sind;
- autark arbeitsfähige Turbinen-Verdichter-Getriebe- Elektromaschinen-Kombination ermöglicht kompakten und beliebigen Anbau an Motore (günstige Anbaube dingungen, ohne auf Antriebs-Anschlußbasen achten zu müssen).

Zu Fig. 3:

Die Abgasturbine 30 mit ihrer erhöhten oder zusätz lich angeordneten Schwungmasse 31 treibt über den Eingangspfad 36 Energie in das Überlagerungsge triebe 33. Die drehzahlmäßig voneinander abhäng igen Ausgangspfade 37 und 38 stehen einerseits mit Verdichter 32, andererseits mit dem stufenlo sen Getriebe 39 in Verbindung. Letzteres ist durch den Übertragungspfad 41 an die Motorwelle 41 des Motors 42 gekoppelt. Ein bevorzugt als Planeten getriebe ausgebildetes Überlagerungsgetriebe 33 und Verstellgetriebe 39 sind in ihrer Drehzahl auslegung bevorzugt so abgestimmt und geartet, daß einerseits bei Unterschreiten einer angestrebten oder vorgestimmten Ladeleistung durch die Abgastur bine oder bei Beschleunigungsvorgängen spontan er forderlichen Antriebsenergien für den Verdichter 32 über das Getriebe 39 (durch Verändern dessen Übersetzung), aus der Motorwelle 41 gezogen werden kann, zusätzlich zu der Energielieferung aus Abgasturbine 30 und Schwungmasse 31. Andererseits wird auch damit die Möglichkeit geschaffen, überschüs sige, durch den Verdichter 32 für Ladezwecke nicht verwertbare, in der Abgasturbine anfallende Restenergie des Abgases in umgekehrter Weise in den Motortreibpfad zu transferieren. Hauptvorteile und Merkmale dieser Lösung sind somit:

- Möglichkeit der spontanen Leistungssteigerung des Verdichters für Beschleunigungsvorgänge,
- überschüssige Energien aus dem Motorabgas auszu nutzen;
- Sicherstellung ausreichender Ladeleistung in nie drigen Betriebsdrehzahlbereichen.

Vorliegende Konzeption ist besonders für den Einsatz in Nutzfahrzeugen vorteilhaft.

Zu Fig. 4:

Die Abgasturbine 30 mit einer erhöhten oder zu sätzlichen Schwungmasse 31 steht über eine Elek tromaschinenkombination 43 mit dem Verdichter 32 in Verbindung. Sie besteht turbinenseitig aus einem Generator 44 und verdichterseitig aus einer sowohl als Motor oder Generator betreibbaren Elektromaschine 45 sowie einer Kupplung 42. Die in Einheit 43 zusammengefaßten Elemente wird vorteilhafterweise auch als konstruktive Baueinheit ausgeführt.

Im mittleren und oberen Betriebsdrehzahlbereich wird die Turbine 31 entweder direkt mittels der Kupp lung 42 mit dem Verdichter 32 oder über die Elektromaschinen 44, 45 gekoppelt werden. Bei überschüssiger Turbinenleistung kann Energie über eine Steuer- und Regeleinrichtung 47 an ein Bordnetz, z. B. eine Batterie 48, abgegeben werden. Überschreitet der Leistungsbedarf des Ver dichters 32 das Leistungsangebot der Turbine 30, kann durch eine entsprechende Leistungssteuerung 47 bei spontanen Bedarf kinetische Energie aus der Masse 31 trans formiert, über Generator 44 dem Motor 45 zuge führt, oder bei längeren Betriebszuständen aus dem Bordnetz 48 elektrische Ener gie dem Motor 45 zugeführt werden.

Der Vorteil dieser Laderantriebskonzeption besteht in:

- der Nutzbarkeit überschüssiger Abgasenergie;
- Bereitstellung von Ladeaktivität auch bei unzu reichender Abgasenergie und dynamischem Lade verhalten;
- keine mechanischen aufwendigen Antriebspfade;
- elegante Steuer- und Regelkonzeption.

Zu Fig. 5:

Prinzipiell überträgt der Abgasturbinenläufer 50 die vom Abgas eingeleitete Drehenergie auf den im gleichen Gehäuse 51 angeordneten Turboverdichter läufer 52 über ein Planetengetriebe mit veränder barem Übertragungsverhalten, in dem die Übersetzungs änderung durch den Schlupf zwischen zwei als Kupp lungsbasen ausgebildeten Sonnenrad- und Planeten stegbasen bewirkt wird. Die Turbinenwelle 53 ist verdrehfest mit dem als Zusatzschwungmasse dienen den scheibenförmigen Planetenstegträger 54 verbunden. In diesem gelagert sind untereinander verdrehfeste Planetenräder 55, 56, welche einerseits mit der als inneres Sonnenrad wirkenden Verzahnung 57 einer auf Welle 52 drehbar gelagerten Rotorscheibe 58, andererseits mit der als äußeres Sonnenrad wirkenden Verzahnung 59 einer verdichterrotorfesten Übertra gungsglocke 60 im Eingriff stehen. In der Planeten stegscheibe 54 sind Permanentmagnete mit ihren axial angeordneten Polpaaren 61, 62 eingebettet. Die Rotorscheibe 58 weist Aussparungen 63 auf. Die zwischen diesen verbliebenen Stege 64 schließen bei entsprechender Zuordnung zu den Polpaaren 61, 62 deren Magnetfeld und stellen somit einen Kraftschluß zwischen der als inneres Sonnenrad wirkenden Rotorschei be 58 und dem als Planetensteg wirkenden Scheibe 54 her. Angrenzend befindet sich ein raumfester, ringförmiger Elektromagnet 65 mit seinen Polpaaren 66, 67. Bei Aktivierung der Spule 69 und Aufbau eines den Polpaaren 61, 62 entgegenwirkenden Mag netfeldes an den Polpaaren 66, 67 wird zum einen der magnetische Kraftschluß zwischen den Scheiben 64, 58 gemindert, zum anderen durch Ausbildung von Wirbelströmen ein magnetischer Kraftschluß zwi schen der Rotorscheibe 58 und dem stehenden Mag neten 65 aufgebaut. Mit der Erregungsintensität des Elektromagneten 65 kann somit eine Relativbe wegung zwischen dem Planetensteg 54 und dem inneren Sonnenrad 57 dosiert, und somit das Übersetzungs verhältnis zwischen Abgasturbine 50 und Verdichter 52 variiert werden.

Im Normalfalle, d. h. im stationären Betriebszustand, oder bei nur langsamen Motordrehzahlvariationen bleibt die Spule 65 inaktiv; Planetensteg 54, inneres Sonnenrad 57/58 bzw. Rotorscheibe 64 und äußeres Planetenrad 59 bzw. Übertragungsglock 60 drehen synchron und somit auch Abgasturbine 50 und Ver dichter 52.

Bei dynamischen Betriebszuständen (beim Motorbe schleunigen) kann durch Abbremsen der Rotorscheibe (inneres Sonnenrad) auf vorbeschriebener Weise der Verdichter beschleunigt und somit die Ladetä tigkeit aktiviert werden. Die Beschleunigungsenergie wird aus der kinetischen Energie der Turbinenschwung masse gezogen. Dadurch bedingte Drehzahleinbußen werden anschließend durch den Abgasenergieüberschuß, der in dem oberen Drehzahlgebiet herrscht, wieder ausgeglichen. Wegen der berührungsfreien Übertragung treten mini male konstante Verluste auf. Vorliegende maßstäbliche Planeten, getriebe-Auslegung verursacht auch während der Be schleunigungsphase am Lader, der Schlupfphase an der Kupplung relativ geringe Schlupfarbeit und somit geringe Verluste gegenüber anderen möglichen funktionell ähnlichen Konzeptionen.

Durch die relativ einfache und kompakte Ausführungs weise und -möglichkeit sowie ihrer unproblematischen Steuerbarkeit stellt vorliegender Weg zur "Dynami sierung" des Ladeverhaltens von Turboladern eine ideale Lösung dar.

Claims

1. Abgasturbolader, bevorzugt zum Aufladen von Brenn kraftmaschinen für den Mobilantrieb, bestehend aus einer von den Abgasen der Brennkraftmaschine ange triebenen Turbine und einem Verdichter, dadurch gekennzeichnet, daß der Turbinenrotor oder eine damit verbundene Dreh basis eine das Übliche überschreitende Schwungmasse aufweist, z. B. in Form einer erhöhten Eigenmasse 4, 30 oder einer Zusatzmasse 31, 66, 54, die mindestens so groß ist, daß ihr Energieinhalt in jedem vorkommenden Betriebszustand ausreicht, den Verdichter aus jedem Betriebszustand, insbesondere seines unteren Drehzahlbereiches, auf seine maxi male Betriebsdrehzahl in einer vorbestimmten Zeit zu beschleunigen, ferner zwischen Abgasturbine und Verdichter eine in seiner Übersetzung stufen los varrierbaren Übertragungseinrichtung 2, 33, 34 angeord net ist.

2. Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Übertragungseinrichtung zwischen Abgasturbine 1 und Lader 3 ein stufenloses Getriebe, bevor zugt ein Kegelreibscheiben-Umschlingungsgetriebe 2 ist.

3. Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Übertragungseinrichtung zwischen Abgastur bine 3 und 5 ein Überlagerungsgetriebe 33 , z. B. ein Planetengetriebe mit einem drit ten Kraftpfad 36, 38, ist, welcher mit einer in seiner Drehzahl variierbaren Kraft- oder Ar beitsmaschine 37, 39 in Drehverbindung steht, wobei das Überlagerungsgetriebe so geartet ist, daß die Drehzahl des dritten Kraftpfades, z. B. des Verbindungspfades 36, 38 die des zum Ver dichter führenden Verbindungspfades 35, 37 in einer vorbestimmten Weise beeinflußt.

4. Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet ,daß die Übertragungseinrichtung bzw. Koppelung zwischen der Abgasturbine 3 mit ihrer erhöhten Schwung masse 31 und dem Verdichter aus elektrischen Maschinen 44, 45 mit veränderbarem Übertragungs verhältnis besteht.

5. Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Abgasturbine 5 und der Verdichter 52 über ein Planetengetriebe in Verbindung stehen, in bzw. an welches eine Schlupfkupplung integriert und so angeordnet ist, daß mindestens zwei Planetenge triebebasen 57, 54 in ihrer Relativbewegung zueinander vom Schlupf dieser Kupplung beeinflußt werden und die Planetenauslegung derart ist, daß durch diesen Schlupf das Übertragungsverhältnis zwischen Abgasturbine 5 und Verdichter 52 verändert wird.

6. Abgasturbolader nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in oder an die Kegelreibscheiben 6, 7, des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes 2 Planeten getriebe integriert sind mit einer Auslegung der art, daß turbinenseitig die Eingangsdrehzahl re duziert und verdichterseitig die Ausgangsdreh zahlen gesteigert werden.

7. Abgasturbolader nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß im dritten Kraftpfad 36 eines Überlagerungsge triebes 33 eine Elektromaschine 37, die so wohl als Generator als auch als Motor arbeiten kann, angeordnet ist.

8. Abgasturbolader nach Anspruch 1, 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromaschine 37 eine Feststelleinrich tung zum Arretieren ihre Rotors aufweist, oder in diesem Kraftpfad 36 eine zusätzliche Fest stellbremse angeordnet ist, welche auch direkt im Überlagerungsgetriebe integriert sein kann.

9. Abgasturbolader nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß im dritten Kraftpfad 38 des Überlagerungsgetrie bes 33 ein stufenloses Getriebe 39 angeordnet ist, welches wiederum andererseits mit der Motor welle 41 oder mit einer anderen Basis des Fahr werkantriebes in Drehverbindung steht.

10. Abgasturbolader nach Anspruch 1, 3 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Überlagerungsgetriebe 33 und das stufenlose Getriebe 39 in einem einheitlichen Gehäuse zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind.

11. Abgasturbolader nach Anspruch 1, 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Überlagerungsgetriebe 33 und das stufenlose Getriebe 39 und ihre dazugehörigen Übertragungs strecken in ihrer Auslegung so abgestimmt sind, daß durch Übersetzungsvaria tionen des stufenlosen Getriebes 39 die Kraftfluß richtung und -intensität im Kraftpfad 38 des stufen losen Getriebes variiert werden kann.

12. Abgasturbolader nach Anspruch 1 und 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die elektrischen Maschinen 44, 45 in einem einheit lichen Gehäuse 43 angeordnet bzw. als Baueinheit ausgeführt sind und eine feste Koppeleinrichtung 42 aufweisen, ferner über eine zugeordnete Steuer- und Regeleinrichtung 47 sowohl elektrische Energie vom Generator 44 in ein Bordnetz abgeführt oder von diesem dem Motor 45 zugeführt werden kann.

13. Abgasturbolader nach Anspruch 1, 4, 7, 9 und dadurch gekennzeichnet, daß den in ihrer Übersetzung oder in ihrer Energieüber tragbarkeit veränderbaren Übertragungseinrichtungen 33, 37, 39, 43, 44, 45 Steuer- und Regeleinrich tungen zugeordnet sind, die nach folgenden Funktionsmerk malen arbeiten und die Übersetzung zwischen Abgasturbine 30 und Verdichter 32 zweckent sprechend verändern:

a) bei Unterschreiten der Pumpgrenze des Verdich ters 32 oder bereits bei Annäherung an diese, infolge mangelndem Energieinhalt im Abgas nach einer vorbestimmten Weise Energie aus einem Bordnetz bzw. Bordkraftpfad über die Über tragungseinrichtungen 37, 39, 45 Energie zugeführt wird;
b) bei Leistungsgleichgewicht zwischen Turbine 30 und Verdichter 32 und Vorliegen einer ange strebten Ladetätigkeit eine weitgehend syn chrone Koppelung zwischen Turbine und Verdichter hergestellt wird;
c) bei Leistungsüberschuß von der Turbine 32 einem Bordnetz oder einem Bordkraftpfad Energie zugeführt wird;
d) die vorgenannten Funktionen nach einem vorbe stimmten, von den momentanen Betriebsbedingungen abhängigen Programm ablaufen, so z. B., daß bei statischer Betriebsweise die unter a) angeführte Regeltendenz außer Funktion gesetzt wird, aber bei dynamisch ablaufenden Vorgängen, wie beim Motorbeschleunigen, voll zur Wirkung kommen.

14. Abgasturbolader nach Anspruch 1 und 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Planetengetriebe-Kupplungskombination folgen de konstruktive Merkmale aufweist:

- die Abgasturbine 50 steht mit dem Planetensteg 54 in fester Verbindung;
- der Verdichter 52 steht mit dem äußeren Sonnen rad 59 in fester Verbindung;
- das innere Sonnenrad 57 ist an einer Kupplungs basis 58 angeordnet bzw. mit dieser verdrehfest welche mit einer planetenstegfesten Kupplungsbasis eine Schlupfkupplung bildet;
- die mit dem inneren Sonnenrad 57 verdrehfeste Kupplungsbasis 58 steht in funktioneller Be ziehung mit einer weiteren, raumfesten bzw. statio nären Kupplungsbasis 65.

15. Abgasturbolader nach Anspruch 1 und 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die das Übersetzungsverhältnis zwischen Turbine 50 und Verdichter 52 bestimmende Schlupfkupplung zwischen Planetensteg 54 und innerem Sonnenrad 57 als Permanentmagnetkupplung ausgebildet ist, und deren Magnetfeld eine weitere magnetfelderzeu gende Einrichtung, bevorzugt in Form eines Elektro magneten 65, zugeordnet ist, in Ausführung und Anord nung derart, daß der Kupplungskraftschluß in seiner Intensität variiert werden kann.

16. Abgasturbolader, bevorzugt zum Aufladen von Brenn kraftmaschinen für den Mobilantrieb, bestehend aus einer von den Abgasen der Brennkraftmaschine ange triebenen Turbine und einem damit gekoppelten Ver dichter, dadurch gekennzeichnet, daß direkt auf oder an der Rotorbasis der Turbinen-Ver dichterkombination eine sowohl als Generator als auch als Motor betreibbare Elektromaschine ange ordnet (verdrehfest) ist.

17. Abgasturbolader nach Anspruch 16, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Turboläufer, bevorzugt der des Verdichters, als Elektromaschinenrotor (Anker) ausgebildet bzw. funktionell genutzt wird und das umschließende oder angrenzende Gehäuse, mit entsprechenden Wick lungen versehen, als Elektromaschinenstator ausge bildet ist.

18. Abgasturbolader nach Anspruch 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromaschine eine Steuer- und Regeleinrich tung zugeordnet ist, die Funktionsmerkmale von Anspruch 13 aufweist, und bei zunehmendem Ladebedürfnis die Drehzahl durch Zuführung von Energie aus einem Bordnetz bewirkt und bei Abgasenergieüberschuß elektrische Energie an ein Bordnetz abgeführt wird.