DE10149394C2 - Kompressor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kompressor zur Drucklufterzeu­ gung mit mindestens einem an einer Kurbelwelle über eine Pleuelstange gelagerten Hub-Verdichterkolben, der durch einen Verbrennungsmotor mit mindestens einem Motorkolben antreibbar ist, wobei der mindestens eine Motorkolben mit dem mindestens einen Verdichterkolben derart mechanisch gekoppelt ist, dass die Drehmomentabgabe des mindestens einen Motorkolbens an die Kurbelwelle in die Nähe des Maximums ist, wenn der Drehmo­ mentbedarf des mindestens einen Verdichterkolbens in der Nähe seines Maximums ist.

Derartige Kompressoren kennt man beispielsweise als Nebenag­ gregate von Fahrzeugmotoren oder als fahrbare Kompressoren, die beispielsweise im Straßenbau eingesetzt werden. Mit der Druckluft werden dort Druckluftwerkzeuge, z. B. Bohrhämmer o­ der -meißel, angetrieben. Der Verbrennungsmotor weist zumeist mehrere Zylinder auf, beispielsweise vier oder sechs Zylin­ der, und treibt den Kompressor über eine Antriebswelle an. Die mehrzylindrige Bauform des Verbrennungsmotors begünstigt einen weitgehend gleichmäßigen Antrieb des Kompressors. Al­ lerdings ist ein derartiger Verbrennungsmotor groß und schwer, was die Mobilität des Kompressors einschränkt.

Aus der Patentschrift DE 38 04 575 C2 ist ein Luftpresser der eingangs genannten Art als Nebenantrieb eines Fahrzeugmotors bekannt. Der Luftpresser wird indirekt über die Nockenwelle angetrieben. Es geht in der DE 38 04 575 im Wesentlichen dar­ um, die negativen Einflüsse eines negativen Drehmoments als Folge der Rückexpansion der komprimierten Luft im Luftpresser zu verringern. Daher ist bevorzugt, dass dem negativen Dreh­ moment des Luftpressers ein positives Drehmoment des antrei­ benden Motors entgegenwirkt.

Bei einer durch die DE 38 04 575 C2 gezeigten Lösung ent­ spricht eine Luftpresserumdrehung von 360° einem Kurbelwinkel der Nockenwelle von 390°, so dass sich alle 6 Luftpresserum­ drehungen die Ausgangsstellung zwischen Luftpresser und No­ ckenwelle wiederholt. Folglich überlappen sich nur alle 6 Um­ drehungen das negative Drehmoment des Luftpressers und das positive Drehmoment der Nockenwelle in der gewünschten Weise. Bei einer anderen bevorzugten Lösung gemäß der DE 38 04 575 C2 ist die Übersetzung zwischen Luftpresserantriebszahnrad und Nockenwellenzahnrad ein ganzzahliges Vielfaches des No­ ckenwellenlastspieles, so dass sich das negative Drehmoment des Luftpressers und das positive Antriebsdrehmoment der No­ ckenwelle bei jedem Lastspiel überlagern.

Bei einer durch die DE 38 04 575 C2 abgelehnten Variante gibt der Motor zwar ein maximales Drehmoment ab, wenn der Luft­ presser dieses auch benötigt. Allerdings überlagern sich auch im negativen Bereich die beiden Drehmomentmaxima. Diese Lö­ sung wird von der DE 38 04 575 C2 abgelehnt, weil sich die negativen Drehmomente von Luftpresser und Nockenwelle in un­ erwünschter Weise zu einem negativen Drehmomentmaximum addie­ ren können.

Der aus der DE 38 04 575 C2 bekannte Luftpresser wird vom Motor indirekt über die Nockenwelle angetrieben. Dementspre­ chend ist bezüglich der Orientierung zwecks richtiger und ex­ akter Zahnstellung bzw. Zahnzuordnung sowie bezüglich der Winkelstellung der Kurbelluftpresser-Kurbelwelle die Drehmo­ mentabgabe der Nockenwelle zu beachten und nicht unmittelbar die des Motors.

Von der Kurbelwelle des Motors direkt oder über ein Getriebe angetriebene Kompressoren beschreiben beispielsweise die DE-PS 763 834 und die DE-PS 724 651, in der Motorkolben in einer Boxerstruktur jeweils um 180° zueinander versetzt sind und der oder die Verdichterkolben um 90° gegenüber den Motorkol­ ben versetzt sind. Eine Kolbenpumpe ist gemäß der DE-PS 594 697 an eine Brennkraftmaschine angeflanscht und wird über ein Zahnradgetriebe angetrieben. Der Kolben des Luftpressers ist ebenfalls 90° phasenversetzt zu den Motorkolben. Bei dem Mo­ torkompressoraggregat gemäß der DE-AS 11 06 449 sind Motor und Kompressorzylinder um 90° zueinander versetzt, wobei ein Motorzylinder und ein Kompressorzylinder an einer gemeinsamen Kröpfung einer Kurbelwelle angreifen.

Die DE 38 04 574 C2 hingegen schlägt einen indirekten Antrieb des Luftpressers über einen exzentrisch ausgestaltetes An­ triebszahnrad vor.

Bei den bekannten Kompressoren sind die Phasenrelationen der Hub-Verdichterkolben zu den Motorkolben in Bezug auf die Drehmomentausnutzung des Motors nicht optimal.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, bei einem Kompressor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 die Phasenrela­ tion des mindestens einen Hub-Verdichterkolbens zu dem min­ destens einen Motorkolben zu optimieren.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß dem kennzeichnenden Teil des neuen Anspruches 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriffs­ merkmalen vorgesehen, "dass der Arbeitshub des mindestens einen Verdichterkolbens dem Arbeitshub des mindestens einen Motorkolbens in einem Drehwinkelbereich von 50-70° eines Gesamtdrehwinkels der Kurbelwelle von 360° vorauseilt."

Bei einem derartigen Winkelabstand, insbesondere bei einem Winkelabstand von etwa 60°, sind Drehmomentabgabe des Motor­ kolbens und Drehmomentbedarf des Verdichterkolbens jeweils maximal. Somit ergibt sich eine optimierte Phasenlage zwi­ schen Motorkolben und Verdichterkolben. Ein derartiger Kom­ pressor lässt sich sehr einfach herstellen. Auch bei einer verhältnismäßig geringen Leistung des Verbrennungsmotors wird eine optimale Verdichterleistung des Kompressors erzielt. Da­ durch ist der Kompressor kompakt bauend. Auch bei vergleichs­ weise geringen Schwungmassen kann ein gleichmäßiger Lauf des Kompressors erzielt werden.

Besonders bevorzugt ist ein Vorauseilen von etwa 60°. Bei ei­ nem derartigen Winkelabstand von etwa 60° - der jedoch je nach Beschaffenheit und Drehmomentcharakteristik der Motor­ kolbenanordnung und/oder der Verdichterkolbenanordnung vari­ iert werden kann - ist die Drehmomentabgabe des mindestens einen Motorkolbens im Bereich ihres Maximums und der Drehmo­ mentbedarf des mindestens einen Verdichterkolbens in der Nähe seines Maximums.

Die Drehmomentabgabe des Motorkolbens an die Kurbelwelle ist weder konstant noch linear. Sie hängt zum einen vom Verbren­ nungsvorgang eines Kraftstoff-Luftgemisches in dem Motorkol­ ben zugeordneten Zylinder sowie vom Weg ab, den der Motorkol­ ben in dem Zylinder im Zusammenhang mit dem Verbrennungsvor­ gang zurücklegt. Vereinfacht kann man sagen, dass die Drehmo­ mentabgabe des Motorkolbens auf seinem Weg von seinem oberen zu seinem unteren Totpunkt im Bereich des oberen Totpunktes am größten ist. Andererseits ist der Drehmomentbedarf des Verdichterkolbens beim Verdichtungs-Arbeitshub in der Nähe des unteren Totpunkts am größten. Basierend auf dieser Er­ kenntnis sind die Drehmomentabgabe des Motorkolbens und der Drehmomentbedarf des Verdichterkolbens erfindungsgemäß opti­ mal aufeinander abgestimmt. Somit steht gerade dann ein aus­ reichend hohes Drehmoment für den oder die Verdichterkolben zur Verfügung, wenn dieses auch benötigt wird. Dadurch kann ein Verbrennungsmotor mit vergleichsweise geringer Leistung verwendet werden, was ein kompakte Bauweise des erfindungsge­ mäßen Kompressors ermöglicht. Zudem sind verhältnismäßig ge­ ringe Schwungmassen für einen gleichmäßigen Lauf des Kompres­ sors notwendig.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den abhängi­ gen Ansprüchen sowie aus der Beschreibung.

Vorteilhaft ist der mindestens eine Motorkolben über eine Pleuelstange an der Kurbelwelle gelagert und treibt diese an. Es wäre aber auch möglich, dass der Motorkolben auf eine von der Kurbelwelle des Verdichterkolbens separate Kurbelwelle wirkt und die beiden Kurbelwellen erfindungsgemäß mechanisch miteinander gekoppelt sind.

Vorzugsweise sind die Pleuelstangen sowohl des Verdichterkol­ bens als auch des Motorkolbens an einer gemeinsamen Kurbel­ achse der Kurbelwelle gelagert. Die Kurbelwelle kann somit verhältnismäßig einfach gebaut sein. Die Kolbenkammern für den mindestens einen Motorkolben und den mindestens einen Ver­ dichterkolben sind bei einer Anlenkung der jeweiligen Pleuel­ stangen an einer gemeinsamen Kurbelachse in Winkelabstand zu­ einander angeordnet. Dieser Winkelabstand beträgt vorzugswei­ se etwa 60°.

Prinzipiell ist es aber auch denkbar, dass die Kolbenkammern in Reihe entlang der Drehachse der Kurbelwelle angeordnet sind, wobei in diesem Fall die Pleuelstangen des mindestens einen Verdichterkolbens und des mindestens einen Motorkolbens an unterschiedlichen Kurbelachsen der Kurbelwelle gelagert sind. Der Winkelabstand der Kurbelachsen beträgt hierbei vor­ zugsweise ebenfalls etwa 60°.

Es versteht sich, dass auch Mischformen der vorgenannten Va­ rianten möglich sind, d. h., dass sowohl die Kolbenkammern des Verdichterkolbens und des Motorkolbens in Winkelabstand zu­ einander angeordnet sein können als auch die Kurbelachsen, an die Pleuelstangen von Motor- und Verdichterkolben jeweils an­ gelenkt sind. Beispielsweise könnte der Winkelabstand zwi­ schen den Kolbenkammern und der Winkelabstand zwischen den Kurbelachsen jeweils 30° betragen.

Zweckmäßigerweise ist an der Kurbelwelle eine Schwungmasse angeordnet, beispielsweise in Gestalt einer Schwungscheibe. Ferner kann auch die Kurbelwelle als Schwungmasse ausgestal­ tet sein.

Es versteht sich, dass die Kurbelwelle eine Schwungmasse bil­ den kann und zudem eine separate Schwungmasse, beispielsweise eine Schwungscheibe an der Kurbelwelle angeordnet sein kann.

Der Verbrennungsmotor ist vorteilhaft ein Vertaktmotor, wobei dem mindestens einen Verdichterkolben zwei Hub-Motorkolben des Verbrennungsmotors zugeordnet sind. Die Motorkolben wer­ den mit um zwei Takte versetzten Arbeitstakten betrieben, d. h. beim Arbeitshub des einen Motorkolbens saugt der andere Motorkolben ein Kraftstoff-Luftgemisch an und umgekehrt. Die beiden Motorkolben sind mit dem mindestens einen Verdichter­ kolben derart mechanisch gekoppelt, dass abwechselnd die Drehmomentabgabe des einen Motorkolbens und des anderen Mo­ torkolbens an die Kurbelwelle in der Nähe ihrer jeweiligen Maxima sind, wenn der Drehmomentbedarf des Verdichterkolbens in der Nähe seines Maximums ist. Die beiden Motorkolben bewe­ gen sich synchron auf und ab, wobei ihre Arbeitstakte ver­ setzt sind. Ein derartiger Kompressor ist besonders effi­ zient.

Es versteht sich, dass der Verbrennungsmotor auch beispiels­ weise vier Motorkolben aufweisen kann, die im Vertaktbetrieb mit jeweils um einen Takt versetzten Arbeitstakten betrieben werden. Ferner können auch mehrere Verdichterkolben sozusagen parallel geschaltet sein, wobei ihre Auf- und Ab-Bewegungen zweckmäßigerweise im Wesentlichen stets gleichgerichtet sind.

Die optimierte mechanische Kopplung von Motorkolben und Ver­ dichterkolben erlaubt es, dass der Kompressor zweckmäßiger­ weise als ein mobiler, insbesondere portabler Kompressor aus­ gestaltet ist.

Der Bedienkomfort wird erhöht, indem dem Kompressor ein e­ lektrischer Anlassermotor zum Anlassen des Verbrennungsmotors zugeordnet ist.

Der Kompressor bildet mit dem Anlassermotor vorzugsweise eine kompakte Baueinheit.

Ferner ist dem elektrischen Anlassermotor zweckmäßigerweise ein elektrischer Akkumulator zugeordnet, der vorzugsweise in die Baueinheit Kompressor-Anlassermotor integriert ist.

Der Verbrennungsmotor ist vorzugsweise zur Verbrennung eines fossilen Brennstoffs vorgesehen, wobei beispielsweise Gas, auch Flüssiggas, Benzin oder Methanol bevorzugt sind.

Im Folgenden wir die Erfindung anhand mehrerer Ausführungs­ beispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht eines erfin­ dungsgemäßen Kompressors 10 mit einem Motorkolben 11 und einem Verdichterkolben 12,

Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Kompressor 50 in schemati­ scher Ansicht, bei dem einem einzigen Verdichter­ kolben 52 zwei im Viertaktbetrieb betriebene Motor­ kolben 51a, 51b zugeordnet sind, und

Fig. 3 ein Gehäuse 53 sowie eine Kurbelwelle 54 des Kom­ pressors 50 gemäß Fig. 2.

Der Kompressor 10 gemäß Fig. 1 ist besonders einfach aufge­ baut und eignet sich daher in besonderer Weise zur Erläute­ rung des erfindungsgemäßen Prinzips. In einem Gehäuse 13 des Kompressors 10 sind eine Motor-Kolbenkammer 14 sowie eine Verdichter-Kolbenkammer 15 ausgebildet, in denen der Motor­ kolben 11 bzw. der Verdichterkolben 12 auf und ab beweglich angeordnet sind. Die Kolben 11, 12 sind über Pleuelstangen 16, 17 an einer Kurbelachse 18 einer Kurbelwelle 19 gelagert. Die Pleuelstangen 16, 17 sind an den Kolben 11, 12 sowie an der Kurbelachse 18 schwenkbeweglich gelagert. Die Kurbelwelle 19 ist am Gehäuse 13 drehbar gelagert. Die Kurbelachse 18 ist mittels Kurbelwangenstücken 24 zur Drehachse 23 der Kurbel­ welle 19 radial beabstandet angeordnet, so dass die Kurbel­ achse 18 eine Kreisbahn um die Drehachse 23 beschreibt.

Der Motorkolben 11 versetzt die Kurbelwelle 19 bei einer Ab­ wärtsbewegung 20 in eine Drehbewegung 21 und gibt ein Drehmo­ ment auf die Kurbelwelle 19 ab. Dieses Drehmoment wird vom Verdichterkolben 12 aufgenommen. Bei der gezeigten Stellung führt die Drehbewegung 21 zu einer Aufwärtsbewegung 22 des Verdichterkolbens 12.

An der Kurbelwelle 19 ist eine Schwungmasse 37 beispielsweise in Form eines Schwungrades angeordnet. Der Motorkolben 11 bringt bei seiner Abwärtsbewegung 20 Bewegungsenergie in die Schwungmasse 37 ein, so dass der Motorkolben 11 und der Ver­ dichterkolben 12 auch kann weiterbewegt werden, wenn der Mo­ torkolben 11 gerade keinen Arbeitshub durchführt.

Der Motorkolben 11 sowie die Kolbenkammer 14 sind Komponenten eines Verbrennungsmotors 25, der beispielsweise mit Gas, Ben­ zin, Methanol oder dergleichen betrieben werden kann. Der Verbrennungsmotor 25 arbeitet in an sich bekannter Weise bei­ spielsweise nach dem Zweitakt-Prinzip oder nach dem Viertakt- Prinzip.

Durch einen Einlass 26 kann ein beispielsweise Gas und Luft enthaltendes Verbrennungsgemisch in einen Verbrennungsraum 28 einströmen, der durch den Motorkolben 11 von der Kolbenkammer 14 abgetrennt ist. Das Verbrennungsgemisch 27 verbrennt im Verbrennungsraum 28 explosionsartig, wobei durch den dabei aufgebauten Druck der Motorkolben 11 in die Abwärtsbewegung 20 versetzt wird. Aus dem Verbrennungsgemisch 27 entsteht da­ bei ein Abgas 29, das durch einen Auslass 30 aus dem Verbren­ nungsraum 28 entweichen kann. Ventilanordnungen und -steuerungen für den Einlass 26 sowie den Auslass 30 sind in der Figur aus Vereinfachungsgründen nicht gezeigt.

Der Verdichterkolben 12 trennt von der Verdichter-Kolben­ kammer 15 einen Verdichtungsraum 31 ab, in den bei einer Ab­ wärtsbewegung des Verdichterkolbens 12 Luft durch einen Ein­ lass 32 einströmen kann. Bei der Aufwärtsbewegung 22 des Ver­ dichterkolbens 12 wird diese Luft im Verdichtungsraum 31 komprimiert und durch einen Auslass 33 beispielsweise in ei­ nen nicht dargestellten Druckluftvorratsbehälter ausgestoßen.

In der Anfangsphase der explosionsartigen Verbrennung des Verbrennungsgemischs 27 im Verbrennungsraum 28 wird verhält­ nismäßig viel Energie freigesetzt. Dementsprechend gibt der Motorkolben 11 auf einem Anfangsabschnitt 34 der Abwärtsbewe­ gung 20 ein maximales Drehmoment an die Kurbelwelle 19 ab. Bei der weiteren Abwärtsbewegung 20 des Motorkolbens 11 nimmt dieses Drehmoment kontinuierlich ab. Der Verdichterkolben 12 hingegen benötigt bei seiner Aufwärtsbewegung 22 anfänglich ein verhältnismäßig geringes Drehmoment von der Kurbelwelle 19. In einem Endabschnitt 35 der Aufwärtsbewegung 22 hingegen ist der Drehmomentbedarf des Verdichterkolbens 12 maximal.

Dementsprechend sind die Kolben 11, 12 erfindungsgemäß mecha­ nisch derart gekoppelt, dass die maximale Drehmomentabgabe des Motorkolbens 11 und der maximale Drehmomentbedarf des Verdichterkolbens 12 zusammen fallen. Dies wird beim Kompres­ sor 10 dadurch erreicht, dass die Kolbenkammern 14, 15 V- förmig, in einem Winkelabstand 36 zueinander angeordnet sind, der etwa 60° beträgt. Dementsprechend eilt der Arbeitshub des Verdichterkolbens 12 dem Arbeitshub des Motorkolbens 11 um einen Phasenwinkel von etwa 60° voraus.

Es versteht sich, dass die Kammern des Motorkolbens und des Verdichterkolbens auch in Drehachsrichtung der Kurbelwelle 19 hintereinander fluchtend angeordnet sein könnten, also in Reihe angeordnet sein könnten. Die Pleuel der beiden Kolben wären dann in einem dem Winkelabstand 36 entsprechenden Win­ kelabstand angeordneten Kurbelachsen der Kurbelwelle ange­ lenkt, um den erfindungsgemäßen Phasenunterschied zwischen dem Arbeitshub des Verdichterkolbens und dem Arbeitshub des Motorkolbens einzustellen.

Der Kompressor 50 gemäß Fig. 2 arbeitet im Wesentlichen gleich wie der Kompressor 10 gemäß Fig. 1, wobei um Unter­ schied zu diesem zwei Motorkolben 51a, 51b zum Antreiben ei­ nes einzigen Verdichterkolbens 52 vorgesehen sind. Das grund­ sätzliche Funktionsprinzip des Kompressors 50 ist ähnlich dem des Kompressors 10, so dass gleichwirkende Komponenten des Kompressors 50 mit denselben Bezugszeichen versehen sind wie die entsprechenden Komponenten des Kompressors 10.

Die Kolben 51a, 51b, 52 sind an einer gemeinsamen Kurbelachse 55 der Kurbelwelle 54 über Pleuel 56 drehgelenkig angelenkt. Ferner ist schematisch angedeutet, dass die Pleuelstangen 56 drehgelenkig mit den Kolben 51a, 51b, 52 verbunden sind.

Die Motorkolben 51a, 51b sind in Motor-Kolbenkammern 57a, 57b, der Verdichterkolben 52 in einer Verdichter-Kolbenkammer 58 auf und ab beweglich angeordnet. Die Verdichterkolbenkam­ mer 58 ist im Winkelabstand 36 von etwa 60 Grad bezüglich der Kurbelwelle 54 zu den Motorkolbenkammern 57a, 57b angeordnet.

Beim Ausführungsbeispiel befindet sich die Verdichterkolben­ kammer 58 zwischen den Motorkolbenkammern 57a, 57b. Prinzi­ piell wäre es aber auch möglich, dass die Motorkolbenkammern unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind und die Verdichterkolbenkammer neben den Motorkolbenkammern angeord­ net ist.

Eine Verbrennungsgemisch-Aufbereitungsanlage 59 fördert einen Brennstoff, z. B. Gas oder Benzin, aus einem Brennstoffvor­ ratsbehälter 60 und erzeugt daraus unter Beimengung von Luft ein Verbrennungsgemisch 27. Das Verbrennungsgemisch 27 wird über Zufuhrleitungen 61 abwechselnd in Verbrennungsräume 62 eingeleitet, die durch die Motorkolben 51a, 51b von den Mo­ tor-Kolbenkammern 57a, 57b abgeteilt werden. Die Motorkolben 51a, 51b werden im Viertaktbetrieb betrieben und sind Be­ standteile eines Viertakt-Verbrennungsmotors 63. Die Arbeits­ hübe der Motorkolben 51a, 51b sind um zwei Arbeitstakte ver­ setzt. Beispielsweise ist der Motorkolben 51a in der gezeig­ ten Stellung des Kompressors 50 beim Ansaughub und der Motor­ kolben 51b beim Arbeitshub. Die Motorkolben 51a, 51b durch­ laufen gleichzeitig jeweils ihren oberen bzw. unteren Tod­ punkt. An den in der Figur gezeigten Ansaug- bzw. Arbeitshub schließt sich ein Verdichtungs- bzw. Ausstoßhub an, wobei Verbrennungsgemisch 27 im Verbrennungsraum 62 der Kolbenkam­ mer 57a verdichtet wird bzw. verbranntes Verbrennungsgemisch aus dem Verbrennungsraum 62 der Kolbenkammer 57b durch einen Auslass 64 ausströmen kann.

Bei einer Abwärtsbewegung des Verdichterkolbens 52 wird Luft durch einen Einlass 65 in einen Verdichtungsraum 66 ange­ saugt, der durch den Verdichterkolben 52 von der Verdichter- Kolbenkammer 58 abgetrennt wird. Bei der Aufwärtsbewegung des Verdichterkolbens 52 wird die angesaugte Luft im Verdich­ tungsraum 66 komprimiert und über eine Druckluftleitung 67 in einen Druckluftspeicher 68 gepumpt. An diesem ist ein Auslass 69 angeordnet, an dem die Druckluft aus dem Druckluftspeicher 68 beispielsweise zum Betrieben von ortsfesten oder vorzugs­ weise mobilen Druckluftwerkzeugen, pneumatischen Steuerungen oder dergleichen entnommen werden kann.

Die Kurbelwelle 54 ist durch einen elektrischen Anlassermotor 70 zum Anlassen des Verbrennungsmotors 63 antreibbar. Der An­ lassermotor 70 wird durch eine elektrische Batterie oder ei­ nen elektrischen Akkumulator 71 gespeist. Mit einem Anlasser­ schalter 72 kann der Anlassermotor 70 in Betrieb gesetzt wer­ den, wobei er den Verbrennungsmotor 63 anlässt.

Es ist auch möglich, dass der Anlassermotor 70 nach dem An­ lassen des Verbrennungsmotors 63 im Generatorbetrieb betrie­ ben wird, wobei er den Akkumulator 71 auflädt.

Wie insbesondere anhand von Fig. 3 deutlich wird, ist die Verdichterkolbenkammer 58 V-förmig im Winkelabstand 36 von etwa 60 Grad zu den Motorkolbenkammern 57a, 57b angeordnet. Dadurch eilt der Arbeitshub des Verdichterkolbens 52 jeweils abwechselnd einem der Arbeitshübe der Motorkolben 51a, 51b um 60° voraus. Mit anderen Worten: der Arbeitshub des Verdich­ terkolbens 52 eilt beispielsweise dem des Motorkolbens 51a um 60° voraus und dem des Motorkolbens 51b um 420° voraus. Je­ denfalls gibt jeweils einer der Motorkolben 51a, 51b ein ma­ ximales Drehmoment auf die Kurbelwelle 54 ab, wenn der Ver­ dichterkolben 52 einen maximalen Drehmomentbedarf hat.

Die Kurbelachse 55 ist zwischen zwei Kurbelwangen 73 angeord­ net, die an Wellenzapfen 74 der Kurbelwelle 54 sitzen. Die beiden Wellenzapfen 74 sind am Gehäuse 53 oder an einem die­ ses stirnseitig verschließenden Abschlussstück 75 drehbar ge­ lagert. Die Kurbelwangen 73 sind als Schwungmasse für die Kurbelwelle 54 ausgestaltet, um einen gleichmäßigen Lauf des Kompressors 50 gewährleisten. Ferner sind die Kurbelwangen 73 an der der Kurbelachse 55 entgegengesetzten Seite als Gegen­ gewichte ausgestaltet. An den Kurbelwangen 73 könnten auch Auswuchtgewichte oder Bohrungen vorgesehen sein.

Das Gehäuse 53 weist eine im Wesentlichen zylindrische Form auf, wobei in der Mitte des Zylinders die Kurbelwelle 54 drehbar angeordnet ist. In Fig. 3 ist die Kurbelwelle 54 so­ wohl abseits des Gehäuses 53 als auch im Gehäuse 53 gezeigt, um die Anordnung der Kurbelwelle 54 im Gehäuse 53 zu veran­ schaulichen.

Am Gehäuse 53 sind Montagefüße oder -schuhe angeordnet, mit denen der Kompressor 50 am Einsatzort montiert werden kann. Oben am Gehäuse 53 sitzt ein Zylinderkopf 76, der beispiels­ weise eine Nockenwellensteuerung zur Ansteuerung der Einlässe 26 für das Verbrennungsgemisch 27 sowie zur Ansteuerung der Abgas-Auslässe 64 enthalten kann.

Die Verdichterkolbenkammer 58 wird zumindest teilweise durch eine seitlich am Gehäuse 53 angeordnete, vorliegend von die­ sem abstehende Wandung 77 gebildet. Die Verdichterkolbenkam­ mer 58 kann beispielsweise durch ein nicht gezeigtes Ab­ schlussstück, an dem der Luft-Einlass 65 bzw. ein Auslass für die Druckluftleitung 67 angeordnet ist, verschlossen sein. In diesem Abschlussstück sind dann beispielsweise Ventilanord­ nungen für die genannten Ein- bzw. Auslässe vorgesehen.

Insbesondere anhand von Fig. 3 wird deutlich, dass durch die Anordnung von Motor- und Verdichterkolbenkammern in einem ge­ meinsamen Gehäuse eine äußerst kompakte Baueinheit gebildet wird. Dabei zeichnet sich der Kompressor durch eine hohe E­ nergie-Effizienz und große Laufruhe aus. Auch die Kurbelwelle ist vergleichsweise einfach ausgestaltet, da die Pleuelstan­ gen 56 an einer gemeinsamen Kurbelachse 55 drehbar gelagert sind.

Prinzipiell könnten die Nebenaggregate des Kompressors 50, also beispielsweise der Kraftstoff-Vorratsbehälter 60 und der Druckluftspeicher 68 als vom Kompressor 50 separate Baugrup­ pen ausgestaltet sein. Bei der vorliegenden Anordnung sind sie jedoch in den Kompressor 50, genauer in ein Gehäuse 78 des Kompressors 50 integriert, so dass insgesamt eine mobile Baueinheit gebildet wird.

Zur Mobilität des Kompressors 50 trägt auch wesentlich bei, dass der Energieinhalt des im Vorratsbehälter 60 mitgeführten Kraftstoffes, z. B. Gas oder Benzin, insbesondere im Vergleich mit einem elektrischen Energiespeicher bei geringem Gewicht sehr hoch ist, so dass das Mitführen des Kraftstoffes im Kom­ pressor 50 den Benutzer wenig belastet. Dementsprechend kann der Kompressor 50 beispielsweise auch zum Betrieb von druck­ luftbetriebenen Gartenwerkzeugen, beispielsweise Astscheren oder dergleichen, ohne weiteres eingesetzt werden.

Claims (10)

1. Kompressor zur Drucklufterzeugung mit mindestens einem an einer Kurbelwelle (19, 54) über eine Pleuelstange (16; 56) gelagerten Hub-Verdichterkolben (12; 52), der durch einen Verbrennungsmotor (25; 63) mit mindestens einem Hub- Motorkolben (12; 51a, 51b) antreibbar ist, wobei der mindes­ tens eine Motorkolben (12; 51a, 51b) mit dem mindestens einen Verdichterkolben (12; 52) derart mechanisch gekoppelt ist, dass die Drehmomentabgabe des mindestens einen Motorkolbens (12; 51a, 51b) an die Kurbelwelle (19, 54) in der Nähe des Maximums ist, wenn der Drehmomentbedarf des mindestens einen Verdichterkolbens (12; 52) in der Nähe seines Maximums ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitshub des mindestens einen Verdichterkolbens (12; 52) dem Arbeitshub des mindes­ tens einen Motorkolbens (12; 51a, 51b) in einem Drehwinkelbe­ reich von 50 bis 70 Grad eines Gesamtdrehwinkels der Kurbel­ welle (19, 54) von 360 Grad vorauseilt.

2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Motorkolben (12; 51a, 51b) über eine Pleuelstange (17; 56) an der Kurbelwelle (19, 54) gelagert ist und diese antreibt.

3. Kompressor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, dass die Pleuelstangen (16; 56) des mindestens einen Verdichterkolbens (12; 52) und des mindestens einen Motorkol­ bens (12; 51a, 51b) an einer gemeinsamen Kurbelachse (18; 55) der Kurbelwelle (19, 54) gelagert sind.

4. Kompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass an der Kurbelwelle (19, 54) eine Schwungmasse (37) angeordnet ist und/oder die Kurbelwelle (19, 54) als Schwungmasse (73) ausgestaltet ist.

5. Kompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (63) mindes­ tens einen zweiten Hub-Motorkolben (51b) aufweist, der dem mindestens einen Verdichterkolben (52) zugeordnet ist, und dass der mindestens eine erste und der mindestens eine zweite Motorkolben (51a, 51b) im Viertaktbetrieb mit um zwei Takte versetzten Arbeitstakten betrieben werden und mit dem mindes­ tens einen Verdichterkolben (52) derart mechanisch gekoppelt sind, dass abwechselnd die Drehmomentabgaben des mindestens einen ersten Motorkolbens (51a) und des mindestens einen zweiten Motorkolbens (51b) an die Kurbelwelle (54) in der Nä­ he ihrer jeweiligen Maxima sind, wenn der Drehmomentbedarf des Verdichterkolbens (52) in der Nähe seines Maximums ist.

6. Kompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass er als mobiler, insbesondere por­ tabler, Kompressor ausgestaltet ist.

7. Kompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass ihm ein elektrischer Anlassermotor (70) zum Anlassen des Verbrennungsmotors (25; 63) zugeordnet ist.

8. Kompressor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass er mit dem Anlassermotor (70) zu einer kompakten Baueinheit zusammengefasst ist.

9. Kompressor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Akkumulator (71) oder eine elektrische Bat­ terie zum Betreiben des Anlassermotors in die Baueinheit in­ tegriert ist.

10. Kompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (25; 63) mit einem fossilen Brennstoff, insbesondere mit Gas und/oder Ben­ zin und/oder Methanol, betreibbar ist.