DE3930901A1 - Maschinenaggregat bestehend aus einer rotationskolbenbrennkraftmaschine und einem rotationskolbenkompressor - Google Patents

Maschinenaggregat bestehend aus einer rotationskolbenbrennkraftmaschine und einem rotationskolbenkompressor

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Description

Die Erfindung betrifft ein Maschinenaggregat, bestehend aus einer Rotationskolbenbrennkraftmaschine mit einem aus zwei Seitenteilen und einem Mantelteil mit trocho­ idenförmiger zweibogiger Mantellaufbahn bestehenden flüssigkeitsgekühlten Gehäuse, das axial von einer Ex­ zenterwelle durchsetzt ist, auf deren Exzenter ein dreieckiger Kolben in ständiger gleitender Anlage seiner Ecken an der Mantellaufbahn entlanggleitet, wobei die Exzenterwelle über einen Riemenantrieb kraftschlüssig mit einem Kältekompressor gleicher Bauart wie die Brenn­ kraftmaschine verbunden ist.
Solche Maschinenageregate können vor allem zur Klimati­ sierung von Großraumfahrzeugen infolge der raumsparenden Bauweise der genannten Maschinen dienen.
Aufgabe der Erfindung war die Entwicklung eines kompakten transportablen Geräts, das bei kleinstem Raumbedarf zur Klimatisierung, d. h. zur Kühlung und zur Beheizung eines Fahrzeugs oder eines entsprechenden Raumes dienen und zugleich elektrischen Strom von ca. 20 kw liefern kann. Ein solches Gerät soll vorzugsweise für Katastro­ pheneinsätze oder für militärische Zwecke Verwendung finden.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Ansprüchen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Maschinenaggregats bei Abnahme der in der Zeichnung vorderen Gehäusewandung
Fig. 2 einen Schnitt durch das gleiche Maschinen­ aggregat in der Ebene II-II in Fig. 1
Fig. 3 eine Seitenansicht der Übertragungswelle zwischen Brennkraftmaschine und Lüfterrad entsprechend der Darstellung in Fig. 1
Fig. 4 Eine schematische Darstellung der Kühlmit­ telkreisläufe. In der Mitte von Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 der eingangs beschriebenen Bauweise gezeigt, deren Abgas­ leitung mit 2 bezeichnet ist. Bei 3 befindet sich leicht zugänglich die Zündkerze. Das Gehäuse dieser Brennkraft­ maschine 1 besteht aus dem Mantelteil 4 und den beiden Seitenteilen 5 und 6. Auf ihrem Abtriebszapfen sind zwei Riemenscheiben vorgesehen. Die erste Riemenscheibe 7 treibt über einen Riemen die Antriebsscheibe 8 auf dem Antriebszapfen eines Kältekompressors 9 der eingangs genannten Bauart an, dessen Gehäuse aus dem Mantelteil 10 und den beiden Seitenteilen 11 und 12 gebildet ist. In Fig. 1 ist hinter dem Kompressor 9 ein Stromgenerator 13 gezeigt, dessen Antriebsscheibe 14 über einen Riemen mit der auf dem Abtriebszapfen der Brennkraftmaschine 1 aufgekeilten zweiten Riemenscheibe 15 kraftschlüssig verbunden ist.
Diese drei Maschinen, die Brennkraftmaschine 1, der Kälte­ kompressor 9 und der Stromgenerator 13 sind gemeinsam in einem Rohrrahmen 15 angeordnet, der an seinen 8 Ecken Schwingungsdämpfer 16 aus polymerem elastischen Material aufweist, mit denen er gegenüber dem Gehäuserahmen 18 abgepuffert ist. Damit soll die Übertragung der Schwin­ gungen der genannten Maschinen, vor allem der der Brenn­ kraftmaschine 1 auf den Gehäuserahmen 18 und die Umge­ bung des Maschinenaggregates auf ein Mindestmaß reduziert werden. Die Anordnung der Riemenantriebe dient des weiteren zur Schwingungsdämpfung.
Über eine in Fig. 3 im einzelnen gezeigte Wellenverbin­ dung 19 wird ein Lüfterrad 20 angetrieben, das hinter einem Kühler 21 angeordnet ist, der vom verdampften und wieder erwärmten Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufes des Kompressors 9 durchströmt wird. Die Kühlschlangen 22 des Kühlers 21 treten aus diesen an seinen Seiten aus und kehren in U-förmiger Biegung in ihn zurück. Die Wel­ lenverbindung 19 besteht aus einem in sich axial ver­ schiebbaren, aber in sich unverdrehbaren Teleskopstück 23, das über ein erstes Kardangelenk 24 über einen Dreh­ schwingungsdämpfer 25 mit dem Abtreibszapfen 26 der Brenn­ kraftmaschine 1 und über ein zweites Kardangelenk 27 mit dem Lüfterrad 20 verbunden ist. Das Teleskopstück 23 besteht aus einem inneren Teil mit polygonem Querschnitt, das an dem der Brennkraftmaschine 1 zu legenden Kardan­ gelenk angeordnet ist und einem Mantelteil, das mit dem anderen Kardangelenk verbunden ist, das das innere Teil mit einer entsprechend polygon-zylindrischen Innenform in axialer Richtung gleitend umschließt. Diese Anordnung ist notwendig, um die Schwingungsstöße zwischen der im Rohrrahmen 17 feststehenden Brennkraftmaschine 1 und dem im Gehäuserahmen 18 gelagerten Lüfterrad 20 aufzu­ nehmen.
Auf der linken Seite von Fig. 1 ist abgetrennt durch eine Zwischenwand 28 die Klimatisierungsanlage 29 vorge­ sehen, die zur Kühlung der Kälte mittels des Kältekom­ pressors 9 den Kühler 30 mit einer Rohrschlange 31 auf­ weist, die bei 32 jeweils in U-förmigen Biegungen außer­ halb des Kühlers umgelenkt ist und die von dem in einer in Fig. 4 dargestellten Verdampferventil 42 verdampften Kühlmittel durchströmt werden kann. Für Heizbetrieb ist ein Wärmetauscher 33 vorgesehen, der vom heißen Kühlwasser der Brennkraftmaschine 1 durchströmt werden kann. Küh­ ler 30 und Wärmetauscher 33 können alternativ eingeschal­ tet werden. Der Kühlwasserstrom der Brennkraftmaschine 1 wird, wenn die Klimatisierung auf Kälte geschaltet ist, im Kühler 34 gekühlt, der zwischen Lüfterrad 20 und Küh­ ler 21 angeordnet ist. Die Umgebungsluft tritt bei 35 in den Gehäuseraum 36 hinter der Zwischenwand 28 ein und wird nach oben durch ein Rohr 37 großen Durchmessers, in dem ein Sauggebläse 38 vorgesehen ist, nach Kühlung bzw. Aufheizung durch dieses Gebläse 38 abgesaugt und in den zu klimatisierenden Raum geleitet.
Unter dem Gehäuseraum 36 ist der im dargestellten Schnitt L-förmige Kraftstofftank 39 vorgesehen, der in dieser Lage ebenfalls gekühlt bzw. erwärmt wird.
In Fig. 4 ist der Kühl- bzw. Kältemittelkreislauf sche­ matisch dargestellt. Der Kühlmittelkreislauf 40 der Brennkraftmaschine 1 läuft alternativ von deren Gehäuse zum Kühler 34 bzw. mit 40′ bezeichnet bei Umschalten auf Beheizen der Umgebungsluft zum Wärmetauscher 33 und jeweils von dort zurück zum Gehäuse der Brennkraftma­ schine 1. Der Kältemittelkreislauf 41 führt mit verdich­ tetem Kältemittel vom Kältekompressor 9 über das Ver­ dampferventil 42 in den Kühler 30 im Raum 36 und von da in expandiertem Zustand zum Kühler 21, wo es konden­ siert wird. Von dort kehrt der Kühlmittelkreislauf 41 zurück zum Kompressor 9.
Wird auf Heizen geschaltet, wird der Kältekompressor 9 durch Lösung einer unter der Antriebsscheibe 8 liegenden Magnetkuppelung und damit der Kühlmittelkreislauf 41 stillgelegt.
Der Vorteil der Erfindung ist vor allem in dem engen Zusammenbau der einzelnen Elemente dieses Maschinen­ aggregates zu sehen, der nur durch Verwendung der Rota­ tionskolbenmaschinen der eingangs genannten Bauart möglich ist. Es wird dadurch bei einer Leistung des Stromaggre­ gates von 20 kw und ausreichender Klimatisierung für ein Fahrzeug oder ein Zelt z. B. bei Katastropheneinsatz mit einem Kistenmaß von ca. 1000×350×450 mm möglich.
Bezugszeichenverzeichnis
1 Brennkraftmaschine
2 Abgasleitung
3 Zündkerze
4 Mantelteil zu 1
5, 6 Seitenteile zu 1
7 erste Riemenscheibe
8 Antriebsscheibe zu 9
9 Kältekompressor
10 Mantelteil zu 9
11, 12 Seitenteile zu 9
13 Stromgenerator
14 Antriebsscheibe
15 Rohrrahmen
16 Schwingungsdämpfer
17 zweite Riemenscheibe
18 Gehäuserahmen
19 Wellenverbindung 1-20
20 Lüfterrad
21 Kühler
22 Kühlschlange
23 Teleskopstück
24 erstes Kardangelenk
25 Drehschwingungsdämpfer
26 Antriebszapfen zu 1
27 zweites Kardangelenk
28 Zwischenwand
29 Klimatisierungsanlage
30 Kühler in 29
31 Rohrschlange zu 30
32 Umbiegungen von 31
33 Wärmetauscher für Kühlwasser
34 Kühler für Kühlwasser
35 Eintrittsöffnung für Umgebungsluft
36 Gehäuseraum für 29
37 Rohr für klimatisierte Luft
38 Gebläse in 37
39 Kraftstofftank
40 Kühlwasserkreislauf zu 1 bei Kühlen
40′ Kühlwasserkreislauf zu 1 bei Heizen
41 Kältemittelkreislauf
42 Verdampferventil

Claims (3)

1. Maschinenaggregat, bestehend aus einer Rotationskol­ benbrennkraftmaschine mit einem aus zwei Seitenteilen und einem Mantelteil mit trochoidenförmiger zweibogiger Mantellaufbahn bestehenden flüssigkeitsgekühlten Gehäu­ se, das axial von einer Exzenterwelle durchsetzt ist, auf deren Exzenter ein dreieckiger Kolben in ständiger gleitender Anlage seiner Ecken an der Mantellaufbahn entlanggleitet, wobei die Exzenterwelle über einen Rie­ menantrieb kraftschlüssig mit einem Kältekompressor gleicher Bauart wie die Brennkraftmaschine verbunden ist, das die folgenden Merkmale aufweist:
  • a) Mit einem äußeren blechverkleideten Gehäuse­ rahmen (18) ist ein innerer Rohrrahmen (15) mit Schwingungsdämpfern (16) aus elastisch verformbaren Kunststoff verbunden, in dem die Brennkraftmaschine (1) und der Kältekom­ pressor (9) und achsparallel neben dem Kälte­ kompressor (9) ein Stromgenerator (13) ange­ ordnet und mit dem Abtriebszapfen (26) der Brennkraftmaschine (1) mit einem Riemenantrieb (8, 14, 17) kraftschlüssig verbunden sind.
  • b) An einer Stirnseite des Gehäuserahmens (18) sind ein Kühler (21) für das rückströmende Kältemittel des Kältekompressors (9) und hin­ ter diesem hinüber eine die Schwingungen zwi­ schen Rohrrahmen (15) und Gehäuserahmen (18) ausgleichende Wellenverbindung (19) zum An­ triebszapfen (26) der Brennkraftmaschine (1) angetriebenes Lüfterrad angeordnet.
  • c) In dem rückwärtigen, dem Lüfterrad (20) gegen­ überliegenden Teil des Gehäuserahmens (18) ist eine Klimatisierungsanlage (29) vorgesehen, die hinter der Eintrittsöffnung (35) für Um­ gebungsluft einen weiteren, von in einem davor angeordneten Verdampferventil (42) verdampften Kältemittel des Kältekompressors (9) durch­ strömbaren Kühler (30) für Kältebetrieb und hinter diesem einen Wärmetauscher (33) für das Kühlwasser der Brennkraftmaschine (1) für Heizbetrieb aufweist, sowie in einem Ab­ strömrohr (37) für die klimatisierte Luft ein Gebläse (38).
  • d) Im Kühlwasserkreislauf (40, 40′) der Brenn­ kraftmaschine (1) ist ein Umschaltventil vor­ gesehen, mit dem sein Verlauf bei Umschalten von Heizbetrieb auf Kühlbetrieb von dem Wär­ metauscher (33) in der Klimatisierungsan­ lage (29) auf einen Kühler (34) umgelenkt werden kann, der zwischen dem Lüfterrad (20) und dem Kühler (21) angeordnet ist, und ferner eine Magnetkuppelung zwischen der Antriebs­ scheibe (8) und dem Kältekompressor (9), mit der dieser bei Heizbetrieb stillgelegt werden kann.
2. Maschinenaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenverbindung (19) aus einem ersten Kardangelenk (24) und einem Teleskop­ stück (23) aus untereinander unverdrehbaren axial gegen­ einander verschiebbaren Teilen und einem zweiten Kardan­ gelenk (27) besteht, dessen äußeres Glied fest mit dem Lüfterrad (20) verbunden ist und daß zwischen dem ersten Kardangelenk (24) und dem Abtriebszapfen (26) der Brenn­ kraftmaschine (1) ein Drehschwingungsdämpfer (25) vorgese­ hen ist.
3. Maschinenaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Teleskopstück (23) aus einem inneren Teil mit polygonem Querschnitt besteht, das an einem Kardangelenk angeordnet ist, und einem am anderen Kardangelenk angeordneten Mantelteil, das das innere Teil mit einer entsprechenden polygon-zylindri­ schen Innenform axial gleitend umschließt.
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