DEP0040147DA - Kompressor-Anlage - Google Patents

Description

Zum Antrieb von Kolbenkompressoren werden, je nach dem Verwendungszweck und den im Einzelfall vorliegenden betrieblichen Verhältnissen, entweder Kolbenkraftmaschinen, insbesondere Dampfmaschinen und Verbrennungskraftmaschinen, oder aber Elektromotore benutzt. Bei der Verwendung von Dampfmaschinen werden zweckmäßig Kompressorzylinder und Zylinder der Antriebsmaschine derart hintereinander angeordnet, dass die Kolbenstange für beide Aggregate gemeinsam ist. Erfolgt der Antrieb dagegen durch einen Verbrennungs- oder Elektromotor, so wird, da das Ingangsetzen des Kompressors, vor allem bei Aggregaten größerer Leistung, einen verhältnismäßig hohen Kraftaufwand erfordert, das Verdichtungsaggregat in der Regel von dem Antriebsaggregat getrennt und ist mit diesem durch ein abschaltbares Kraftübertragungsorgan verbunden. Als solches dient - abgesehen von den anfangs üblichen Treibriemen- oder Zahnradgetriebe-Übertragungen - im allgemeinen eine nachgiebige, ein- und ausrückbare Kupplung, wodurch es ermöglicht wird, zum Ingangsetzen der Anlage zunächst die Antriebsmaschine anlaufen zu lassen und alsdann erst den Kompressor auszukuppeln.

Wenngleich derartig unmittelbar gekuppelte Einheiten bereits verhältnismäßig wenig Raum beanspruchen, da Kompressor und Antriebsmaschine eng nebeneinander auf einer gemeinsamen Grundplatte aufgestellt werden können, wodurch gleichzeitig die Gewähr gegeben ist, dass beide Maschinen stets gut gegeneinander ausgerichtet bleiben, so ist es doch - vor allem bei der Verwendung von Verbrennungskraftmaschinen stehender Anordnung zum Antrieb von Kompressoren kleiner und mittlerer Leistung - vielfach wünschenswert, Motor und Kompressor noch weitgehender zusammenzufassen und zu diesem Zweck in einem einheitlichen Gehäuseblock zu vereinigen. Durch eine derartige Anordnung wird es ermöglicht, den Platzbedarf des Gesamtaggregates auf ein Mindestmaß zu beschränken und somit bei weitgehender Vereinfachung der Bauweise zugleich auch die Fertigungskosten der Anlage ganz wesentlich herabzusetzen.

Die sogenannten Motor-Kompressoren sind durchweg in der Weise ausgebildet, dass die Motor- sowie die Kompressorzylinder in Anordnung von in der regel je zwei nebeneinander in einem gemeinsamen Gehäuseblock untergebracht sind, der zugleich die durchgehende Kurbelwelle aufnimmt. Dabei tritt jedoch der Nachteil auf, dass auf Grund der um 180° versetzten Kurbelstellung des im Viertakt arbeitenden Antriebsmotors die Zündfolgen in ungleichmäßigen Abständen auftreten, und zwar jeweils abwechselnd nach 180° und 540° Umdrehung. Hierdurch ergibt sich ein ungleichförmiges Drehmoment, zu dessen Ausgleich ein entsprechend schweres Schwungrad erforderlich ist. Da nämlich die Kompressorzylinder - im Gegensatz zu den Motorzylindern - im Zweitakt arbeiten, ist es notwendig, einen Teil der Leistung der Verbrennungskraftmaschine im Schwungrad zu speichern, um sie während des Leerganges der Maschine dem Kompressor zur Aufrechterhaltung einer ungeminderten Verdichtungsarbeit zur Verfügung stellen zu können. Während der Leerhübe des Motors muss die gesamte Arbeitsleistung des Kompressors ausschließlich aus dem Schwungrad herausgeholt werden.

Hierdurch ergibt sich der Übelstand, dass der Gehäuseblock und damit die ganze Anlage einen verhältnismäßig unruhigen Stand aufweisen. Es treten Schwingungen um die Kurbelwellenachse auf, die sich vor allem bei fahr- und tragbaren Aggregaten besonders störend und auf die Dauer unter Umständen auch nachteilig auswirken. Außerdem bereitet das Anwerfen dieser Anlagen Schwierigkeiten, da sowohl zur Beschleunigung des schweren Schwungrades als auch - je nach Kurbelstellung - zur Überwindung der kurz hintereinander folgenden Kompressionshübe eine erhebliche Arbeitsleistung bzw. Kraftanstrengung erforderlich sind.

Gemäß vorliegender Erfindung werden diese Mängel und Nachteile der bekannten Motor-Kompressoren-Bauart dadurch in sicherer und zuverlässiger Weise behoben, dass man Kompressor- und Motorzylinder nicht je für sich nebeneinander in dem Gehäuseblock unterbringt, sondern den oder die Kompressorzylinder symmetrisch zu den Zylindern der Verbrennungskraftmaschine anordnet. Dies kann entweder in der Weise geschehen, dass der oder die Kompressorzylinder zwischen je einen oder mehrere Motorzylinder gesetzt werden, oder aber umgekehrt die Zylinder der Verbrennungskraftmaschine zwischen den Kompressorzylindern liegen.

Durch eine derartige symmetrische Verteilung der einzelnen Zylindergruppen wird es ermöglicht, bei der allgemein üblichen Verwendung von Zweizylinder-Motoren als Antriebsmaschinen den Kurbelzapfen der beiden Motorzylinder die gleiche Winkelstellung zu geben, wodurch der Vorteil erreicht wird, dass nunmehr die Zündfolgen gleichmäßig nach je 360° Umdrehung auftreten. Ebenso besitzen die Kurbelzapfen der Kompressorzylinder untereinander die gleiche Winkelstellung, sind jedoch den Motorkurbelzapfen gegenüber um 180° versetzt. Auf diese Weise wird ein völlig gleichmäßiges Drehmoment und dadurch - als wesentlicher Vorteil der neuartigen Anordnung - ein außerordnetlich ruhiger Stand der gesamten Anlage erzielt. Die bisher unvermeidlichen Schwankungen und Schwingungen des Aggregates um die Kubelwellenachse werden gänzlich vermieden und es tritt - selbst bei größter Belastung - praktisch keine Abweichung der Zylinderachsen von der Lotrechten auf.

Da die Arbeit der Antriebsmaschine auf Grund der gleichmäßigen Zündfolge im wesentlichen unmittelbar, d.h. ohne Aufspeicherung im Schwungrad, von den einzelnen Motorzylindern auf den oder die Kompressorzylinder übertragen wird, kann das Schwungrad bedeutend leichter gehalten werden. Dadurch lässt sich die Anlage ohne besondere Schwierigkeiten anwerfen, zumal auch die Kompressionshübe in gleichen Abständen auftreten und somit verhältnismäßig leicht überwunden werden können.

Die Zeichnung veranschaulicht den Gegenstand der Erfindung bei einigen in schematischer Darstellung wiedergebenen Motor-Kompressoren, und zwar zeigen:

Abb. 1 eine Kompressor-Anlage mit zwei zwischen den Motorzylindern angeordneten Kompressionszylindern,

Abb. 2 eine Anlage mit nur einem mittleren Kompressorzylinder und

Abb. 3 eine Anlage mit zwei zwischen den Kompressorzylindern gelegenen Motorzylindern.

Der Motor-Kompressor nach Abbildung 1 besteht aus einem Zweizylinder-Kolbenkompressor sowie einer Zweizylinder-Viertakt-Verbrennungskraftmaschine, die in einem einheitlichen Gehäuseblock 1 untergebracht sind und eine gemeinsame durchgehende Kurbelwelle 2 besitzen. Erfindungsgemäß sind dabei die beiden Kompressorzylinder 3 und 4 derart symmetrisch zu den beiden Motorzylindern 5 und 6 angeordnet, dass sie zwischen diesen liegen. Die Kurbelzapfen 7 und 8 des Motors weisen die gleiche Winkelstellung auf und sind gegenüber den, untereinander ebenfalls in gleicher Winkelstellung befindlichen Kurbelzapfen 9 und 10 des Kompressors um 180° versetzt. Dadurch ergibt sich in den beiden Motorzylindern eine in gleichen Abständen von jeweils 360° auftretende Zündfolge und somit ein stets gleichmäßiges Drehmoment, das einen besonders ruhigen Lauf bzw. Stand der Anlage zur Folge hat. Das Schwungrad 11 ist verhältnismäßig klein, wodurch auch das Anwerfen des Aggregates wesentlich erleichtert wird.

Bei der Ausführungsform nach Abbildung 2 sind die beiden mittleren Kompressorzylinder an einem einzigen Arbeitszylinder 12 vereinigt, während im übrigen die Ausbildung der Anlage die gleiche ist wie in Abbildung 1. Durch die Anordnung nur eines Kompressorzylinders wird - abgesehen von der dadurch erzielten Vereinfachung und Verkleinerung der Gesamtanlage - eine bessere Ausnutzung des Triebwerkes ermöglicht und es werden außerdem naturgemäß die Herstellungskosten niedriger gehalten. Auch in diesem Fall ist der Kurbelzapfen 13 des Kompressorzylinders um 180° gegenüber den beiden Motorkurbelzapfen 7 und 8 versetzt.

Die gegenseitige Zuordnung der Zylindergruppen kann sinngemäß auch in der Weise erfolgen, dass sich die beiden Motorzylinder 5 und 6 innerhalb der beiden außen gelegenen Kompressorzylinder 3 und 4 befinden, wie dies in Abbildung 3 dargestellt ist. Die sonstige Anordnung und Ausbildung der Anlage stimmt dabei mit derjenigen des

Motor-Kompressors gemäß Abbildung 1 überein und es ist insbesondere die Lage und Winkelstellung der einzelnen Kurbelzapfen in beiden Fällen genau dieselbe, ebenso wie auch hinsichtlich der Wirkungsweise keinerlei Unterschiede bestehen.

Es ist nicht unbedingt erforderlich, dass die Motor- sowie die Kompressor-Kurbelzapfen stets genau um 180° gegeneinander versetzt sind. Vielmehr können durchaus, vor allem beispielsweise bei Dreizylinderaggregaten mit einem zwischen zwei Motorzylindern angeordneten Kompressorzylinder, kleine Winkelabweichungen in der Kurbelstellung möglich sein, ohne dass dadurch eine Beeinträchtigung der durch den Grundgedanken der Erfindung erzielten Vorteile eintritt.

Die Erfindung lässt sich je nach den im Einzelfall vorliegenden Erfordernissen selbstverständlich auch bei Anlagen verwirklichen, die aus mehr als einem oder zwei Kompressorzylindern bzw. aus mehr als zwei Motorzylindern bestehen. Wesentlich ist in allen Fällen nur, dass die von den einzelnen Kompressor- und Motorzylindern gebildeten Gruppen derart symmetrisch zueinander angeordnet werden, dass stets die Zylinder einer Gruppe zwischen den Zylindern der anderen Gruppe liegen und dass durch entsprechende Winkelstellung der Kurbelzapfen der Antriebsmaschine eine gleichmäßige Zündfolge in den einzelnen Motorzylindern gewährleistet ist.

Claims (4)

1) Motorkompressor, bestehend aus einem Kolben-Kompressor sowie aus einer Verbrennungskraftmaschine, die mit diesem in einem gemeinsamen Gehäuseblock vereinigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Kompressorzylinder

(3, 4; 12) symmetrisch zu den Zylindern (5, 6) der Verbrennungskraftmaschine angeordnet sind.

2) Motorkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Kompressorzylinder (3, 4; 12) zwischen zwei oder mehreren Zylindern (5, 6) der Verbrennungskraftmaschine angeordnet sind.

3) Motorkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinder

(5, 6) der Verbrennungskraftmaschine zwischen zwei oder mehreren Kompressorzylindern (3, 4) angeordnet sind.

4) Motorkompressor nach Anspruch 1 bis 3 mit einer Zweizylinder-Verbrennungskraftmaschine als Antriebsmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelzapfen (7, 8) der Verbrennungskraftmaschine (5, 6) die gleiche Winkelstellung besitzen und gegenüber den, zweckmäßig ebenfalls die gleiche Winkelstellung untereinander einnehmenden Kurbelzapfen (9, 10; 13) des Kompressors (3, 4; 12) um etwa 180° versetzt sind.