DEP0040147DA

DEP0040147DA - Compressor system

Info

Publication number: DEP0040147DA
Authority: DE
Inventors: Philipp Röhmig
Original assignee: Frankfurter Maschinenbau AG
Current assignee: Frankfurter Maschinenbau AG
Publication date: 1951-03-15

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.To drive piston compressors, either piston engines, especially steam engines and internal combustion engines, or electric motors are used, depending on the intended use and the operational conditions in each individual case. When steam engines are used, the compressor cylinder and cylinder of the drive machine are expediently arranged one behind the other in such a way that the piston rod is common to both units. If, on the other hand, the drive is carried out by an internal combustion engine or an electric motor, since starting the compressor requires a relatively high expenditure of force, especially in the case of units with greater power, the compression unit is usually separated from the drive unit and is connected to it by a power transmission element that can be switched off connected. As such, apart from the initially usual drive belt or toothed gear transmissions, a flexible, engaging and disengaging clutch is generally used, which makes it possible to start up the engine first and then to disengage the compressor.

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.Even if such directly coupled units take up relatively little space, since the compressor and drive machine can be set up close to one another on a common base plate, which at the same time ensures that both machines are always well aligned with one another remain, it is - especially when using internal combustion engines standing arrangement to drive compressors of small and medium power - often desirable to combine the motor and compressor even more extensively and to combine them in a single housing block for this purpose. Such an arrangement makes it possible to limit the space requirement of the overall unit to a minimum and thus to reduce the manufacturing costs of the system quite significantly while greatly simplifying the design.

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.The so-called motor compressors are consistently designed in such a way that the motor and compressor cylinders are accommodated in an arrangement of usually two next to each other in a common housing block that also accommodates the continuous crankshaft. However, this has the disadvantage that, due to the 180 ° offset of the crank position of the four-stroke drive motor, the firing sequences occur at uneven intervals, alternating after 180 ° and 540 ° rotation. This results in a non-uniform torque, for the compensation of which a correspondingly heavy flywheel is required. Since the compressor cylinders - in contrast to the engine cylinders - work in a two-stroke cycle, it is necessary to store part of the power of the internal combustion engine in the flywheel in order to be able to make it available to the compressor while the machine is idling to maintain an undiminished compression work. During the idle strokes of the engine, the entire work output of the compressor must be extracted from the flywheel.

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.This results in the disadvantage that the housing block and thus the entire system have a relatively unsteady state. There are vibrations around the crankshaft axis, which are particularly disruptive in the case of mobile and portable assemblies and, in the long run, may also have a detrimental effect. In addition, the starting of these systems causes difficulties, since both to accelerate the heavy flywheel and - depending on the crank position - to overcome the compression strokes in quick succession, a considerable amount of work or effort is required.

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.According to the present invention, these shortcomings and disadvantages of the known motor-compressor design are remedied in a safe and reliable manner in that the compressor and motor cylinders are not each accommodated side by side in the housing block, but rather the compressor cylinder (s) symmetrically to the cylinders of the internal combustion engine arranges. This can be done either in such a way that the compressor cylinder or cylinders are placed between one or more engine cylinders, or conversely, the cylinders of the internal combustion engine are located between the compressor cylinders.

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.Such a symmetrical distribution of the individual cylinder groups makes it possible to give the crank pins of the two engine cylinders the same angular position with the generally common use of two-cylinder engines as drive machines, which has the advantage that the firing sequences are now evenly after every 360 ° rotation appear. The crank pins of the compressor cylinders also have the same angular position as one another, but are offset by 180 ° with respect to the motor crank pin. In this way, a completely even torque and thus - as a major advantage of the new arrangement - an extraordinarily quiet state of the entire system is achieved. The previously unavoidable fluctuations and vibrations of the unit around the crankshaft axis are completely avoided and there is practically no deviation of the cylinder axes from the perpendicular - even with the greatest load.

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.Since the work of the prime mover is transferred essentially directly from the individual engine cylinders to the compressor cylinder (s) due to the uniform firing sequence, i.e. without accumulation in the flywheel, the flywheel can be held much more easily. As a result, the system can be started without any particular difficulties, especially since the compression strokes occur at the same intervals and can therefore be overcome relatively easily.

Die Zeichnung veranschaulicht den Gegenstand der Erfindung bei einigen in schematischer Darstellung wiedergebenen Motor-Kompressoren, und zwar zeigen:The drawing illustrates the subject matter of the invention in some motor compressors shown in a schematic representation, namely show:

Abb. 1 eine Kompressor-Anlage mit zwei zwischen den Motorzylindern angeordneten Kompressionszylindern,Fig. 1 a compressor system with two compression cylinders arranged between the engine cylinders,

Abb. 2 eine Anlage mit nur einem mittleren Kompressorzylinder undFig. 2 shows a system with only one central compressor cylinder and

Abb. 3 eine Anlage mit zwei zwischen den Kompressorzylindern gelegenen Motorzylindern.Fig. 3 shows a system with two motor cylinders located between the compressor cylinders.

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.The motor-compressor according to Figure 1 consists of a two-cylinder piston compressor and a two-cylinder four-stroke internal combustion engine, which are housed in a uniform housing block 1 and have a common continuous crankshaft 2. According to the invention, the two compressor cylinders 3 and 4 are arranged symmetrically to the two motor cylinders 5 and 6 in such a way that they lie between them. The crank pins 7 and 8 of the motor have the same angular position and are offset by 180 ° with respect to the crank pins 9 and 10 of the compressor, which are also located in the same angular position. This results in a firing sequence occurring at equal intervals of 360 ° in the two engine cylinders, and thus a constant torque, which results in particularly smooth running or standstill of the system. The flywheel 11 is relatively small, which also makes starting the unit much easier.

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.In the embodiment according to Figure 2, the two middle compressor cylinders are combined on a single working cylinder 12, while the rest of the design of the system is the same as in Figure 1.The arrangement of only one compressor cylinder - apart from the resulting simplification and reduction in size Overall system - enables better utilization of the engine and, of course, the production costs are also kept lower. In this case too, the crank pin 13 of the compressor cylinder is offset by 180 ° with respect to the two motor crank pins 7 and 8.

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 desThe mutual assignment of the cylinder groups can also take place in such a way that the two motor cylinders 5 and 6 are located within the two external compressor cylinders 3 and 4, as shown in Figure 3. The other arrangement and design of the system agrees with that of the

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.Motor-compressor according to Figure 1 and in particular the position and angular position of the individual crank pins are exactly the same in both cases, as well as there are no differences with regard to the mode of operation.

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.It is not absolutely necessary that the motor and compressor crank pins are always offset from one another by exactly 180 °. Rather, especially in the case of three-cylinder units with a compressor cylinder arranged between two motor cylinders, small angular deviations in the crank position can be possible without impairing the advantages achieved by the basic idea of the invention.

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.Depending on the requirements in the individual case, the invention can of course also be implemented in systems which consist of more than one or two compressor cylinders or more than two motor cylinders. In all cases, it is only essential that the groups formed by the individual compressor and motor cylinders are arranged symmetrically to one another in such a way that the cylinders of one group are always located between the cylinders of the other group and that a uniform firing sequence in the individual engine cylinders is guaranteed.

Claims

1) Motor compressor, consisting of a piston compressor and an internal combustion engine, which is combined with this in a common housing block, characterized in that the compressor cylinder or cylinders

(3, 4; 12) are arranged symmetrically to the cylinders (5, 6) of the internal combustion engine.

2) Motor compressor according to claim 1, characterized in that the compressor cylinder or cylinders (3, 4; 12) are arranged between two or more cylinders (5, 6) of the internal combustion engine.

3) motor compressor according to claim 1, characterized in that the cylinder

(5, 6) of the internal combustion engine are arranged between two or more compressor cylinders (3, 4).

4) Motor compressor according to claim 1 to 3 with a two-cylinder internal combustion engine as the drive machine, characterized in that the crank pins (7, 8) of the internal combustion engine (5, 6) have the same angular position and opposite the crank pins, which also expediently occupy the same angular position among each other (9, 10; 13) of the compressor (3, 4; 12) are offset by about 180 °.