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Motorkompressoraggregat Die Erfindung bezieht sich auf ein Motorkompressoraggregat
mit als Kolbenmaschinen ausgebildetem Motorteil und Kompressorteil, deren zueinander
parallelen, in verschiedener Höhe zueinander liegenden Kurbelwellen durch mindestens
einen in einer lotrechten Ebene liegenden Zahnradtrieb miteinander verbunden sind.
Bei den meisten bekannten Ausführungen weist sowohl der Motorteil als auch der Kompressorteil
in Reihe angeordnete Zylinder auf, wobei die Zylinder der einen Reihe zu jenen der
anderen Reihe senkrecht stehen.
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Die Schwierigkeit beim Bau solcher Aggregate besteht hauptsächlich
darin, daß für die günstigste Auslegung des Motor- und Kompressorteiles ganz verschiedene
mittlere Kolbengeschwindigkeiten erforderlich sind, die sich, sofern man Motor-
und Kompressorzylinder auf eine gemeinsame Kurbelwelle arbeiten läßt, nicht gleichzeitig
verwirklichen lassen. Es sind deshalb Kompromißlösungen erforderlich, die hauptsächlich
bezüglich des Motorteiles einen unwirtschaftlichen Betrieb und große Abmessungen
ergeben.
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Dabei greifen Motor- und Kompressorkolben am gleichen Kurbelzapfen
an, wobei entweder die Motorpleuelstangen neben den Kompressorpleuelstangen liegen
oder aber einer der beiden Pleuelstangenköpfe derart gegabelt ausgeführt ist, daß
z. B. die Kompressorpleuelstange innerhalb der gegabelten Motorpleuelstange auf
dem gemeinsamen Kurbelzapfen läuft. In diesem Falle ist der Hub und damit die mittlere
Geschwindigkeit der Motor- und Kompressorkolben gleich groß. Da man jedoch im Kompressorzylinder
mit Rücksicht auf den vorgeschriebenen schädlichen Raum nur einen beschränkten Ventilquerschnitt
unterbringt, und man außerdem zur Vermeidung einer Verschlechterung des Liefergrades
des Kompressors eine bestimmte Gasgeschwindigkeit im Ventil nicht überschreiten
kann, ist die Geschwindigkeit des Kompressorkolbens nach oben begrenzt. Es würde
damit zwangläufig auch der Motorkolben die gleiche mittlere Geschwindigkeit besitzen,
obwohl man bei unabhängiger Auslegung den Verbrennungsmotor mit einer größeren Kolbengeschwindigkeit
auslegen würde. Um trotz der kleinen mittleren Kolbengeschwindigkeit doch noch eine
möglichst große Zylinderleistung zu bekommen, ist es bei diesen Motoren üblich,
den Zylinderdurchmesser -etwa gleich dem Kolbenhub auszuführen. Man muß hierbei
eine größere thermische Belastung von Zylinderkopf und Kolben in Kauf nehmen.
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Es ist auch schon bekannt, für die Motorkolben dadurch eine größere
Kolbengeschwindigkeit zu erzielen, daß man für Motor- und Kompressorpleuelstange
getrennte Kurbelwellenkröpfungen mit verschiedenen Kurbelradien vorsieht. Da hierbei
zwischen je zwei benachbarten Kurbelzapfen immer wieder eine Kurbelwange liegen
muß, führt dieses System zu größeren Baulängen und zu einem ungünstigeren Kraftfluß
innerhalb der Kurbelwelle. Dabei rücken auch die bei der erstgenannten Anordnung
nebeneinander gelagerten Pleuelstangen je um die Breite einer Kurbelwange auseinander,
wodurch im gleichen Ausmaß auch der Abstand der Kurbelwellenlager wächst. Hierdurch
entstehen beachtliche Biegemomente, deren Wirkung um so unangenehmer in Erscheinung
tritt, als der Kraftfluß innerhalb der Kurbelwelle durch die Kröpfungen beeinträchtigt
ist.
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Es ist auch eine Ausführung vorgeschlagen worden, bei welcher die
Kompressorpleuelstange jeweils unmittelbar neben einer Motorpleuelstange an verschiedenen
Kurbelzapfen in derselben Kröpfung der Kurbelwelle angreifen, wobei der Radius der
Kompressorkurbeln kleiner ist als der Radius der Motorkurbeln, aber der Durchmesser
der Kompressorkurbelzapfen größer ist als der Durchmesser der Motorkurbelzapfen.
Hierdurch erreicht man zwar verschiedene Kolbengeschwindigkeiten für Motor-und Kompressorteil,
eine etwas gedrungenere Bauart wegen Wegfalles getrennter Kröpfungen für Motor-und
Kompressorteil und schließlich einen günstigen Kraftfluß in der Kurbelwelle, jedoch
ist die Freizügigkeit bei der Konstruktion weitgehend eingeschränkt.
Es
sind hierbei für den Motor wesentlich weniger Zylinder möglich als erwünscht, und
beide Teile müssen mit derselben verhältnismäßig niedrigen Drehzahl arbeiten. Es
ist z. B. nicht möglich, den Motorteil als eine vielzylindrige, hochtourige Einheit
auszubilden, die den wirtschaftlichen Forderungen hinsichtlich Fertigung und Betrieb
voll entsprechen würde. Mit anderen Worten, bei dem Motorteil wird es sich immer
um eine verhältnismäßig näedrigtourige Maschine mit wenigen Zylindern handeln müssen,
die dementsprechend groß und schwer ausgeführt werden muß und auch hinsichtlich
des Kraftstoffverbrauches im Vergleich zu den modernen hochtourigen und vielzylindrigen
Motoren weit zurückbleibt.
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Es ist ein Aggregat bekannt, dessen mit getrennter Kurbelwelle arbeitender
Motor- und Kompressorteil in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind. Die beiden
Kurbelwellen sind durch einen in einer lotrechten Ebene liegenden Zahnradtrieb miteinander
verbunden. Die Verdichter- und Motorzylinder sind stehend in einer Reihe nebeneinander
angeordnet. Hierdurch ergeben sich bei Aggregaten mittlerer und großer Leistung
große Aggregatlängen und Schwierigkeiten auf dem Gebiet der Schwingungen.
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Die Erfindung geht deshalb einen grundsätzlich anderen Weg und schlägt
vor, das Kurbelgehäuse des Motorteiles auf dem Kurbelgehäuse des mit liegenden Zylindern
versehenen Kompressorteiles anzuordnen. Auf diese Weise erzielt man praktisch eine
völlige Unabhängigkeit des Motorteiles vom Kompressorteil, was deren Auslegung betrifft,
so daß sowohl der Kompressor als auch der Motor optimal günstig hinsichtlich der
Abmessungen und Wirkungsgrade gestaltet werden können. Dies führt auch dazu, daß
der Motorteil fast völlig einem Motor entspricht, wie er serienmäßig auch für andere
Verwendungszwecke erzeugt werden kann, so daß auch eine Verbilligung der Fertigung
und eine Verbesserung hinsichtlich Ersatzteilhaltung und Reparaturen eintritt. Es
hat sich gezeigt, daß ein Motorkompressor der erfindungsgemäßen Art gegenüber einem
Motorkompressor bekannter Ausführung ganz wesentlich kleiner und leichter ausfällt,
was unter Umständen ebenfalls ein entscheidender Vorteil sein kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann den Kurbelgehäusen des
Motor- und des Kompressorteiles eine gemeinsame Ölwanne zugeordnet sein, die zur
Sammlung des gesamten Öles dient. Dieser Ausführungsvorschlag ermöglicht es, die
Motor- und die Kompressorkurbelwelle nahe aneinanderzurücken, so daß der Zahntrieb
zwischen diesen Wellen klein gehalten werden kann und das Kurbelgehäuse des Kompressors
ebenfalls niedriger wird. Von Vorteil hierbei ist auch, daß die Wartung hinsichtlich
der Schmierung der beiden Einheiten vereinfacht ist. Nach einem weiteren Merkmal
der Erfindung kann auch eine gemeinsame Schmierölpumpe für Motor-und Kompressorteil
vorgesehen sein, die vorzugsweise am Motorgehäuse befestigt ist und ihren Antrieb
von der Motorkurbelwelle erhält.
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Schließlich können erfindungsgemäß auch zwei Motoreinheiten in Richtung
der Kurbelwellenachse hintereinander angeordnet sein, die auf eine einzige Kompressorkurbelwelle
arbeiten, wobei gegebenenfalls die Kupplung zwischen den beiden Motoren lösbar sein
kann. Es ist aber auch möglich, die Kurbelwelle des Kompressorteiles in der Mitte
geteilt auszuführen und die beiden Motoreinheiten je getrennt für sich über je einen
Zahnradtrieb auf den Barunterliegenden Kurbelwellenteil arbeiten zu lassen. Diese
Ausführung ermöglicht den Betrieb des Motorkompressors mit halber Leistung bei günstigstem
Kraftstoffverbrauch und auch Reparaturen an einem Teil des Aggregates, während der
andere Teil im Betrieb ist. Auch hier können zwischen den Wellen lösbare Kupplungen
vorgesehen werden.
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Die Erfindung wird an Hand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Fig.1 -der Zeichnung zeigt ein Motorkompressoraggregat bekannter Ausführung in Vorderansicht
und teilweise im Mittelschnitt. Fig.2 zeigt hierzu eine Draufsicht und Fig.3 eine
Seitenansicht mit teilweisem Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 2. In. Fig.
4 ist ein Motorkompressoraggregat nach der Erfindung in Vorderansicht und teilweisem
Mittelschnitt dargestellt. Fig. 5 zeigt hierzu eine Draufsicht und Fig. 6 eine Seitenansicht
mit Teilschnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 5. Eine weitere Ausführung nach der
Erfindung ist in Fig.7 in Vorderansicht, in Fig. 8 in Draufsicht und in Fig. 9 in
Seitenansicht dargestellt.
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Die in den Fig.1 bis 3 dargestellte Motorkompressoranlage bekannten
Aufbaues weist acht stehende Motorzylinder 2 und vier liegende Kompressorzylind'er
3 an einem gemeinsamenMaschinengehäuse l auf. Die in diesen Zylindern hin- und hergehenden
Kolben sind mittels Pleuelstangen 5 bzw. 6 an der gemeinsamen Kurbelwelle 4 angelenkt.
In Fig.1 ist ein Motorkolben mit 7 bezeichnet; Kompressorkolben sind nicht sichtbar.
An der den Kompressorzylindern 3 gegenüberliegenden Längsseite des Maschinengehäuses
1 sind die für den Betrieb des Motors erforderlichen Gebläse 8, z. B. Spül- oder
Ladegebläse, angeordnet. Das Schwungrad ist mit 9 bezeichnet. Die vorliegende Anlage
kann beispielsweise für eine Leistung von 2000 PS bestimmt und der Motor als Gasmotor
ausgebildet sein.
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Bei dem in den Fig. 4 bis 6 dargestellten Motorkompressoraggregat
nach der Erfindung sind wiederum die Kompressorzylinder 3 horizontal angeordnet,
und die Kompressorkolben arbeiten auf die Kurbelwelle 4'. An Stelle des den Kompressor-
und Motorteil aufnehmenden großen Maschinengehäuses ist hier ein lediglich den Kompressorteil
umfassendes Gehäuse 1' vorgesehen, auf welches ein raschlaufender Verbrennungsmotor
10 aufgesetzt ist, der zwei in V-Form angeordnete Zylinderreihen mit je acht Zylindern
11 aufweist. Die Motorkolben arbeiten in nicht weiter dargestellter und üblicher
Weise über Pleuelstangen auf eine eigene Kurbelwelle 12, deren Achse parallel
zur Achse der Kurbelwelle 4' des Kompressorteiles liegt. Die Drehverbindung zwischen
den beiden Kurbelwellen 4' und 12 ist durch die beiden Zahnräder 13 und 14 hergestellt,
von denen das Ritzel 13 auf der Motorkurbelwelle 12 und das größere Zahnrad 14 auf
der Kompressorkurbelwelle 4' sitzt. Die zwischen Motor und Kompressor auf diese
Weise eingeschaltete Drehzahluntersetzung kann in weiten Grenzen durch die Wahl
der Zahnraddurchmesser bestimmt werden und beträgt praktisch etwa 1: 3 bis 1:5.
Ein großes Schwungrad wird in diesem Falle überflüssig, denn, soweit nicht schon
durch die Zahnräder 13, 14 das erforderliche Schwungmoment erzielt wird, genügt
ein auf der raschlaufenden Motorkurbelwelle 12 angeordnetes verhältnismäßig kleines
Schwungrad 15. Mit Ausnahme der fehlenden Ölwanne gleicht der verwendete Motor 10
weitestgehend
einer für andere Antriebe verwendeten serienmäßig
gebauten Maschine. Das z. B. mittels einer Abgasturbine 17 angetriebene Spül- oder
Ladegebläse 16 ist an der dem Schwungrad 15 entgegengesetzten Stirnseite des Motors
angeordnet.
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Das beschriebene Motorkompressoraggregat besitzt die gleiche Leistung,
also beispielsweise 2000 PS, wie die bekannte Ausführung nach Fig. 1 bis 3. In den
Fig. 4 und 6 sind zum Vergleich der Lichtraumprofile die Umrißlinien 18 und 19 der
Maschine nach Fig.1 bzw.3 strichpunktiert eingezeichnet. Man sieht daraus ganz deutlich,
daß die Anlage nach der Erfindung wesentlich kleiner ausfällt als die Anlage bekannter
Bauart. Mit diesem oft entscheidenden Vorteil ergibt sich noch der weitere Vorzug
einer verbilligten Herstellung, insbesondere dann, wenn der Motor als Serienprodukt
auch für andere Verwendungszwecke gefertigt wird. Bei der Konstruktion der Anlage
ist dem Konstrukteur sowohl hinsichtlich der Auslegung des Kompressorteiles als
auch des Motorteiles größte Freizügigkeit gegeben, so daß beide Gruppen hinsichtlich
ihrer Leistungen und Wirkungsgrade entsprechend dem letzten Stand der Technik ausgebildet
werden können. Es sind damit ein niedriger Kraftstoffverbrauch und ein günstiges
Betriebsverhalten gewährleistet.
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Das ablaufende Schmieröl sowohl des Motors als auch des Kompressors
sammelt sich im Ölsumpf der Ölwanne 20' des Kompressorkurbelgehäuses 20 und wird
von dort von einer am Motorgehäuse 10 angebrachten, als Zahnradpumpe ausgebildete
Ölpumpe22 über ein Tauchrohr 21 abgesaugt und über Filter und Kühler in üblicher
Weise wieder in den gemeinsamen Motoren- und Kompressorölkreislauf gedrückt.
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Bei dieser Anlage weisen die Kompressorzylinder 3 untereinander ziemlich
große Abstände auf, die aus baulichen Gründen nicht verringert werden können. Die
Folge davon ist eine verhältnismäßig lange Kurbelwelle des Kompressorteiles. Dieser
noch bestehende Nachteil wird durch die in den Fig. 7 bis 9 für gleiche Leistung
dargestellte erfindungsgemäße Ausführungsform vermieden, bei welcher die Kompressorzylinder
in Boxeranordnung am Maschinengehäuse 1" gegeneinander versetzt angeordnet sind.
Auch hier ist derselbe serienmäßige Sechzehnzylinder-V-Motor 10 wie bei der Ausführung
nach Fig. 4 bis 6 verwendet, und die Kraftübertragung zwischen diesem und dem Kompressorteil
erfolgt in gleicher Weise.
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Die in Fig. 7 und 8 eingezeichneten Umrißlinien 18 bzw. 23 entsprechen
wieder der bekannten Ausführung nach Fig.1 und 2. Zum besseren Vergleich sind die
Darstellungen in Fig. 8 und 9 gegenüber dem Aufriß Fig. 7 um 90° verdreht gezeichnet.
Man sieht daraus ganz deutlich, daß bei dieser Ausführung die Grundfläche des Aggregates
kleiner ist wie bei der herkömmlichen Bauart nach Fig. 3. Das Lichtraumprofil in
Vorder- und Seitenansicht ist ganz wesentlich kleiner. Dabei ist auch die Kurbelwelle
des Kompressorteiles gegenüber beiden vorherigen Ausführungen etwa auf die Hälfte
verkürzt. Da bei den erfindungsgemäßen Motorkompressoren die hohen Zünddrücke nicht
unmittelbar auf die Kompressorkurbelwelle einwirken, kann diese als Gußteil rationell
hergestellt werden.