Eine derartige Verdichteranlage soll durch die Nutzung der entstehenden Pro- zeßwärme den Wirkungsgrad der Anlage verbessern und somit Energie ein- sparen.

Aus der Patentschrift DE 41 23 208 C 2 ist eine Verdichteranlage bekannt, bei der antriebsseitig an der Abgasseite einer Brennkraftmaschine mindestens ein Abgasturbolader in der Saug-und/oder Druckleitung eines Verdichters ange- ordnet ist und dem Verdichter vorverdichtete Luft zuführt und/oder die vom Verdichter verdichtete Druckluft nachverdichtet.

Nachteilig hierbei ist, dass durch die Anordnung eines oder mehrerer Abga- sturbolader im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine deren Abgasgegen- druck erhöht und somit deren mechanische Nutzleistung verringert wird. Der Abgasgegendruck steigt auf etwa 1,5 bar an und bewirkt eine Reduzierung der mechanischen Nutzleistung aufgrund der höheren Ausschiebearbeit der Kol- ben der Brennkraftmaschine von etwa 20 % bei herkömmlichen Brennkraft- maschinen mit einem niedrigen mittleren effektiven Druck.

Zusätzlich bewirkt der Abgasgegendruck eine schlechtere Füllung der Brenn- kraftmaschine mit Frischluft, weshalb die Kraftstoffmenge zur Erzielung einer vollständigen Verbrennung des Kraftstoffs verringert werden muß und die Leistung der Brennkraftmaschine sinkt. Der hierdurch verursachte Leistungs- verlust liegt bei herkömmlichen Saugmotoren etwa bei 10 %.

Somit ergibt sich ein Gesamtleistungsverlust der Brennkraftmaschine von etwa 30 %. Dieser Leistungsverlust der Brennkraftmaschine und der daraus resultierende Verdichtungsverlust des durch die Brennkraftmaschine angetrie- benen Verdichters ist zu hoch, da er nicht durch die zusätzlich gewonnene Verdichtung durch die eingesetzten Abgasturbolader kompensiert werden kann.

Der gegenüber einer herkömmlichen Verdichteranlage ohne einen dem Ver- dichter vorgeschalteten Abgasturbolader höhere bauliche Aufwand der Ver-

dichteranlage nach der Patentschrift DE 41 23 208 C 2 bewirkt, dass eine sol- che Anlage sehr unwirtschaftlich und ineffizient ist.

Aus der US-PS 2,849,173 ist ein Kompressor System bekannt, bei dem durch die Abgase einer einen Kolbenkompressor antreibenden Wärmekraftmaschine eine Gasturbine mit angetrieben wird, der den Kolbenkompressor über einen von der Gasturbine angetriebenen Kompressor mit vorverdichteter Luft ver- sorgt. Es ist hierbei als vorgeschalteter Kompressor ein mehrstufiger Axial- verdichter offenbart.

Es ist bei der offenbarten technischen Lehre nachteilig, daB ein solches Kom- pressor System aufgrund des verwendeten mehrstufigen Axialverdichters eine teure und sperrige Lösung darstellt und für die Verwendung als mobile Ver- dichteranlage ungeeignet ist. Zudem sind große Leistungsverluste der Brenn- kraftmaschine aufgrund des hohen Abgasgegendrucks vorhanden, der durch die nachgeschaltete Gasturbinen-Verdichter-Stufe verursacht wird. Eine Ver- besserung des Wirkungsgrades einer Verdichteranlage durch die Vorschaltung einer von den Abgasen angetriebenen Vorverdichterstufe wird daher mit die- ser technischen Lehre nicht erreicht.

Aus der US-PS 3,204,859 ist ebenfalls eine Anordnung bekannt, bei der von den Abgasen einer Wärmekraftmaschine ein Abgasturbolader angetrieben wird. Diese Erfindung offenbart die Aufteilung der durch einen Turbolader vorverdichteten Luft auf den Motor einerseits und den eigentlichen Verdichter andererseits. Es wird hierbei vom Verdichter zum einen Frischluft angesaugt, zum anderen wird diesem dann vorverdichtete Luft vom Turboverdichter zu- geführt, wenn der Ladedruck den vom Motor benötigten Ladedruck übersteigt, also ein Überschuß an Vorverdichtungsdruck vorliegt, der zur Öffnung eines Ventils zum Verdichter führt.

Es ist bei dieser Anordnung nachteilig, daß nur ein Teil der vorverdichteten Luft dem eigentlichen Verdichter zur Verfügung steht und dies auch nur, wenn der Ladedruck ein bestimmtes Niveau erreicht hat. Zudem ist nachteilig, daß die vorverdichtete Luft im Verdichter in einen Zwischenbereich einge- speißt wird, was Probleme bei der Abdichtung und Auslegung der Maschine mit sich bringt, da es im Zwischenbereich zu einer Zunahme des Volumens- stroms kommt.

Aus der US-PS 4,563,132 ist eine Motor-Verdichter-Einheit bekannt, bei der zwei von den Abgasen des Motors angetriebene Turbolader in der Saugleitung des Verdichters angeordnet sind. Wie schon in der Schrift US-PS 3,204,859

ist auch hier eine Aufteilung der vorverdichteten Luft auf Motor und Ver- dichter mittels eines Ventils vorgesehen.

Nachteilig hierbei ist, daß Motor und Verdichter mit der gleichen Drehzahl laufen wodurch keine Variation des Drucks und der Lieferrnenge möglich ist.

Die Motor-Verdichter-Einheit ist daher nicht für den Einsatz als mobile Ver- dichtereinheit geeignet sondern für den Motorbetrieb konzipiert, da die Ver- dichterseite nicht optimal ist.

Ziel der Erfindung ist es, bei einer Verdichteranlage mit einem dem Verdich- ter vorgeschalteten Abgasturbolader den Gesamtwirkungsgrad zu verbessern und somit eine wirtschaftliche Anwendbarkeit einer solchen Verdichteranlage zu ermöglichen.

Erreicht wird dies nach der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche 4 bis 9 beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Eine Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades wird demnach dadurch er- reicht, dass zwei Abgasturbolader so hintereinander angeordnet sind, dass der Abgasmassenstrom eines Dieselmotors zuerst den ersten Abgasturbolader an- treibt, der diesem Dieselmotor verdichtete Luft zuführt und anschließend den zweiten Abgasturbolader antreibt, der dem Verdichter vorverdichtete Luft zu- führt. Hierbei ist die turbinenseitige Laufradgeometrie des dem Verdränger- verdichter vorgeschalteten Abgasturboladers, beispielsweise der Durchmesser des Laufrades, an die unterschiedlichen Massenströme auf der Turbinen-und der Verdichterseite des Abgasturboladers angepaßt und die turbinenseitige Laufradgeometrie des dem Dieselmotor vorgeschalteten Abgasturboladers, beispielsweise der Außendurchmesser des Laufrades, an den Abgasgegen- druck und die Temperatur resultierend aus dem nachgeschalteten Abgastur- bolader des Verdrängerverdichters angepaßt.

Durch die so erreichte Erhöhung des mittleren effektiven Drucks des verwen- deten Dieselmotors wird der Verlust an mechanischer Nutzleistung auf etwa 15 % reduziert. Ein Leistungsverlust aufgrund einer schlechteren Füllung des Dieselmotors mit Frischluft kann durch einen höheren Ladedruck vermieden werden.

Der Gesamtleistungsverlust des Dieselmotors verursacht durch den Abgasge- gendruck wird so auf etwa 15 Sá verringert.

Eine zusätzliche Verringerung der Verluste des Dieselmotors kann dadurch erreicht werden, dass die Ladeluft vorm Eintritt in den Dieselmotor zwischen-

gekühlt wird. Hierdurch erhöht sich der mittlere effektive Druck des Motors, wodurch der Abgasgegendruck von ca. 1,5 bar lediglich zu einem Verlust an mechanischer Nutzleistung von etwa 10 % führt. Auch in diesem Fall treten keinerlei Verluste aufgrund einer schlechten Füllung des Dieselmotors mit Frischluft auf, weshalb sich der Gesamtleistungsverlust auf etwa 10 % verrin- gert.

Die in dem Abgasturbolader vor dem Verdrängerverdichter gewonne Ver- dichterleistung entspricht etwa 25 % der mechanischen Nutzleistung des Mo- tors. Daraus resultierend ergibt sich für die erfindungsgemae Verdichteranla- ge ein Leistungsgewinn von 15 %.

Desweiteren ist die erfindungsgemäße Verdichteranlage mit einem Diesel- motor mit Abgasturbolader vorteilhaft, da der nutzbare Drehzahlbereich des Dieselmotors hier größer ist. Die Veränderung der Drehzahl des Dieselmotors ist von großer Bedeutung, da die Druckluftentnahme aus der Verdichteranlage schwankend erfolgt und somit die Motordrehzahl je nach Druckluftentnahme angehoben oder verringert wird.

Bei herkömmlichen Verdichteranlagen ist lediglich eine Reduzierung der Motordrehzahl um 30 % bis 40 % ausgehend von einer maximal nutzbaren Drehzahl möglich, da ein in etwa konstanter Drehmomentbedarf des Verdich- ters zur Bereitstellung eines konstanten Enddruck über den gesamten Dreh- zanlbereich des Motors vorliegt. Der nutzbare Drehzahlbereich liegt bei- spielsweise zwischen 2500 Umdrehungen pro Minute und 1500 Umdrehungen pro Minute.

Bei der Verdichteranlage mit zusätzlichem Abgasturbolader setzt sich der Drehmomentbedarf aus zwei Teilen zusammen, dem des Schraubenverdichters und dem des zusätzlichen Turboladers. Mit sinkender Drehzahl des Diesel- motors verringert sich auch die Abgasturboladerleistung und somit der Ab- gasgegendruck. Der sinkende Abgasgegendruck bewirkt nun einen Anstieg des mechanisch nutzbaren Motordrehmoments des Dieselmotors, so dass auch in diesem Betriebszustand ein ausreichendes Motordrehmoment zur Bereit- stellung des angestrebten Enddruck durch den Verdichter anliegt.

Es ist somit möglich, den Drehzahlbereich des Dieselmotors hin zu niedrigen Drehzahlen zu vergröBern, so dass ein Drehzahlbereich zwischen 2500 Um- drehungen pro Minute und 1000 Umdrehungen pro Minute nutzbar ist. Dies entspricht einer Vergrößerung des nutzbaren Drehzahlbereichs um etwa 50 %.

Gerade bei einer nur gelegentlichen Entnahme von Druckluft aus der Ver- dichteranlage ergibt sich durch die Nutzbarkeit niedrigerer Drehzahlen des

Dieselmotors ein Kraftstoffeinsparpotential von bis zu 30 % gegenüber her- kömmlichen Verdichteranlagen.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Verdichteranlage liegt in der Verwendung eines Verdrängerverdichters.

Es ist bei durch Brennkraftmaschinen angetriebenen Verdichteranlagen üb- lich, die Liefermenge an Druckluft auch über die Maschinendrehzahl zu regu- lieren. Eine Verringerung der Motordrehzahl und ein daraus resultierender Verlust an Vordruck bewirkt allerdings ebenfalls eine Verringerung der Ver- dichterleistung des Abgasturboladers vor dem Verdichter. Der daraus resultie- rende geringere Vordruck bedingt die Erzeugung eines höheren Druckverhält- nisses durch den Verdichter zur Erzielung eines angestrebten konstanten End- druckes.

Die erfindungsgemäße Verdichteranlage löst dieses Problem durch die Ver- wendung eines Verdrängerverdichters, der auch bei sich ändernden Druckver- hältnissen vor dem Verdichter noch in der Lage ist, einen konstanten End- druck bereitzustellen, da praktisch kein Schadraum vorhanden ist. Im speziel- len soll ein flüssigkeitseingespritzter Verdrängerverdichter, beispielsweise ein Schrauben-oder Rotationsverdichter, Anwendung finden.

Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines flüssigkeitseingespritzten Ver- drängerverdichters ist, dass dieser bereits in einer einstufigen Bauform die benötigte Kompression bereitstellt, wodurch die gesamte Verdichteranlage baulich klein gehalten werden kein.

Im Folgenden soll anhand einer schematischen Zeichnung der Aufbau einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verdichteranlage dargestellt wer- den.

Verbrennungsluft wird über einen Luftfilter 10 gereinigt und durch eine An- saugleitung 70 einem Abgasturbolader 20 zugefiihrt.

Eine Leitung 72 führt die nun vorkomprimierte Verbrennungsluft einem Zwi- schenkühler 90 und eine Leitung 74 die zwischengekühlte : einem Dieselmotor 40 zu.

Eine Leitung 41 leitet das Abgas des Dieselmotors 40 zum Abgasturbolader 20. Eine möglichst kurze Verbindung 42 führt das teilentspannte Abgas einem zweiten Abgasturbolader 21 zu. Nach Durchtritt durch Abgasturbolader 21 wird das entspannte Abgas abgeleitet.

ERSATZBLATT (REGEL 26)

Die zu verdichtende Luft wird über einen Luftfilter 11 und eine Ansaugleitung 71 dem Abgasturbolader 21 zugeführt.

Eine Leitung 75 führt die nun vorkomprimierte Verbrennungsluft einem Zwi- schenkühler 91 und eine Leitung 75 die zwischengekühlte vorverdichtete Luft einem flüssigkeitseingespritzen Verdrängerverdichter 50 zu.

Eine Druckleitung 76 leitet die Druckluft mit der Einspritzflüssigkeit dem Druckbehälter 80 zu, wo ein Flüssigkeitsabscheider 81 die Einspritzflüssigkeit von der Druckluft trennt. Über eine Leitung 77, einen Filter 60, eine Leitung 78, einen Kühler 61 und eine Leitung 79 wird die Einspritzflüssigkeit wieder zum flüssigkeitseingespritzten Verdrängerverdichter zurückgeführt.

Die Druckluft wird aus dem Druckbehälter 80 über den Flüssigkeitsabscheider 81, ein Druckhalterückschlagventil 82 und eine Leitung 83 den Druckluftent- nahmestellen 84 zugeführt.