Kompressorarten


Es werden gemeinhin drei Bauarten von Kompressoren unterschieden.


1. Das Schaufelradgebläse


Es funktioniert nach einer Art Turbine mit Schaufelrädern und Schleuderwirkung, die das Gas im Verhältnis zum Quadrat der Umlaufgeschwindigkeit des Schaufelrades befördert und im Vergleich zum Roots-Gebläse leiser ist, aber auch weniger effektiv in den unteren Drehzahlbereichen. Vor allem Duesenberg machte diese Art von Kompressor populär.



a. Schaufelrad welches unterhalb des
b. Vergasers sitzt
c. über das Rollenlager erfolgt der Antrieb
 
So titelte einst eine zweiseitige Anzeige in der Motor und Sport aus dem Jahr 1928. Der Schlußsatz liefert die knappe Antwort gleich mit:

"Ein Motor, dessen vortreffliche Eigenschaften auch Sie davon überzeugen werden, daß es höchste Zeit für Sie ist, sich einen Mercedes-Sechszylinder zu kaufen"



Wir hätten es nicht besser erklären können...Oder vieleicht doch....?

"Von Kompressormotoren haben die meisten Kraftfahrer mindestens gehört und gelesen, und es assoziiert sich bei ihnen diesem Begriff ohne weiteres die Vorstellung von einem mit Geheul dahinbrausenden Renn- oder Sportwagen. Man weiß, daß in dem Augenblick, wenn „der Kompressor eingeschaltet wird", irgendein zusätzliches Aggregat in Tätigkeit tritt, dessen Aufgabe es ist, auf mehr oder minder geheimnisvolle Weise die Leistung des Motors zu erhöhen, man hat vielleicht auch schon einmal einen Blick unter die Haube eines Kompressormotors tun dürfen und dabei meist ein mit Kühlrippen besetztes, aber sonst undefinierbares Etwas entdeckt und ist um wenig Wissen bereichert weitergegangen"
(Aus der Berliner AAZ, Nr. 23, 1936)


... lassen Sie sich daher besser im Folgenden aus einem bunten Potpourri aus alten Zeitungsartikeln und Illustrationen aus den Jahren 1928 bis 1936 die Kompressortechnik erklären.


Die Entwicklung der Automobilmotoren in den letzten Jahren hat mehr und mehr eine Richtung eingeschlagen, die auf eine Leistungssteigerung durch Erhöhung der Umdrehungszahl bei Verminderung des Zylinderinhalts und damit der Größe der Motoren abzielte. Dabei hat sich die Erfahrung bestätigt, daß mit einer Erhöhung der Umdrehungszahl nicht gleichmäßig auch die Leistung des Motors wächst, da von einer bestimmten Tourenzahl ab die Ansaugwirkung des niedergehenden Kolbens nicht mehr genügt, den gleichguten Füllungsgrad des Zylinders wie bei niedrigen Tourenzahlen zu erreichen. Die Leistungskurve des Motors wird also, wenn ein gewisser Punkt erreicht ist trotz gesteigerter Umdrehungszahlen immer mehr fallen. Es war daher notwendig, ein Mittel zu finden, das die restlose Füllung der Zylinder sicherstellte. Dieses Mittel ist der Kompressor, der als Gebläse wirkend die Luft durch den Vergaser in die Zylinder preßt und die Leistung des Motors dadurch erhöht.


Die Verwendung des Kompressors wurde zuerst bei Flugmotoren versucht. Das Verdienst der DAIMLER MOTOREN GESELLSCHAFT in Stuttgart-Untertürkheim ist es, diese Erfahrungen auf das Automobil übertragen und in eingehenden Versuchen einen brauchbaren Kompressormotor für das Automobil erprobt zu haben. Seit dem Jahre 1923 bauen die Daimler-Werke serienmäßige Personenwagen-Typen mit Kompressor. Im Rennbetrieb hat sich der Kompressorgedanke inzwischen schon international durchgesetzt.


Mercedes-Kompressor-Rennwagen (120 PS) von 1923. Sein eindrucksvollster Sieg war bei der Targa Florio mit Christian Werner am Steuer.

Der Mercedes-Kompressor ist dem Motor vorgelagert. Er bildet mit seinem Antrieb, seiner Kupplung und Stillstandbremse ein besonderes aber sehr einfaches Maschinenaggregat. Er kann willkürlich durch vollständiges Niedertreten des Beschleunigerfußhebels betätigt und ebenso rasch wieder zum Stillstand gebracht werden. Wird die Kompressorkupplung gedrückt, so setzen sich die Gebläseflügel mit hoher Umdrehungszahl in Gang, saugen die Luft durch einen Schalldämpfer an und drücken sie von unten durch den Vergaser. Hier vermischt sich die Luft nach Maßgabe der automatischen Vergaserregelung mit dem zerstäubten Brennstoff, um dann in die Zylinder gedrückt zu werden.


Links: Das Gebläse; die untere Gehäuseschale ist abgenommen, um die Kupplung sichtbar zu machen, Darüber ist die Flanschfläche des zum Motor führenden Luftzuführungsrohres zu sehen, rechts davon der Hebelansatz zur Kupplung, oben der Lufteinlaß, durch den das Gebläse die Luft ansaugt.
Mitte: Das Gebläse demontiert, das gesamte Gehäuse ist abgenommen. Um zwei senkrechte Wellen kreisen zwei Flügel von der Form eines Doppelzylinders.
Rechts: Der Spezialvergaser auseinandergenommen.

Der Kompressor saugt Luft an und gibt sie unter Druck weiter. Das Prinzip dreht sich darum, daß die Verbrennungsluft, welche der Motor über den Vergaser hinweg aus seiner Umgebung mühsam ansaugt, ihm in reichlichem Maße nicht nur zur Verfügung gestellt, sondern unter mehr oder weniger Druck eingeblasen wird.

Natürlich ist es uns nicht allein um die Luft zu tun; denn von der Luft allein kann der Motor keine Energie gewinnen. Wenn aber durch den Vergaser eine größere Luftmenge strömt, nimmt sie auch entsprechend mehr energiehaltigen Kraftstoff auf, und damit gelangt überhaupt mehr Energie in die Zylinder. An sich wird die Menge des für jeden Arbeitshub erforderlichen Kraftstoffluftgemisches durch die Größe des Hubraumes bestimmt, vorausgesetzt, daß er auch wirklich mit Kraftstoffluftgemisch gefüllt ist. Es gibt aber zwei Möglichkeiten, bei denen die Füllung mangelhaft ist, einmal, wenn die Drosselklappe ganz oder teilweise geschlossen ist, zum andern aber, wenn die Kolbenbewegung bei steigender Drehzahl immer schneller wird und trotz geöffneter Drosselklappe der Luftstrom so rasch nicht zu folgen vermag. Die Zeit für das Offenhalten des Einlaßventils ist außerordentlich kurz. Der Luftstrom wird mit zunehmender Geschwindigkeit gehemmt, da er ja gesaugt, also gezogen werden muß (sogenannte Drosselverluste!) und am Ende der zeitlich immer kürzeren Ansaugperioden ist eben der Hubraum nur teilweise mit Gas gefüllt.


Dummerweise tritt das aber gerade dann ein, wenn meist besonders viel Kraft benötigt wird, etwa weil bei gesteigerter Geschwindigkeit der Luftwiderstand für das Fahrzeug immer größer wird, vielleicht auch, weil gerade eine Steigung die volle Kraft beansprucht. Wenn nun in solchem Falle dem trägen Gasstrom durch Druck von außen her „nachgeholfen" wird, so daß der Hubraum etwa die gleiche Füllung erhält wie bei langsamerer Kolbenbewegung, so müßte sich ein wesentlicher Leistungsgewinn bei den höheren Drehzahlen, also wenn man ihn braucht, ergeben. Wenn man dies mit Hilfe eines Gebläses erreicht, bezeichnet man dies als „Aufladen" der Zylinder. Und genau das übernimmt der Kompressor, die Einströmung wird durch einen Überdruck von außen intensiver. Es wird mehr Gemisch in den Zylinder gedrückt und man erhält somit aus mehr Gemisch auch mehr Leistung.

Der Kompressor stellt eine starke Kraftreserve dar, die es erlaubt, die normale Leistung des Motors vorübergehend erheblich zu steigern, z. B. zur raschen Beschleunigung des Wagens oder zur Überwindung von Steigungen. Der Motor erhält durch den Kompressor eine bedeutende Geschmeidigkeit, die nur von einem normalen Motor von wesentlich größeren Dimensionen und daher höherem Verbrauch und höherer Steuerklasse ebenso erreicht wird. Gerade die Tatsache, daß der Kompressor nach Belieben aus- und eingeschaltet werden kann, bildet den besonderen Vorzug dieser Motorenart. Der Kompressormotor vereinigt in einer Maschine die Sparsamkeit des Motors kleiner Dimension und Steuerklasse mit der Geschmeidigkeit und Kraftreserve des Motors großer Dimension. Der Kompressormotor mit eingeschaltetem Kompressor ist nichts anderes als ein Motor, der bei niederen Tourenzahlen den großen Kompressionsraum hat, den der geschmeidige moderne Wagen verlangt. Bei wachsenden Tourenzahlen gibt der Motor aber immer größere Leistung ab entsprechend der durch die Kompressorwirkung verbesserten Zylinderfüllung.

Nicht die Erzielung äußerster Spitzenleistungen wie beim Renn- oder Sportmotor, sondern die Erzielung hoher gleichbleibender Durchschnittsleistungen ist für den Gebrauchskraftwagen erstrebenswert. Hier gerade liegen die Hauptvorzüge des Kompressormotors, der dank seiner hohen Elastizität die denkbar beste Anpassung der Leistung an die jeweiligen Möglichkeiten und die vollkommene Ausnutzung guter Straßen und verkehrsfreier Strecken ermöglicht.


Der Mercedes Kompressormotor besitzt auch für das gleichmäßig langsame Tempo, wie es der moderne Großstadtverkehr erfordert, die denkbar beste Eignung. Die Mercedes-Sechszylindermodelle verfügen auch bei Betrieb ohne Kompressor dank der niedrigen Kompression ihrer Motoren über eine hohe Elastizität, die es ermöglicht, in der Stadt ein kleinstes Tempo von 8-10 km. Auf offener Strecke 85-100 km zu fahren, alles mit direktem Gang bei sparsamem Verbrauch und guter Verbrennung. Die Wagen sind auch ohne Kompressor sehr elastische Tourenwagen mit dem richtigen Kompressionsraum für Langsamfahrt. Wird der Kompressor eingeschaltet, so liefert er in den unteren Drehzahlen, die für langsames Fahren in Frage kommen, entsprechend seiner Wirkungsweise als Kreiselgebläse nur geringe Zusatzluft, so daß die Leistungskurve bei Kompressorbetrieb bei ganz niedrigen Touren nur wenig über der normalen Leistung liegt. Langsamfahren ist also auch bei Kompressorbetrieb - wenn bei niederen Drehzahlen der Kompressor überhaupt eingerückt wird - ohne weiteres und ohne unliebsame Nebenerscheinungen möglich. Erst mit zunehmender Drehzahl wird der Kompressor immer mehr Zusatzluft mit allmählich größer werdendem Druck den Zylindern zuführen und damit die Leistung über das normale Maß des Nichtkompressormotors hinaus steigern.


Schon beim Entwurf des Kompressormotors wurde selbstverständlich der Zeitweise auftretenden höheren Beanspruchung gewisser Teile Rechnung getragen und damit jede Beeinträchtigung ausgeschaltet. Dadurch ist sogar, solange ohne Kompressor gefahren wird, die Beanspruchung noch geringer, als beim Nichtkompressormotor. Bei Bau und Montage sind höchste Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit auch für diese Mercedesmotoren oberste Richtlinien geblieben. Hunderte mit größter Zuverlässigkeit laufende Kompressorwagen in der Hand unserer Kunden sind der beste Beweis für das tadellose Arbeiten dieser Motoren. Der Erfolg in der Großen Russischen Prüfungsfahrt 1925 Leningrad-Moskau - Tiflis - Moskau (5500 km), mit normalen Serienwagen errungen, war ein vollgültiger Beweis, daß der Kompressormotor auch in bezug auf seine Zuverlässigkeit höchsten Anforderungen gewachsen ist.


"Drückt man den Fußhebel vollständig herab, dann verändert man damit den Charakter des Wagens vollkommen. Aus einem normalen folgsamen Wagen wird er zum schnellen Windhund"
(Aus "The Autocar", 13.04.1923)

"Ein Wagen nach meinem Geschmack, sozusagen mein Idealwagen, müßte bei einem verhältnismäßig schwachen Motor große Geschwindigkeiten leisten können und dabei doch bei Fahrten inmitten des dichtesten Verkehrs der Straßen Londons sich gefügig erweisen, wie ein gut geschultes Pferd. Bisher fand ich diese beiden Typen noch niemals in ein und demselben Modell vereinigt. Da brachte es der Zufall mit sich, daß ich die Einladung zu einer Fahrt mit einem ausländischen Wagen erhielt, einem Wagen, der einen Mercedes Kompressormotor hatte. Hier waren nun auf einmal die beiden gesuchten Eigenschaften in glücklicher Ehe mit einander verbunden...... Da gab es Beschleunigungen, wie ich sie bisher noch niemals kennengelernt hatte, die Motorleistung schien geradezu verdoppelt."
(Oberstleutnant J. T. C. Moore-Brabazon im Londoner "The Autocar")

"Man darf nicht die Schwierigkeit übersehen, bei hoher Tourenzahl die Zylinder mit dem nötigen Gasgemisch zu beschicken. Aus dieser Verlegenheit half der Kompressor, ein Apparat, der das Gemisch unter gesteigertem Druck zuführt. Im Verlauf von 10 Jahren wird der Kompressor ein ebenso selbstverständlicher Bestandteil des Automobils sein, wie es die Vorderradbremsen heute schon sind." (Professor A. M. Low in einem Vortrag Im Londoner Ingenieur-Club)


Ein Artikel beschließt seine Ausführungen und Erklärungen über den Kompressor schließlich mit folgendem beachtenswerten Satz:

Vor dem eigenmächtigen Einbau eines Kompressors wird eindringlich gewarnt!


2. Der Sternkolbenkompressor

Äußerliches Konstruktionsmerkmal, des vor allem durch Ingenieur Zoller bekannt gewordenen Intrumentes ist ein zylindrisches Gehäuse (dem sog. Stator), in dem ein weiterer zylindrischer Körper (der sog. Rotor) exzentrisch eingehängt ist. Der Rotor weist senkrechte Schlitze auf, in denen Flügel gleiten können. Diese stehen unter Federdruck und legen sich stets an die inneren Flächen einer mitlaufenden Trommel an. Zwischen je zwei Flügeln, dem Gehäuse und dem Rotor bilden sich Hohlkammern, die durch die Umlaufbewegungen des Rotors verkleinert werden und das eingefüllte Gas verdichten. Beim Sternkolbenkompressor wird also das Gemisch vorverdichtet.



Links unten strömen die Gase vom Vergaser in den Stator des Kompressors. Sie gelangen dann durch eine Öffnung in den inneren Segmentraum zwischen den Armen des vierteiligen Rotors. Hierbei erfolgt die Verdichtung, da das Volumen des links unten an der Einströmstelle befindlichen Segmentes bei der Drehung im Uhrzeigersinn nach oben verkleinert wird. Rechts oben erfolgt im Sinne des Pfeiles der Austritt der Ladung aus dem Kompressor zum Motor.
 

3. Der Drehkolbenkompressor

Der Drehkolbenkompressor dominiet in der Ausführung als Roots-Gebläse. Er funktioniert nach dem Prinzip einer Zahn-radpumpe, wobei die Verdichtung - Die Kompression - der geförderten Luft- bzw. Gasmenge durch den Förderdruck erfolgt.



Man ersieht aus der Skizze die Anordnung des Kompressors zwischen Vergaser und Zylinder sowie die zwei Drehkolben im Kompressor.

In dem Gehäuse das mit einer Ein- und Austrittsöffnung versehen ist, bewegen sich zwei Profilkörper in gegenläufigem Sinn. Diese Drehkolben können zwei oder dreiflügelig ausgeführt sein.



Ihre Flanken wälzen sich genau aufeinan-der ab. Da die Drehkolben dicht an der Wandung des Gehäuses anliegen, können die Gase bei der Drehung nicht vorbei streichen, sondern müssen den Weg nehmen, den die zwischen den Drehkolben gebildeten Hohlräume beschreiben. Aus der Konstruktion ergibt sich, dass diese Hohlräume ständig gleichbleiben. Es erfahren die Gase daher keine Vorverdichtung, sondern sie werden lediglich unter Druck in den Zylinder eingeführt.

Bei seinen Überlegungen zum aufgeladenen Automobilmotor hat sich Paul Daimler zu seiner Zeit als der erste Kompressor 1919 in einen 10/30 PS Knight eingebaut wurde, eindeutig für das Roots-Gebläse entschieden. Und so blieb es auch über die ganze Kompressor-Ära hinweg!
 

Anordnung der Kompressoren

Wird der Kompressor vor dem Vergaser installiert, dann spricht man vom sog. Druck-Kompressor. In diesem Falle ist der Kompressor abschaltbar und wird im Bedarfsfalle mit dem Motor durch eine Kupplung verbunden. Wird durch vollständiges Niedertreten des Gaspedales der Kompressor eingekuppelt und in Funktion versetzt, schließt ein angelenktes Gestänge (siehe Illustration rechts) das Luftventil und die Auf- und evtl. Überladung der Zylinder tritt in Wirksamkeit.

Sitzt der Kompressor zwischen Vergaser und Motor, nennt man ihn Saug-kompressor. Dieser muss in diesem Falle zweckmäßig dauernd mitlaufen, denn das im Vergaser gebildete Brennstoff-Luft-Gemisch muß in der Ansaugleitung weiterbefördert werden. Die Aufladung fiindet trotzdem aber erst dann statt, wenn man die Drosselklappe durch mehr Gasgeben vollständig öffnet.

Der klassische Mercedes-Kompressor arbeitete stets als Druckkompressor. Erst ab 1937 kam ein Saugkompressor zum einsatz, jedoch nur in Grand-Prix Wagen. Beim 540 K zum Beispiel funktionierte der Kompressor noch immer nach dem gleichen Prinzip wie beim alten 10/30 PS von 1919.