DE10031141A1 - Spiralkörper - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Spiralkörper (1) für den Einsatz in Spiralverdichtern mit einem Spiralelement (3) und mit Mitteln (11) zur Zufuhr von Ansaugmedium in einen vom Spiralelement (3) gebildeten Teilbereich (7) einer äußeren Verdichtungskammer des Spiralverdichters, umfassend mindestens einen in den Teilbereich (7) mündenden Ansaugkanal (8).

Description

Die Erfindung betrifft einen Spiralkörper für einen Spiralverdichter, insbesondere ei­ nen ölfreien Spiralverdichter, im einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Spiralverdichter, insbesondere ölfreie Spiralverdichter für den Einsatz zur Druckluft­ erzeugung in Schienenfahrzeugen, mit einseitiger Spiralanordnung sind beispiels­ weise aus den nachfolgend genannten Druckschriften bekannt:

• 1. DE 195 28 071 A1
• 2. DE 196 04 447 A1

Bei diesen wird zwischen einer Bauweise mit einer feststehenden und einer orbitie­ renden Spirale oder zwei rotierenden Spiralen unterschieden. Dabei umfassen Spi­ ralverdichter dieser Bauart wenigstens zwei, in einem Gehäuse angeordnete und ineinandergreifende Spiralen. Bei Ausführungen mit zwei rotierenden Spiralen laufen diese ineinander. Beim Ineinandergreifen bzw. Ineinanderlaufen der Spiralen erge­ ben sich Verdichtungsräume, welche durch die orbitierende Relativbewegung derart vom Außenbereich der Spiralen zum zentralen Bereich der Spiralen verändert wer­ den, das eine zunehmende Verdichtung des in den Verdichtungsräumen vorliegen­ den Mediums, insbesondere kompressiblen Fluids, insbesondere Luft auftritt. Das Medium, insbesondere Fluid bzw. die Luft, wird dabei durch einen stillstehenden An­ saugkanal an den äußeren Bereich der schnell drehenden Spiralen geführt und von dort in die Verdichtungsräume angesaugt. Die im Zuge der rotierenden Bewegung der Spiralen verdichtete und eine hohe Temperatur aufweisende Luft wird schließlich durch einen Austritt im Bereich des Zentrums einer der Spiralen abgeführt. Bei einer Bauweise mit zwei rotierenden Spiralen wird der Luftaustritt vorzugsweise im Bereich des Zentrums der von der angetriebenen Spirale mitgeschleppten Spirale vorgese­ hen. Bei dieser Ausführung sind Mittel zur Führung der heißen verdichteten Luft aus dem Verdichtungsendbereich und zur Überleitung an eine ortsfeste, d. h. nicht rotie­ rende Einrichtung, beispielsweise in Form eines Druckstutzens vorgesehen. Die Mittel umfassen dabei wenigstens einen Mediumabfuhrkanal, bzw. bei Luft Lüftungskanal, welcher von wenigstens einem, mit dem Druckstutzen verbundenen und nicht drehbaren Element und einem weiteren zweiten Element, welches mit der mitge­ schleppten Spirale im Bereich des Verdichtungsendbereiches drehfest verbindbar ist, gebildet wird. Als drehfest mit der Spirale gekoppeltes Element wird in der Regel ein Lüftungsrohr eingesetzt, welches in axialer Richtung ein Führungselement, die mit dem stillstehenden Druckstutzen verbunden ist, wenigstens über einen Teil von de­ ren axialer Erstreckung in Umfangsrichtung umschließt, wobei diese Elemente eine Drehdurchführung bilden.

Ölfreie Spiralverdichter mit großen Verdichtungsverhältnissen erreichen dabei sehr hohe Verdichtungsendtemperaturen. Zur Reduzierung der damit einhergehenden Erwärmung der am Verdichtungsprozeß und der Führung des verdichteten und eine hohe Temperatur aufweisenden Mediums beteiligten Bauelemente sind entspre­ chende Mittel zur Kühlung vorgesehen, um die thermische Belastung und deren ne­ gative Folgen auf die Festigkeit und Verfügbarkeit zu minimieren. Die Rückseiten der beiden rotierenden Spiralen werden im einfachsten Fall luftgekühlt. Dazu sind ent­ sprechend Kühlrippen an den Rückseiten der Spiralen vorgesehen, welche bezogen auf die Antriebsachse der angetriebenen Spirale wenigstens teilweise in radialer Richtung verlaufen, d. h. in radialer Richtung ausgerichtet sind, und sich hinsichtlich ihrer Höhe in axialer Richtung erstrecken. Zur Führung eines Kühlluftstromes wird dabei die durch Rotation der einzelnen Spiralen in den Zwischenräumen zwischen den Kühlrippen erzeugte Ansaugwirkung auf die Umgebungsluft ausgenutzt. Der Kühlluftstrom wird dabei in radialer Richtung betrachtet vom Bereich der Wellen­ durchmesser der rotierenden Spiralen in radialer Richtung in den Zwischenräumen zwischen den Kühlrippen an der Rückseite der jeweiligen Spirale bis zum Außen­ umfang der jeweiligen Spirale entlang geführt.

Bei derartig luftgekühlten Spiralverdichtern treten jedoch zunehmend Verschleißer­ scheinungen an den einzelnen Spiralen bereits nach einem Betriebszeitraum auf, welcher einem Teil der eigentlich zu gewährleistenden Gesamtbetriebsdauer ent­ spricht. Diese Verschleißerscheinungen sind dabei durch den Eintritt und die Vermi­ schung der schmutz- und staubhaltigen, zur Kühlung der Rückseiten der einzelnen Spiralen genutzten Umgebungsluft mit der in der Regel vorgereinigten, insbesondere gefilterten Ansaugluft, und der Verdichtung dieses Gemisches bedingt.

Zur Lösung dieses Problemes wurde bisher eine Ausführung mit berührungsloser Dichtung, insbesondere Spalt- oder Labyrinthspaltdichtung, zwischen Gehäuse und Spiralen vorgesehen. Aufgrund der möglichen Gestaltungen der Dichtung kann mit dieser Ausführung keine zuverlässige Trennung zwischen Umgebungs- und An­ saugluft im äußeren Verdichtungsbereich erzielt werden, weshalb die Gefahr des Schmutzeintrages in die Verdichtungsräume und damit eines vorzeitigen Verschlei­ ßes bestehen bleibt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Spiralverdichter der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß mit diesem bei hohem Medium- insbe­ sondere Luftdurchsatz ein sicherer Betrieb über die gesamte zugesicherte Betriebs­ dauer gewährleistet ist. Im einzelnen ist zur Reduzierung des Verschleißes der Spi­ ralen eine sichere Trennung zwischen dem in den äußeren Verdichtungsraum anzu­ saugenden Medium, insbesondere Luft, und der Umgebungsluft zu gewährleisten. Die erfindungsgemäße Lösung soll sich dabei durch einen geringen konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand auszeichnen.

Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 charakteri­ siert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Die Ansaugluftzufuhr erfolgt entsprechend einer parallelen Anmeldung der Fa. Knorr Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH über Mittel zur separaten Führung des Ansaugmediums durch die antreibbare Spirale und/oder eine mit dieser drehfest verbundenen Antriebswelle in den äußeren Bereich der Spiralen. Die Mittel zur sepa­ raten Führung des Ansaugmediums durch die antreibbare Spirale und/oder eine mit dieser gekoppelten Antriebswelle in den äußeren Bereich der Spiralen umfassen we­ nigstens einen gegenüber der Umgebungsluft dicht abschließbaren Ansaugmedi­ umführungskanal, wobei die Führung zum Verdichtungsraum entsprechend ausges­ taltet sein muß. Erfindungsgemäß weist dazu ein, ein Spiralelement aufweisender Spiralkörper mindestens einen in den vom Spiralelement gebildeten Teilbereich der äußeren Verdichtungskammer mündenden Ansaugkanal auf.

Die Führung erfolgt dabei entlang an der Rückseite des Spiralkörpers der antreibba­ ren Spirale.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist beim Einsatz in Spiralverdichtern eine zuver­ lässige Trennung von Ansaugmedium, in der Regel Luft, und der Umgebung, insbe­ sondere der die einzelnen Spiralen an deren Rückseite im Betrieb umströmenden Kühlluft, gegeben, so daß eine Verwirbelung bzw. Vermischung mit dem Ansaugme­ dium und damit eine Verunreinigung durch die im allgemeinen aus der Umgebungs­ luft gewonnenen Kühlluft im äußeren Bereich der Spiralen vermieden wird. Insbe­ sondere bei Zufuhr eines vorgereinigten, vorzugsweise gefilterten Ansaugmediums kann mit der erfindungsgemäßen Lösung ein Eintreten der Ansaugluft in den äuße­ ren Verdichtungsraum mit gleicher Beschaffenheit hinsichtlich der Reinheit wie beim Austritt aus der Filtereinrichtung gewährleistet werden. Ein Verschleiß der Spiralen durch verunreinigte Ansaugluft kann bei Zufuhr gefilterter Ansaugluft zur Spirale aus­ geschlossen werden.

Bezüglich der konkreten Ausführung des Ansaugkanales und der Zuordnung zum Spiralkörper bestehen eine Mehrzahl von Möglichkeiten. Dieser erstreckt sich dabei vom Koppelbereich des Spiralkörpers mit einem Antrieb, insbesondere einer An­ triebswelle bis in den Bereich des Außenumfanges des Spiralkörpers. Die Erstre­ ckung erfolgt dabei entweder in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung direkt in radialer Richtung oder aber geneigt dazu.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung bilden Ansaugkanal und der Spiralkörper eine bauliche Einheit, welche vorfertig- bzw. montierbar und selbständig handelbar ist. Der Ansaugkanal kann dazu

• a) in der Wand des Spiralkörpers oder
• b) in einem separaten an der vom Spiralelement wegweisenden Stirnseite ange­ ordneten und befestigbaren Leitungselement angeordnet sein.

Vorzugsweise wird aus Gründen der Fertigung und Gewährleistung der Dichtheit ge­ genüber der Umgebung die integrierte Lösung gewählt.

Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung erfolgt bei Vorhandensein von Kühlrippen an der vom Spiralelement wegweisenden Stirnseite des Spiralkörpers die Anordnung eines einzelnen Ansaugkanales jeweils im Zwischenraum zweier einander in Um­ fangsrichtung benachbart angeordneter Kühlrippen.

Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Fig. 1a verdeutlicht eine Ansicht auf das Spiralelement eines erfindungsgemäß gestalteten Spiralkörpers;

Fig. 1b verdeutlicht eine Ansicht auf die vom Spiralelement weggerichtete Stirnseite eines erfindunsggemäß gestalteten Spiralkörpers;

Fig. 2 verdeutlicht eine Schnittdarstellung durch die an der vom Spiralelement weggerichteten Stirnseite eines erfindunsggemäß gestalteten Spiiral­ körpers angeordneten Kühlrippen.

Die Fig. 1a und 1b verdeutlichen anhand zweier Ansichten einen erfindungsge­ mäß gestalteten Spiralkörper 1, welcher in einem, hier nicht dargestellten Spiralver­ dichter, insbesondere einem ölfreien Spiralverdichter, mit einem komplementären Spiralkörper zusammenwirkt. Der Spiralkörper 1 weist dazu auf seiner beim Einsatz in einem Spiralverdichter zum komplementären Spiralkörper weisenden Stirnseite 2 ein Spiralelement 3 auf, welches im Zusammenwirken mit dem Spiralelement des komplementären Spiralkörpers Verdichtungsräume 4 bildet, welche durch die orbitie­ rende Relativbewegung der Spiralkörper 1 und des hier nicht dargestellten komple­ mentären Spiralkörpers vom radial äußeren Bereich 5 zum zentralen Bereich 6 hin verändert werden, so daß eine zunehmende Verdichtung des in den Verdichtungs­ räumen 4 vorliegenden Mediums, in der Regel Luft oder ein anderes kompressibles Fluid, erzielt wird. Dazu wird das zu verdichtende Medium, insbesondere die Luft, angesaugt und einem äußeren Verdichtungsraum der beiden miteinander in Wirk­ verbindung tretenden Spiralen, im dargestellten Fall dem vom Spiralkörper 1 gebil­ deten Teilbereich 7 des äußeren Verdichtungsraumes zugeführt. Die Zuführung er­ folgt dabei über einen entsprechenden Ansaugkanal 8, welcher in den vom Spiral­ körper 1 gebildeten Teilbereich des äußeren Verdichtungsraumes 7 mündet. Erfin­ dungsgemäß bildet der Ansaugkanal 8 mit dem Spiralkörper 1 eine bauliche Einheit, d. h. er ist am Spiralkörper 1 angeordnet und befestigt oder aber gemäß einer beson­ ders vorteilhaften Ausgestaltung in diesem integriert. Der Ansaugkanal 8 kann dabei beispielsweise bei entsprechender Ausführung des Spiralkörpers 1 in der Wand des Spiralkörpers 1 ohne Beeinflussung der vom Spiralkörper 1 gebildeten Teilbereiche der Verdichtungsräume 4 erfolgen. Gemäß einer Ausführung in Fig. 1b, welche eine Ansicht auf die Rückseite, das heißt die vom komplementären Spiralkörper wegge­ richtete Stirnseite 9 darstellt, vorzugsweise derart ausgeführt, daß die ohnehin vor­ handenen räumlichen Gegebenheiten am Spiralkörper ohne zusätzliche Änderungen der Dimensionierung des Spiralkörpers 1 hinsichtlich der Abmessungen beim Einsatz in Spiralverdichtern in axialer Richtung vorgenommen werden müssen. Die vom komplementären Spiralkörper im Spiralverdichter wegweisende Stirnseite 9, welche auch als Rückseite bezeichnet wird, trägt dabei mindestens einen Ansaugkanal 8. Der Ansaugkanal 8 erstreckt sich dabei im wesentlichen in radialer Richtung an der Stirnseite 9 bis in den Bereich des Außenumfanges 10 des Spiralkörpers, mindes­ tens jedoch bis in den vom Spiralkörper 1 gebildeten Teilbereiches des äußeren Ver­ dichtungsraumes 7. Der Ansaugkanal 8 ist dabei direkt mit dem Verdichtungsraum 7 beziehungsweise am Spiralkörper 1 dem von diesem gebildeten Teilbereich des äu­ ßeren Verdichtungsraumes 7 verbunden. Im Spiralkörper 1 sind dabei Mittel 11 zur Zufuhr von Ansaugmedium im radial inneren Bereich des Spiralkörpers 1, welcher hier mit 12 bezeichnet ist, vorgesehen, wobei die Zufuhr koaxial zur Achse A_SK des Spiralkörpers oder konzentrisch zu dieser erfolgt. Die Mittel 11 zur Zufuhr umfassen dabei im Spiralkörper 1 mindestens eine zur Atmosphäre hin erfolgende Öffnung 13, welche beim Einbau in Spiralverdichtern mit entsprechend dazu komplementären Verbindungsanschlüssen an den Anschlußelementen koppelbar ist. Gemäß der Schnittdarstellung in Fig. 2 durch die Rückseite 9 des Spiralkörpers 1 umfassen die Mittel zur Zufuhr von Ansaugmedium 11 einen im Bereich der Achse des Spiralkör­ pers A_SK ringförmig ausgebildeten Kanal 14, welcher koaxial zur Spiralachse A_SK ausgebildet ist und von dem sich der Ansaugkanal 8 in radialer Richtung im wesentli­ chen bis in den Bereich des Außenumfanges 10 des Spiralkörpers 1 erstreckt. Eine nur teilweise Erstreckung in radialer Richtung ist ebenfalls möglich, vorzugsweise ist jedoch der Spiralkörper 1 immer derart aufgebaut und dimensioniert, daß der äußere Verdichtungsraum 7 möglichst weit am Außenumfang der einzelnen Spiralkörper an­ geordnet ist.

Gemäß Fig. 1b und der Schnittdarstellung durch die Rückseite 9 des Spiralkörpers 1 sind an dieser Kühlrippen 15.1 bis 15.n angeordnet, welche sich vom radial inneren Bereich 12 am Spiralkörper 1 in radialer Richtung bis zum Außenumfang 10 des Spi­ ralkörpers 1 erstrecken, das heißt in radialer Richtung bezogen auf die Achse des Spiralkörpers A_SK ausgerichtet sind. Beim Einsatz des Spiralkörpers 1 in einem Spi­ ralverdichter wird dabei bei Rotation der Spiralkörper Kühlluft durch die durch die Kühlrippen 15.1 bis 15.n gebildeten Zwischenräume 16.1 bis 16.n am Spiralkörper 1 erzeugt. Die Kühlluft wird dabei in radialer Richtung von den mit den Spiralen gekop­ pelten Wellen in Richtung des äußeren Umfanges 10 des Spiralkörpers 1 geführt. Diese Luft führt in der Regel Schmutz beziehungsweise Schmutzpartikel mit, welche bei Spiralverdichtern mit konventionellen Spiralkörpern in die bereits vorgefilterte An­ saugluft eintreten. Gemäß der erfindungsgemäßen Ausführung der Integration des Ansaugkanals im Spiralkörper 1 wird dies durch die separate Führung des Ansaug­ mediums gegenüber der Umgebungsluft ausgeschlossen.

im dargestellten Fall gemäß den Ausführungen von Fig. 1b und Fig. 2 ist der An­ saugkanal 8 zwischen zwei aufeinander in Umfangsrichtung am Spiralkörper 1 ange­ ordneten Kühlrippen 15.1 und 15.2 im von diesen gebildeten Zwischenraum 16.1 angeordnet. Die Ausbildung des Ansaugkanales 8 und dessen Integration bezie­ hungsweise Zusammenfügen mit dem Spiralkörper 1 zu einer integralen Baueinheit kann vielgestaltig erfolgen. Im einfachsten Fall erfolgt die Ausbildung dabei im Spi­ ralkörper durch entsprechende Fertigung und Bearbeitung des Spiralkörpers 1, bei­ spielsweise als Gußelement, wobei der Führungskanal zusätzlich in den Spiralkörper eingearbeitet wird. Eine andere Ausführung besteht darin, den Ansaugkanal 8 in ei­ nem separaten Kanalelement auszuführen, wobei dieses stoffschlüssig an der Rück­ seite 9 des Spiralkörpers 1 an der von der Rückseite 9 gebildeten Fläche 17 befestigt ist. Allerdings sind in diesem Fall die Übergänge zu den entsprechenden Verbin­ dungskanälen, insbesondere dem ringförmigen Verbindungskanal in entsprechender Weise dicht auszuführen, weshalb vorzugsweise auf die einteilige Lösung abgestellt wird.

Bezugszeichenliste

1

Spiralkörper

2

zum komplementären Spiralkörper ausgerichtete Stirnseite

2

des Spiralkörpers

1

3

Spiralelement

4

Verdichtungsräume

5

radial äußerer Bereich

6

zentraler Bereich

7

vom Spiralkörper

1

gebildeter Teilbereich des äußeren Verdich­ tungsraumes

8

Ansaugkanal

9

vom komplementären Spiralkörper weggerichtete Stirnseite

10

Außenumfang

11

Mittel zur Zufuhr von Ansaugmedium

12

radial innerer Bereich

13

Öffnung

14

ringförmiger Kanal
15.1-15.n Kühlrippen
16.1-16.n Zwischenräume

17

Fläche
A_SK

Achse des Spiralkörpers

Claims (10)

1. Spiralkörper (1) für den Einatz in Spiralverdichtern mit einem Spiralelement (3) mit Mitteln (11) zur Zufuhr von Ansaugmedium in einen vom Spiralelement (3) gebildeten Teilbereich (7) einer äußeren Verdichtungskammer des Spiralver­ dichters, umfassend mindestens einen in den Teilbereich (7) mündenden An­ saugkanal (8).

2. Spiralkörper (1) nach Anspruch 1,

• 1. 2.1 mit einem Koppelbereich zum Anschluß an eine Antriebswelle gekennzeichnet durch das folgende Merkmal:
• 2. 2.2 der Ansaugkanal erstreckt sich vom Koppelbereich zum Außenumfang (10) des Spiralkörpers (1).

3. Spiralkörper (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Ansaugkanal (8) in radialer Richtung ausgerichtet ist.

4. Spiralkörper (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugkanal (8) und der Spiralkörper (1) eine bauliche Einheit bilden.

5. Spiralkörper (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaug­ kanal (8) in der Wand des Spiralkörpers (1) angeordnet ist.

6. Spiralkörper (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiral­ körper (1) als Gußteil ausgeführt ist.

7. Spiralkörper (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaug­ kanal (8) in einem separaten an der vom Spiralelement (3) wegweisenden Stirnseite (9) angeordneten und befestigten Leitungselement angeordnet ist.

8. Spiralkörper (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• 1. 8.1 an der vom Spiralelement (3) wegweisenden Stirnseite (9) sind Kühlrippen (15.1-15.n) angeordnet;
• 2. 8.2 der einzelne Ansaugkanal (8) ist im Zwischenraum (16.1-16.n) zweier einan­ der in Umfangsrichtung benachbart angeordneter Kühlrippen (15.1-15.n) an­ geordnet.

9. Spiralkörper (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugkanal (8) über seine Erstreckung am Spiralkörper (1) einen im wesentlichen konstanten Querschnitt aufweist.

10. Spiralkörper (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (11) zur Zufuhr von Ansaugmedium in einen vom Spiralelement (3) gebildeten Teilbereich (7) einer äußeren Verdichtungskammer des Spiral­ verdichters, eine im radial inneren Bereich des Spiralkörpers (1) angeordnete Öffnung und einen ringförmigen Kanal (14) umfassen, welcher mit dem An­ saugkanal (8) verbunden ist.