Spiralverdichter,
insbesondere ölfreie
Spiralverdichter für
den Einsatz zur Drucklufterzeugung in Schienenfahrzeugen, mit einseitiger
Spiralanordnung sind beispielsweise aus den nachfolgend genannten
Druckschriften bekannt:
Bei
diesen wird zwischen einer Bauweise mit einer feststehenden und
einer orbitierenden Spirale oder zwei rotierenden Spiralen unterschieden.
Dabei umfassen Spiralverdichter 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 ergeben sich Verdichtungsräume, welche
durch die orbitierende Relativbewegung derart vom Außenbereich
der Spiralen zum zentralen Bereich der Spiralen verändert werden,
dass eine zunehmende Verdichtung des in den Verdichtungsräumen vorliegenden Mediums,
insbesondere kompressiblen Fluids, insbesondere Luft auftritt. Das
Medium, insbesondere Fluid bzw. die Luft, wird dabei durch einen
stillstehenden Ansaugkanal 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
vorgesehen. Bei dieser Ausführung
sind Mittel zur Führung der
heißen
verdichteten Luft aus dem Verdichtungsendbereich und zur Überleitung
an eine ortsfeste, d.h. nicht rotierende 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 mitgeschleppten 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 deren 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 entsprechende Mittel zur Kühlung vorgesehen, um die thermische
Belastung und deren negative Folgen auf die Festigkeit und Verfügbarkeit
zu minimieren. Die Rückseiten
der beiden rotierenden Spiralen werden im einfachsten Fall luftgekühlt. Dazu
sind entsprechend 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 Wellendurchmesser
der rotierenden Spiralen in radialer Richtung in den Zwischenräumen zwischen
den Kühlrippen
an der Rückseite der
jeweiligen Spirale bis zum Außenumfang
der jeweiligen Spirale entlang geführt.
Bei
derartig luftgekühlten
Spiralverdichtern treten jedoch zunehmend Verschleißerscheinungen an
den einzelnen Spiralen bereits nach einem Betriebszeitraum auf,
welcher einem Teil der eigentlich zu gewährleistenden Gesamtbetriebsdauer
entspricht. Diese Verschleißerscheinungen
sind dabei durch den Eintritt und die Vermischung 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 Ansaugluft im äußeren Verdichtungsbereich erzielt
werden, weshalb die Gefahr das Schmutzeintrages in die Verdichtungsräume und damit
eines vorzeitigen Verschleißes
bestehen bleibt.
Zur
weiteren Lösung
dieses Problemes schlägt
die Druckschrift
EP
0882 893 A2 eine Ausführung
eines Spiralverdichters vor, bei welchem das Ansaugmedium separat
durch die antreibbare Spirale geführt wird, während die Kühlluft separat außerhalb
am Gesamtspiralverdichter entlanggeführt wird. Bei dieser Ausführung wird
dabei die Ansaugluft in einem Ansaugkanal geführt, welcher zwischen einem ruhenden
Spiralkörper
und einem rotierenden, drehfest über
einen Flanschkörper
mit der Antriebswelle verbundenen Spiralkörper gebildet wird. Der Ansaugkanal
ist somit ringförmig
ausgeführt
und erstreckt sich über
die gesamte Oberfläche
des ruhenden Spiralkörpers.
Ein Nachteil dieser Ausführung
besteht darin, daß die
Ausbildung des ringförmigen
Ansaugkanales von der Auslegung des nicht orbitierenden und des
mit dem orbitierenden Spiralkörper
verbundenen Flanschelementes abhängig
ist. Die Gesamtkonstruktion ist entsprechend darauf abzustimmen, um
einen bestimmten Durchtrittsquerschnitt zu erzielen. Des weiteren
besteht die Ausführung
des Spiralverdichters aus einer Mehrzahl von Einzelteilen, die entsprechend
dicht zueinander montiert werden müssen. Dies gilt insbesondere
für das
Flanschelement und den orbitierenden Spiralkörper sowie den Übergang
zur drehfesten Verbindung des Flanschelementes mit einer Antriebswelle.
Eine Kühlung
der Spiralkörper
ist direkt nicht möglich,
sondern erfolgt lediglich indirekt über das den Spiralverdichter
umschließende
Gehäuse.
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Spiralverdichter
der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß mit diesem
bei hohem Mediuminsbesondere Luftdurchsatz ein sicherer Betrieb über die
gesamte zugesicherte Betriebsdauer gewährleistet ist, d.h. auch eine
ausreichende Kühlwirkung
bereitgestellt wird. Im einzelnen ist zur Reduzierung des Verschleißes der
Spiralen eine sichere Trennung zwischen dem in den äußeren Verdichtungsraum
anzusaugenden Medium, insbesondere Luft, und der Umgebungsluft zu
gewährleisten.
Die erfindungsgemäße Lösung soll
sich dabei durch einen geringen konstruktiven und fertigungstechnischen
Aufwand auszeichnen sowie keine spezielle Auslegung des Spiralverdichters
erfordern. Eine leichte Austauschbarkeit der Einzelelemente soll
möglich
sein.
Die
erfindungsgemäße Lösung ist
durch die Merkmale des Anspruchs 1 charakterisiert. 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 separaten Führung des Ansaugmediums durch
die antreibbare Spirale und/oder eine mit dieser gekoppelten Antriebswelle in
den äußeren Bereich
der Spiralen umfassen wenigstens einen gegenüber der Umgebungsluft dicht abschließbaren Ansaugmediumführungskanal,
wobei die Führung
zum Verdichtungsraum entsprechend ausgestaltet 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 antreibbaren Spirale.
Mit
der erfindungsgemäßen Lösung ist
beim Einsatz in Spiralverdichtern eine zuverlässige Trennung von Ansaugmedium,
in der Regel Luft, und der Umgebung, insbesondere der die einzelnen
Spiralen an deren Rückseite
im Betrieb umströmenden
Kühlluft,
gegeben, so daß eine
Verwirbelung bzw. Vermischung mit dem Ansaugmedium und damit eine
Verunreinigung durch die im allgemeinen aus der Umgebungsluft gewonnenen
Kühlluft
im äußeren Bereich der
Spiralen vermieden wird. Insbesondere bei Zufuhr eines vorgereinigten,
vorzugsweise gefilterten Ansaugmediums kann mit der erfindungsgemäßen Lösung ein
Eintreten der Ansaugluft in den äußeren 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 ausgeschlossen 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 Antriebswelle bis in den Bereich
des Außenumfanges des
Spiralkörpers.
Die Erstreckung 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 angeordneten und befestigbaren Leitungselement angeordnet
sein.
Vorzugsweise
wird aus Gründen
der Fertigung und Gewährleistung
der Dichtheit gegenüber 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 Umfangsrichtung benachbart angeordneter Kühlrippen.
Die 1a und 1b verdeutlichen
anhand zweier Ansichten einen erfindungsgemäß gestalteten Spiralkörper 1,
welcher in einem, hier nicht dargestellten Spiralverdichter, 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 orbitierende Relativbewegung der Spiralkörper 1 und
des hier nicht dargestellten komplementären Spiralkörpers vom radial äußeren Bereich 5 zum
zentralen Bereich 6 hin verändert werden, so daß eine zunehmende
Verdichtung des in den Verdichtungsräumen 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 Wirkverbindung tretenden Spiralen, im
dargestellten Fall dem vom Spiralkörper 1 gebildeten
Teilbereich 7 des äußeren Verdichtungsraumes
zugeführt.
Die Zuführung
erfolgt dabei über
einen entsprechenden Ansaugkanal 8, weicher in den vom
Spiralkörper 1 gebildeten
Teilbereich des äußeren Verdichtungsraumes 7 mündet. Erfindungsgemäß 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
besonders 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 1b, welche eine Ansicht auf die Rückseite,
das heißt
die vom komplementären
Spiralkörper
weggerichtete Stirnseite 9 darstellt, vorzugsweise derart
ausgeführt,
daß die
ohnehin vorhandenen 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,
mindestens jedoch bis in den vom Spiralkörper 1 gebildeten
Teilbereiches des äußeren Verdichtungsraumes 7.
Der Ansaugkanal 8 ist dabei direkt mit dem Verdichtungsraum 7 beziehungsweise
am Spiralkörper 1 dem
von diesem gebildeten Teilbereich des äußeren 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 ASK des Spiralkörpers oder
konzentrisch zu dieser erfolgt. Gemäß der Schnittdarstellung in 2 durch
die Rückseite 9 des
Spiralkörpers 1 umfassen
die Mittel zur Zufuhr von Ansaugmedium 11 einen im Bereich
der Achse des Spiralkörpers
ASK ringförmig ausgebildeten Kanal 14,
welcher koaxial zur Spiralachse ASK ausgebildet
ist und von dem sich der Ansaugkanal 8 in radialer Richtung
im wesentlichen bis in den Bereich des Außenumfanges 10 des Spiralkörpers 1 erstreckt.
Dieser Kanal 14 endet in einer zur Atmosphäre hin erfolgende Öffnung 13,
welche beim Einbau in Spiralverdichtern mit entsprechend dazu komplementären Verbindungsanschlüssen an
den Anschlußelementen
koppelbar ist. 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 angeordnet
ist.