DE10031142B4

DE10031142B4 - Spiralverdichter und Verwendung eines Spiralverdichters

Info

Publication number: DE10031142B4
Application number: DE2000131142
Authority: DE
Inventors: Christian Holzapfel; Markus Ehinger
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2000-06-27
Filing date: 2000-06-27
Publication date: 2006-09-07
Anticipated expiration: 2020-06-28
Also published as: DE10031142A1

Abstract

Spiralverdichter (4), insbesondere ölfreier Spiralverdichter
1.1 mit wenigstens zwei, in einem Gehäuse (5) angeordneten und ineinandergreifenden und im Betrieb rotierenden Spiralen – eine erste antreibbare Spirale (6) und eine zweite Spirale (7);
1.2 mit Mittel zur Trennung des Ansaugmediums von der Umgebungsluft;
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
1.3 zur separaten Führung des Ansaugmediums durch die antreibbare Spirale (6) und eine mit dieser gekoppelten Antriebswelle (23) in den radial äußeren Bereich (15) der Spiralen (6, 7) oder durch ein aus antreibbarer Spirale und Antriebswelle gebildetes Bauelement ist wenigstens ein gegenüber der Umgebungsluft dicht abgeschlossener Ansaugmediumzuführkanal (22) vorgesehen, wobei der Ansaugmediumzuführkanal (22) wenigstens einen ersten, in der Antriebswelle (23) angeordneten Teilführungskanal (50) und einen zweiten, der Rückseite der antreibbaren Spirale (7) zugeordneten Teilführungskanal (49), der mit dem ersten Teilführungskanal (50) verbunden ist, umfasst;
1.4 zur Trennung des Ansaugmediums von der Umgebungsluft ist des Weiteren wenigstens eine berührende Dichtungseinrichtung...

Description

Die Erfindung betrifft einen Spiralverdichter, insbesondere einen ölfreien Spiralverdichter, im einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruches 1, ferner eine Verwendung eines Spiralverdichters.

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 Ge häuse 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 des Schmutzeintrages in die Verdichtungsräume und damit eines vorzeitigen Verschleißes bestehen bleibt.

Aus den Druckschriften EP 0854 289 A1 und EP 0882 893 A2 sind Ausführungen von Fluidverdichtern in Form von Spiralverdichtern bekannt, bei welchen das zu verdichtende Fluid entweder am Außenumfang direkt in den Verdichtungsendbereich eingebracht wird oder aber über einen entsprechenden Kanal, der in einem ruhenden Gehäuseteil geführt ist und dann in den Endbereich mündet. In beiden Fällen handelt es sich um Fluidverdichter, wobei eine Abdichtung zur Führung des Ansaugmediums zwischen den ruhenden und den rotierenden Teilen erforderlich ist. Bei der in der unter 4. genannten Druckschrift offenbarten Ausführung sind dabei Mittel zur Abdichtung vorgesehen, wobei diese jedoch immer zwischen ruhenden und rotierenden Teilen vorgesehen sind. Aufgrund der hohen Relativgeschwindigkeiten sind diese Spiralverdichter jedoch nicht für den Betrieb als ölfreier Spiralverdichter geeignet, da in diesem Fall die Schmierung der Dichtung unterbleibt und somit die Dichtungen nicht mehr für hohe Relativgeschwindigkeiten ausgelegt sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Spiralverdichter der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß mit diesem bei hohem Medium- insbesondere Luftdurchsatz ein sicherer Betrieb über die gesamte zugesicherte Betriebsdauer gewährleistet ist. 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.

Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 8 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben. Eine vorteilhafte Anwendung ist in Anspruch 9 beschrieben.

Ein Spiralverdichter, insbesondere ein ölfreier Spiralverdichter, umfaßt wenigstens zwei, in einem Gehäuse angeordnete, ineinandergreifende und im Betrieb rotierende Spiralen – eine erste antreibbare Spirale und eine zweite Spirale – und Mittel zur Trennung des Ansaugmediums von der Umgebungsluft. Erfindungsgemäß umfassen die Mittel 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 abgeschlossenen Ansaugmediumführungskanal.

Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung ist wenigstens eine berührende Dichtungseinrichtung zwischen den beiden Spiralen im äußeren Bereich der Spiralen zur Abdichtung des äußeren Bereiches gegenüber der Umgebung, insbesondere der Umgebungsluft vorgesehen.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist 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.

Die antreibbare Spirale und die Antriebswelle können als separate Elemente ausgeführt sein und eine bauliche Einheit bilden. Denkbar ist jedoch auch, daß die antreibbare Spirale und die Antriebswelle von einem Bauelement gebildet werden. Vorzugsweise ist die mit der antreibbaren Spirale gekoppelte Antriebswelle bzw. der die Antriebswelle bildende Teil der Spirale als Hohlwelle ausgeführt.

Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung umfaßt die berührende Dichtungseinrichtung nur eine trockenlaufende Dichtung, mit welcher die Abdichtung des äußeren Bereiches gegenüber der Umgebung in ausreichendem Maße gewährleistet werden kann. Diese Art der Dichtung ist einfach realisierbar und es können standardisierte Dichtungsringe zur Anwendung gelangen. Die Verwendung einer trockenlaufenden Dichtung wird durch das Vorhandensein einer geringen Relativgeschwindigkeit zwischen den beiden Spiralen möglich.

Die berührende Dichtungseinrichtung weist des weiteren vorzugsweise nur eine Dichtstelle auf, wobei unter Dichtstelle die Bereiche des unmittelbaren Zusammen wirkens der einzelnen Flächen der Spiralen und der Dichtung verstanden werden. Denkbar sind jedoch auch Ausführungen mit einer Vielzahl von Dichtstellen.

Bezüglich der Ausführung der Mittel zur separaten Führung des Ansaugmediums sind eine Vielzahl von Möglichkeiten denkbar. Eine einfache und mit geringem Aufwand realisierbare Lösung besteht darin, den im äußeren Bereich der Spiralen angeordneten äußeren Verdichtungsraum mit einem durch die Antriebswelle und die antreibbare Spirale geführten Ansaugmediumzuführkanal zu koppeln. Die Kopplung des Ansaugmediumzuführkanales mit dem äußeren Verdichtungsraum kann dabei

a) über einen, im äußeren Bereichen der Spiralen angeordneten, nicht als Verdichtungsraum fungierenden Raum, aus welchem das Ansaugmedium in den äußeren Verdichtungsraum angesaugt wird oder
b) direkt mit dem äußeren Verdichtungsraum erfolgen.

Der Ansaugmediumzuführkanal umfaßt dabei in einer konkreten konstruktiven Ausführung wenigstens einen ersten, in der Antriebswelle angeordneten Teilführungskanal und wenigstens einen zweiten, vorzugsweise der Rückseite der antreibbaren Spirale zugeordneten Teilführungskanal, der mit dem ersten Teilführungskanal verbunden ist. Der zweite Teilführungskanal ist mit dem äußeren Bereich der Spiralen über Öffnungen in der Spiralwand der antreibbaren Spirale verbunden. Bezüglich der Ausgestaltung des zweiten Teilführungskanales bestehen eine Vielzahl von Möglichkeiten. Dieser ist vorzugsweise in den Spiralkörper eingeformt oder zusätzlich in Form von am Spiralkörper angeordneten und befestigten Leitungsverbindungen aufgebracht.

Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Antriebswelle frei von Mitteln zur Kopplung mit einer koaxial zur Antriebswelle angeordeten Antriebsmaschine, das heißt die Antriebsmaschine ist parallel zur Antriebswelle angeordnet und treibt diese zum Beispiel über Riementrieb an, und umfaßt eine Filtereinrichtung, welche dem Ansaugmediumzuführkanal in Strömungsrichtung des Ansaugmediums im Betrieb des Spiralverdichters vorgeschaltet ist. Zu diesem Zweck ist die Filtereinrichtung drehfest mit der Antriebswelle gekoppelt. Die Filtereinrichtung ist dabei vorzugsweise koaxial zur Antriebswelle angeordnet, d.h. die Filterflächen sind in Umfangsrichtung ausgerichtet. Die mitrotierende Filtereinrichtung ermöglicht es, daß Umgebungsluft als Ansaugmedium bereits vor Eintritt in den Ansaugmediumführungskanal von Schmutzpartikeln und Staub befreit wird.

Eine andere alternative Ausführung für Anordnungen mit koaxialem Antrieb ist dadurch charakterisiert, daß der Antriebswelle Mittel zur Führung für das vorgefilterte Medium in den Ansaugmediumzuführkanal zuordenbar sind. Diese Mittel umfassen beispielsweise einen nicht drehbaren und dichtend mit der Antriebswelle und einer koaxial zur Antriebswelle anordenbaren Antriebsmaschine verbindbaren Zwischenflansch.

Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:
1 verdeutlicht in vereinfachter Darstellung anhand eines Ausschnittes aus einer Ansicht eines mit einer Antriebsmaschine wenigstens mittelbar gekoppelten Verdichters den Grundaufbau, die Funktionsweise und Anordnung einer erfindungsgemäß gestalteten ersten Ausführung eines Spiralverdichters;
2 verdeutlicht in vereinfachter Darstellung anhand einer Ansicht eines mit einer Antriebsmaschine wenigstens mittelbar gekoppelten Verdichters den Grundaufbau einer erfindungsgemäß gestalteten alternativen zweiten Ausführung eines Spiralverdichters;
Die 1 verdeutlicht anhand eines Ausschnittes aus einem Antriebsstrang 1 mit einer, hier im einzelnen nicht dargestellten Antriebsmaschine die Anordnung und Funktionsweise eines der Antriebsmaschine zugeordneten Kompressors 3 in Form eines Spiralverdichters 4 in Schnittdarstellung. Der Spiralverdichter 4 dient dabei der Drucklufterzeugung und umfaßt wenigstens zwei in einem Gehäuse 5 angeordnete und ineinandergreifende Spiralen – eine erste Spirale 6 und eine zweite Spirale 7. Die erste Spirale 6 wird dabei auch als angetriebene Spirale bezeichnet. Diese ist mit der Antriebsmaschine wenigstens mittelbar drehfest verbindbar. Die zweite Spirale 7 wird auch als mitgeschleppte Spirale bezeichnet. Diese ist mit einer Welle 8 verbunden und stützt sich über eine Lageranordnung 9 an einem ortsfesten Bauelement oder beispielsweise einem Lagergehäuse 10 ab. Im dargestellten Fall sind die Welle 8 und die zweite Spirale 7 miteinander drehfest verbunden, wobei die Welle 8 und die zweite Spirale 7 eine Baueinheit 11 bilden. Denkbar ist es auch, die Welle 8 und die zweite Spirale 7 einteilig auszuführen. Die Abstützung der Spirale 7 über die Lageranordnung 9 erfolgt im dargestellten Fall über zwei als Stützlageranordnung angeordnete Wälzlager 12 und 13. Beim Ineinanderlaufen der Spiralen 6 und 7 ergeben sich Verdichtungsräume 14, welche durch die orbitierende Relativbewegung der Spiralen 6 und 7 derart von einem äußeren Bereich 15 der Spiralen 6 und 7 zu einem zentralen Bereich der Spiralen 6 und 7 hin verändert werden, daß eine zunehmende Verdichtung des in den Verdichtungsräumen 14 vorliegenden Mediums, in der Regel Luft, erzielt wird. Die zentralen Bereiche der einzelnen Spiralen sind hier mit 16 für die Spirale 6 und 17 für die Spirale 7 bezeichnet. Das gasförmige Medium, insbesondere die Luft wird dabei angesaugt und einem äußeren Verdichtungsraum 19 der beiden Spiralen 6 und 7 zugeführt. Erfindungsgemäß sind Mittel 18 zur Trennung des Ansaugmediums, insbesondere der Ansaugluft von der Umgebung 54, insbesondere der Umgebungsluft, im äußeren Bereich 15 der Spiralen 6 und 7, insbesondere im Bereich des Außenumfanges 28 der ersten Spirale 6 bzw. 55 der zweiten Spirale 7 vorgesehen. Diese umfassen Mittel 20 zur separaten Führung vorgereinigter, insbesondere vorgefilterter Ansaugluft, welche mit dem äußeren Verdichtungsraum 19 entweder direkt oder über einen äußeren, hier nicht dargestellten und nicht als Verdichtungsraum fungierenden Raum 56 der Spiralen 6 und 7 verbunden sind. Des weiteren umfassen die Mittel 18 zur Trennung des Ansaugmediums, insbesondere der Ansaugluft, von der Umgebung 54, insbesondere der Umgebungsluft, im Bereich des Außenumfanges 28 der ersten Spirale 6 bzw. 55 der zweiten Spirale 7 eine berührende Dichtung 39, welche den äußeren Raum 56 der Spiralen 6 und 7 bzw. den äußeren Verdichtungsraum 19 gegenüber der Umgebung abdichtet.
Die Mittel 20 zur separaten Führung vorgereinigter, insbesondere vorgefilterter Ansaugluft, umfassen wenigstens einen Ansaugmediumzuführkanal 22, welcher das vorgereinigte Ansaugmedium, insbesondere die Ansaugluft, dem äußeren Raum 56 zwischen beiden Spiralen 6 und 7 oder dem äußeren Verdichtungsraum 19 zuführt. Dieser weist wenigstens einen ersten und in einer mit der angetriebenen Spirale, hier der ersten Spirale 6 gekoppelten Welle 23 angeordneten Teilführungskanal 50 auf. Bei dieser Welle 23 handelt es sich um die Antriebswelle, welche mit der ersten Spi rale 6 drehfest verbunden ist und mit dieser eine bauliche Einheit bildet, wobei theoretisch auch die Möglichkeit besteht, die Spirale 6 und die Welle 23 als einteilige Baueinheit auszubilden. Die Welle 23 ist dabei vorzugsweise als Hohlwelle ausgeführt, welche über eine, im dargestellten Fall nicht koaxial zur Antriebswelle 23 angeordnete, hier nicht dargestellte Antriebsmaschine, beispielsweise über ein Zugmittelgetriebe in Form eines Riementriebes angetrieben wird. In diesem Fall wird eine Riemenscheibe 24 von der Welle 23 gebildet oder ist mit dieser drehfest verbunden. Der erste Teilführungskanal 50 wird dabei im wesentlichen vom Innenumfang 26 der Hohlwelle begrenzt. Des weiteren ist eine Filtereinrichtung 25 vorgesehen, welche in Strömungsrichtung dem Teilführungskanal 50 vorgeordnet ist, vorzugsweise mit der Welle 23 wenigstens mittelbar drehfest verbunden ist, und über die das anzusaugende Medium, insbesondere die anzusaugende Luft, in den Teilführungskanal 50 eintritt. Das über die Filtereinrichtung 25 gefilterte Ansaugmedium, insbesondere die Ansaugluft, gelangt dabei über die als Hohlwelle ausgebildete Welle 23 und den ersten Teilführungskanal 50 des Ansaugmediumzuführkanales 22 über einen zweiten, mit dem ersten Teilführungskanal 50 gekoppelten Teilführungskanal 49, welcher der angetriebenen Spirale 6 zugeordnet ist und sich vorzugsweise im Bereich der Rückseiten der angetriebenen Spirale 6 in radialer Richtung bis in, in der angetriebenen Spirale 6 angeordnete Bohrungen 27 im Bereich des Außenumfanges 28 der ersten Spirale 6 erstreckt und über diese mit dem äußeren Bereich 15 der beiden Spiralen 6 und 7, d.h. entweder den äußeren Raum 56 oder den äußeren Verdichtungraum 19, verbunden ist, in den äußeren Bereich 15. Dabei fungieren die Bohrungen 27 und der Ansaugmediumzuführkanal 22 als Ansaugkanal. Im äußeren Bereich 15 wird dann das Ansaugmedium in die äußeren Verdichtungsräume 19 angesaugt und zum zentralen Bereich 16 bzw. 17 hin verdichtet. Im im zentralen Bereich 16 bzw. 17 der beiden Spiralen 6 und 7 vorgesehenen Verdichtungsendbereich 29 der beiden Spiralen 6 und 7 bzw. den von diesen gebildeten Verdichtungsräumen 14 wird das verdichtete und eine hohe Temperatur aufweisende Medium ausgeschoben. Die Ausschiebung erfolgt dabei in eine ortsfeste, das heißt nicht rotierende Einrichtung, welche als Druckstutzen 30 ausgeführt ist. Dazu sind Mittel 31 zur Führung des verdichteten und eine hohe Temperatur aufweisenden Mediums, insbesondere des Luftstromes, vom Austritt aus dem Verdichtungsendbereich 29 der Spiralen 6 und 7 zu einem, den verdichteten Luftstrom aufnehmenden und im Betriebszustand des Spiralverdichters 4 ortsfesten, das heißt ruhenden Element in Form des Druckstut zens 30 in der, der mitgenommenen Spirale 7 zugeordneten Welle 8 integriert. Die Mittel 31 zur Führung des verdichteten und eine hohe Temperatur aufweisenden Mediums, insbesondere Luftstromes vom Austritt aus dem Verdichtungsendbereich 29 der Spiralen 6 und 7 zum Druckstutzen 30 umfassen einen Mediumabfuhrkanal 32, insbesondere Luftstromführungskanal, welcher von wenigstens zwei teilweise ineinander einsteckbaren Elementen 33 und 34 gebildet wird, deren Innenkontur den Mediumabfuhrkanal 32, insbesondere Luftstromführungskanal begrenzen. Dabei umschließt eines der Elemente 33 oder 34 das andere Element 34 oder 33 in Umfangsrichtung auf wenigstens einem Teil von dessen axialer Erstreckung. Ein erstes dieser beiden Elemente 33 ist mit dem Druckstutzen 30 verbunden. Das zweite Element 34 ist drehfest mit der Spirale, der mitgeschleppten Spirale 7 verbunden. Das mit dem Druckstutzen 30 verbundene Element 34 ist als Führungselement ausgeführt. Das mit der mitgeschleppten Spirale 7 drehfest verbundene Element ist im einfachsten Fall als Lüftungsrohr 36 ausgeführt. Der dadurch realisierte Luftführungskanal 32 mündet in den Verdichtungsendbereich 29, welcher im wesentlichen im Bereich der Antriebsachse der angetriebenen Spirale 6 angeordnet ist. Das mit dem Druckstutzen 30 verbundene Element und das Lüftungsrohr 36 bilden eine Drehdurchführung 35. Die im Spiralverdichter 4 heiße verdichtete Luft gelangt somit aus dem Verdichtungsendbereich 29 der Spiralen 6 und 7 über den Mediumabfuhrkanal 32 bzw. die Drehdurchführung 35 in den Druckstutzen 30.
Den einzelnen Spiralen, insbesondere der angetriebenen Spirale 6 und der mitgeschleppten Spirale 7 im dargestellten Fall sind des weiteren Kühlrippen 37 für die Spirale 6 und 38 für die Spirale 7 zugeordnet, wobei diese im wesentlichen in radialer Richtung bezogen auf die Antriebsachse A der ersten angetriebenen Spirale 6 ausgerichtet sind. Das heißt, die Ausrichtung kann sowohl durch eine Komponente in axialer als auch radialer Richtung beschrieben werden, wobei diese in radialer Richtung geändert werden kann. Dabei wird bei Rotation der Spirale 6 bzw. der durch das Mitschleppen erzeugten Bewegung der Spirale 7 Kühlluft durch die durch die Kühlrippen 37 und 38 gebildeten Zwischenräume an den einzelnen Spiralen 6 und 7 erzeugt. Die Kühlluft wird dabei in radialer Richtung von den mit den Spiralen gekoppelten Wellen, der Welle 8 für die Spirale 7 und der Welle 23 für die Spirale 6, in Richtung des äußeren Umfanges 21 der beiden Spiralen 6 und 7 geführt. Diese Luft führt in der Regel Schmutz mit, welche bei konventionellen Spiralverdichtern in die bereits vorgefilterte Ansaugluft eintritt. Gemäß der erfindungsgemäßen Ausführung wird dies durch die separate Führung des Ansaugmediums und die berührende Dichtung 39 zwischen den beiden Spiralen 6 und 7 ausgeschlossen. Diese verhindert das Eindringen verschmutzter Luft in den Ansaugbereich. Die berührende Dichtung 39 ist vorzugsweise als trockenlaufende Dichtung ausgeführt. Die einzelnen Verdichtungsräume 14 werden über die Kopplung des Ansaugmediumführungskanales 22 mit der Filtereinrichtung 25 praktisch hermetisch vom Schmutz abgeschirmt. Bei der in der 1 dargestellten Ausführung der Antriebswelle 23 ist dieser eine Filterhalterungseinrichtung 40 zugeordnet, welche die Filtereinrichtung 25 trägt, wobei die Filtereinrichtung 25 vorzugsweise in Umfangsrichtung die Antriebswelle bzw. ein dieser gekoppeltes Element wenigstens teilweise, vorzugsweise jedoch vollständig umschließt. Die Filterhalterungseinrichtung 40 umfaßt dabei ein drehfest mit der Antriebswelle 6 gekoppeltes Element 41, wobei dieses vorzugsweise gleichzeitig eine Riemenscheibe 24 trägt. Das Element 41 bildet dabei in axialer Richtung einen Anschlag 42 für die Filtereinrichtung 25, wobei der zweite axiale Anschlag für die Filtereinrichtung auf der von der Spirale weggewandten Seite der Filtereinrichtung 25 von einem Deckel bzw. Abschlußelement 44 gebildet wird. Dieses kann beispielsweise durch eine Preßverbindung auf die Filtereinrichtung 25 aufgesetzt sein, wobei das Deckel- bzw. Anschlußelement 44 in axialer Richtung in Einbaulage betrachtet sich über einen Teil der axialen Erstreckung der Filtereinrichtung 25 erstreckt.
Des weiteren erfolgt auch hier die Lagerung der Welle 23 mittels einer Lageranordnung 45, umfassend zwei Wälzlager 46 und 47, in einem Gehäuse, beispielsweise dem Lagergehäuse 48. Dieses ist vorzugsweise mit dem Gehäuse 5 des Spiralverdichters 4 verbunden.
Die 2 verdeutlicht eine alternative Ausführung einer erfindungsgemäßen Spiralverdichteranordnung 4, bei welcher das Ansaugmedium, insbesondere die Ansaugluft bereits vorgefiltert einem dichten Zwischenflansch 51 zwischen einer koaxial zur Antriebswelle 23 angeordneten Antriebsmaschine 2 und dem Spiralverdichter 4 zugeleitet wird. Der Grundaufbau entspricht im wesentlichen dem in der 1 beschriebenen, weshalb für gleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet werden. Von diesem Zwischenflansch 51, welcher einen Zwischenraum 52 begrenzt, gelangt die Ansaugluft in analoger Form in die Hohlwelle 23 der angetriebenen Spi rale 6 und folgt dem bereits in der 1 beschriebenen Weg durch den Spiralverdichter 4.
Die Schnittstellen zwischen den drehenden Teilen, das heißt der Spirale 6, insbesondere der dieser zugeordnete Welle 23 und dem Gehäuse-Zwischenflansch 51 stellen dabei das Wälzlager 47 auf der Spiralverdichterseite und hier nicht dargestelltes und vorzugsweise ebenfalls fett geschmiertes Lager auf Seiten der Antriebsmaschine 2 dar. Durch die geringen Umfangsgeschwindigkeiten und der Fettschmierungen können hier Lager mit Dichtscheiben verwendet werden, was eine gute Abdichtung des Zwischenflansches 51 nach außen hin ergibt.
Bei beiden Anordnungen gemäß den 1 und 2 erfolgt die Mitnahme der mitgeschleppten Spirale 7 jeweils über Mitnahmeelemente 53, beispielsweise in Form von Nebenexzentern. Diese sind in Umfangsrichtung der Spiralen in bestimmten Abständen zueinander angeordnet.
Die weitere Ausführung der Mittel 18, insbesondere bezüglich der vorzusehenden berührenden Dichtung zwischen den beiden Spiralen 6 und 7 entspricht der in der 1 beschriebenen, weshalb für gleiche Elemente auch die gleichen Bezugszeichen verwendet werden und für 2 nicht näher darauf eingegangen wird.
Die erfindungsgemäße Lösung ist nicht auf die Ausführungen gemäß der 1 und 2 beschränkt. Insbesondere bezüglich der Anordnung, Gestaltung, Auslegung und Geometrie des Ansaugmediumzuführkanals und der Dichtung bestehen eine Vielzahl von Möglichkeiten. Diese sind vom konkreten Einsatzfall abhängig und liegen im Tätigkeitsbereich des zuständigen Fachmannes. Erfindungswesentlich ist jedoch neben dem Vorsehen der berührenden Dichtung zwischen den beiden Spiralen 6 und 7 die Führung des Ansaugmediums, insbesondere der Ansaugluft, über eine als Hohlwelle ausgeführte Antriebswelle der Spirale.

1: Antriebsstrang
2: Antriebsmaschine
3: Kompressor
4: Spiralverdichter
5: Gehäuse
6: erste Spirale
7: zweite Spirale
8: Welle
9: Lageranordnung
10: Lagergehäuse
11: Baueinheit
12: Wälzlager
13: Wälzlager
14: Verdichtungsräume
15: äußerer Bereich der Spiralen
16: zentraler Bereich der ersten Spirale
17: zentraler Bereich der zweiten Spirale
18: Mittel zur Trennung des Ansaugmediums von der Umgebung, insbesondere
: Umgebungsluft im äußeren Bereich der Spiralen
19: äußerer Verdichtungsraum
20: Mittel zur separaten Führung vorgefilterter Ansaugluft
21: äußerer Umfang der Spiralen
22: Ansaugmediumzuführkanal
23: Welle
24: Riemenscheibe
25: Filtereinrichtung
26: Innenumfang der Hohlwelle
27: Bohrungen
28: Außenumfang der ersten Spirale
29: Verdichtungsendbereich
30: Druckstutzen
31: Mittel zur Führung des verdichteten und eine hohe Temperatur aufweisenden
: Mediums, insbesondere Luft
32: Mediumabfuhrkanal
33: Element
34: Element
35: Drehdurchführung
36: Lüftungsrohr
37: Kühlrippen
38: Kühlrippen
39: berührende Dichtung
40: Filterhalterungseinrichtung
41: Element
42: Anschlag
43: von der angetriebenen Spirale wegweisende Seite
44: Deckel bzw. Anschlußelement
45: Lageranordnung
46: Wälzlager
47: Wälzlager
48: Lagergehäuse
49: zweiter Teilführungskanal
50: erster Teilführungskanal
51: Zwischenflansch
52: Zwischenraum
53: Mitnahmeelemente
54: Umgebung
55: Außenumfang der zweiten Spirale
56: äußerer, nicht als Verdichtungsraum fungierender Raum
A: Antriebsachse

Claims

Spiralverdichter (4), insbesondere ölfreier Spiralverdichter 1.1 mit wenigstens zwei, in einem Gehäuse (5) angeordneten und ineinandergreifenden und im Betrieb rotierenden Spiralen – eine erste antreibbare Spirale (6) und eine zweite Spirale (7); 1.2 mit Mittel zur Trennung des Ansaugmediums von der Umgebungsluft; gekennzeichnet durch folgende Merkmale: 1.3 zur separaten Führung des Ansaugmediums durch die antreibbare Spirale (6) und eine mit dieser gekoppelten Antriebswelle (23) in den radial äußeren Bereich (15) der Spiralen (6, 7) oder durch ein aus antreibbarer Spirale und Antriebswelle gebildetes Bauelement ist wenigstens ein gegenüber der Umgebungsluft dicht abgeschlossener Ansaugmediumzuführkanal (22) vorgesehen, wobei der Ansaugmediumzuführkanal (22) wenigstens einen ersten, in der Antriebswelle (23) angeordneten Teilführungskanal (50) und einen zweiten, der Rückseite der antreibbaren Spirale (7) zugeordneten Teilführungskanal (49), der mit dem ersten Teilführungskanal (50) verbunden ist, umfasst; 1.4 zur Trennung des Ansaugmediums von der Umgebungsluft ist des Weiteren wenigstens eine berührende Dichtungseinrichtung (39) Form einer trockenlaufenden Dichtung zwischen den beiden Spiralen (6, 7) im äußeren Bereich (15) der Spiralen (6, 7) zur Abdichtung des äußeren Bereiches (15) gegenüber der Umgebung vorgesehen und 1.5 eine drehfest mit der Antriebswelle (23) gekoppelte und dem Ansaugmediumführungskanal (22) in Strömungsrichtung vorgeschalteten Filtereinrichtung (25).
Spiralverdichter (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansaugmedium Luft ist.
Spiralverdichter (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: 3.1 im äußeren Bereich (15) der Spiralen (6, 7) ist ein äußerer Verdichtungsraum (19) angeordnet; 3.2 der Ansaugmediumzuführkanal (22) ist mit dem äußeren Verdichtungsraum (19) verbunden.
Spiralverdichter (4) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung des Ansaugmediumzuführkanales (22) mit dem äußeren Verdichtungsraum (19) über einen, im äußeren Bereich (15) der Spiralen (6, 7) angeordneten, nicht als Verdichtungsraum fungierenden Raum (56), aus welchem das Ansaugmedium in den äußeren Verdichtungsraum (19) angesaugt wird, erfolgt.
Spiralverdichter (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: der zweite Teilführungskanal (49) ist mit dem äußeren Bereich (15) der Spiralen (6, 7) über Öffnungen (27) in der Spiralwand der antreibbaren Spirale (6) verbunden.
Spiralverdichter (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebwelle (23) als Hohlwelle ausgeführt ist.
Spiralverdichter (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 7.1 die Filtereinrichtung (25) ist koaxial zur Antriebswelle (23) angeordnet; 7.2 die Filtereinrichtung (25) ist in einer drehfest mit der Antriebswelle (23) verbundenen Filterhalterungseinrichtung (40) gelagert; 7.3 die Filterhalterungseinrichtung (40) umfasst eine in der Filterhalterungseinrichtung (40) gelagerte Riemenscheibe (24) eines Zugmittelgetriebes.
Spiralverdichter (4), insbesondere ölfreier Spiralverdichter; 8.1 mit wenigstens zwei, in einem Gehäuse (5) angeordneten und ineinandergreifenden und im Betrieb rotierenden Spiralen – eine erste antreibbare Spirale (6) und eine zweite Spirale (7); 8.2 mit Mitteln zur Trennung des Ansaugmediums von der Umgebungsluft; gekennzeichnet durch folgende Merkmale: 8.3 zur separaten Führung des Ansaugmediums durch die antreibbare Spirale (6) und eine mit dieser gekoppelten Antriebswelle (23) in den radial äußeren Bereich (15) der Spiralen (6, 7) oder durch ein aus antreibbarer Spirale und Antriebswelle gebildetes Bauelement ist wenigstens ein gegenüber der Umgebungsluft dicht abgeschlossener Ansaugmediumzuführkanal (22) vorgesehen, wobei der Ansaugmediumzuführkanal (22) wenigstens einen ersten, in der Antriebswelle (23) angeordneten Teilführungskanal (50) und einen zweiten, der Rückseite der antreibbaren Spirale (7) zugeordneten Teilführungskanal (49), der mit dem ersten Teilführungskanal (50) verbunden ist, umfasst; 8.4 zur Trennung des Ansaugmediums von der Umgebungsluft ist des Weiteren wenigstens eine berührende Dichtungseinrichtung (39) in Form einer trockenlaufenden Dichtung zwischen den beiden Spiralen (6, 7) im äußeren Bereich (15) der Spiralen (6, 7) zur Abdichtung des äußeren Bereiches (15) gegenüber der Umgebung vorgesehen und 8.5 ein nicht drehbarer und dichtend mit der Antriebswelle (23) und einer koaxial zur Antriebswelle (23) anordenbaren Antriebsmaschine (2) verbindender Zwischenflansch (51).
Verwendung eines ölfreien Spiralverdichters gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Drucklufterzeugung in einem Schienenfahrzeug.