DE10031143A1 - Spiralverdichter, Verfahren zur Kühlung einer Lageranordnung einer Spirale ines Spiralverdichters und Verwendung des Spiralverdichters - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Spiralverdichter, insbesondere einen ölfreien Spiralverdichter, mit wenigstens zwei, in einem Gehäuse angeordneten und ineinanderlaufenden Spiralen, wobei sich wenigstens eine der Spiralen über eine Lageranordnung am Gehäuse oder einem nicht rotierenden Bauelement abstützt. Erfindungsgemäß wird die Lageranordnung beidseitig gekühlt. Dazu werden Mittel zur Führung wenigstens eines Frischluftstromes in räumlicher Nähe zum Innenumfang der Lageranordnung und Mittel zur Führung wenigstens eines Frischluftstromes in räumlicher Nähe zum Außenumfang der Lageranordnung zur wenigstens indirekten Kühlung der Lageranordnung vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Spiralverdichter, insbesondere einen ölfreien Spiralver­ dichter, im einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruches 1; ferner ein Verfahren zur Kühlung einer Lageranordnung zur Abstützung einer Spirale eines Spiralverdichters, insbesondere ölfreien Spiralverdichters und eine Verwen­ dung eines Spiralverdichters zur Drucklufterzeugung in Schienenfahrzeugen.

Bei der Drucklufterzeugung in Schienenfahrzeugen sind infolge der großen zu er­ zeugenden Luftmengen und der extremen klimatischen Bedingungen besondere Anforderungen an die Kompressor- beziehungsweise Verdichtertechnik zu stellen. Selbst bei niedrigsten Temperaturen und rauhen Umweltbedingungen, insbesondere beim Auftreten von Schwingungen und Stößen, ist auch im Langzeitbetrieb stets die volle Betriebsfähigkeit zu gewährleisten. Daher werden zunehmend auch im Schie­ nenfahrzeugbereich ölfreie Spiralkompressoren- bzw. Verdichter eingesetzt. Spiral­ verdichter, insbesondere ölfreie Spiralverdichter, für den Einsatz zur Drucklufterzeu­ gung in Schienenfahrzeugen, sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt. Un­ terschieden wird dabei u. a. zwischen Spiralverdichtern mit einseitiger oder zweiseiti­ ger Spiralanordnung. Ausführungen mit einseitiger Spiralanordnung sind in den Druckschriften DE 195 28 071 A1 und DE 196 04 447 A1 beschreiben. Eine zwei­ seitige Spiralanordnung ist in der Druckschrift DE 195 28 070 A1 offenbart.

Derartige Spiralverdichter umfassen zwei, in einem Gehäuse angeordnete und inei­ nanderlaufende Spiralen, wobei zwischen einer Bauweise mit zwei rotierenden Spi­ ralen oder mit einer festen und einer orbitierenden Spirale unterschieden werden muß. Im erst genannten Fall handelt es sich bei einer ersten der rotierenden Spiralen um eine angetriebene Spirale, während die andere zweite Spirale als mitgeschleppte Spirale bezeichnet wird. Beim Ineinanderlaufen der Spiralen ergeben sich Verdich­ tungsräume, welche durch die orbitierende Relativbewegung der Spiralen derart vom Außenbereich der Spiralen zu einem zentralen Bereich der Spiralen, welcher auch als Verdichtungsendbereich bezeichnet wird, hin verändert werden, daß eine zu­ nehmende Verdichtung des in den Verdichtungsräumen vorliegenden Mediums, in der Regel Luft, erzeugt wird. Die Luft wird dabei durch einen Luftansaugkanal in das Gehäuse des Spiralverdichters angesaugt und dem äußeren Verdichtungsraum der beiden Spiralen zugeführt. Die im Zuge der Bewegung der Spiralen verdichtete Luft wird schließlich durch einen Luftaustritt im Bereich des Zentrums der feststehenden Spirale oder aber bei einer Ausführung mit zwei rotierenden Spiralen im Bereich des Zentrums der mitgeschleppten Spirale abgeführt. Diese Bereiche liegen dabei im Verdichtungsendbereich. Dazu sind Mittel zur Führung des verdichteten und eine hohe Temperatur aufweisenden Luftstromes vom Austritt aus dem Verdichtungsend­ bereich der Spiralen zu einem, den verdichteten Luftstrom aufnehmenden und im Betriebszustand des Spiralverdichters ortsfesten, d. h. ruhenden und nicht rotieren­ den Element, in der Spiralwelle, welche als eigenständiges Bauelement mit der Spi­ rale zu einer baulichen Eineit zusammenfaßbar ist oder aber mit der Spirale als ein­ teiliges Bauelement ausgeführt ist, integriert. Das den verdichteten Luftstrom auf­ nehmende und ortsfeste Element wird im Allgemeinen von einem Druckstutzen ge­ bildet. Die Mittel umfassen wenigstens einen Luftstromführungskanal, welcher von zwei teilweise ineinander einsteckbaren Elementen gebildet wird, deren Innenkontur einen Luftstromführungskanal begrenzen, d. h. wenigstens eines der Elemente um­ schließt das andere Element in Umfangsrichtung auf einem Teilbereich von dessen axialer Erstreckung. Ein erstes dieser beiden Elemente ist mit dem ortsfesten Ele­ ment verbunden, das zweite Element ist drehfest mit der Spirale, bei der Ausführung mit zwei ineinanderlaufenden Spiralen die mitgeschleppte Spirale, gekoppelt. Das mit dem ortsfesten Element verbundene Element ist als Führungselement ausgeführt, während das mit der mitgeschleppten Spirale drehfest verbundene Element im ein­ fachsten Fall als Lüftungsrohr ausgeführt ist. Beide bilden im Zusammenwirken eine Drehdurchführung.

Aufgrund der gegenüber heutigen handelsüblichen Spiralverdichtern stark zu vergrö­ ßernden Leistung und der damit verbundenen hohen Kraftbelastung des Verdichters und durch die gewünschte Ölfreiheit der Anordnung, ist die Reibleistung der Lager nur sehr schwer abführbar. Ölfreie Spiralverdichter mit großen Verdichtungsverhält­ nissen erreichen hohe Verdichtungsendtemperaturen. Bei einer Bauweise mit zwei rotierenden Spiralen muß diese heiße Luft durch die Welle der einen Spirale aus dem Inneren der Spirale, insbesondere dem Verdichtungsendbereich herausgeleitet werden. Dadurch wird zusätzlich die Welle und damit auch die Wellenlagerung aufgeheizt, was insbesondere bei fettgefüllten Lagern zu einer erheblichen Verringerung der zu erwartenden Lebensdauer und damit der Verfügbarkeit des gesamten Spiral­ verdichters führen kann. Verschärft wird diese Problematik durch die des weiteren vorhandene Wärmeleitung vom warmen Zentralbereich der Spiralelemente, welche zu einer zusätzlichen Aufheizung der Wellen und Lager der einzelnen Spiralen führt. Zur Verringerung des Aufheizeffektes ist das Lüftungsrohr zur entsprechenden Welle hin isoliert. Damit wird der direkte Kontakt der heißen Luft aus dem Verdichtungs­ endbereich mit der Welle verhindert. Die Wärmeabfuhr aus der Lageranordnung wird dabei über Kühlrippen realisiert, welche außen am Lagergehäuse angebracht sind und von Kühlluft umströmt werden. Jedoch konnten auch mit dieser Lösung nur un­ befriedigende Ergebnisse bezüglich der Verfügbarkeit des Spiralverdichters und ins­ besondere der Lebensdauer der Lagerungen erzielt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Spiralverdichter der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß dieser auch bei hohem Luftdurchsatz und hohen Verdichtungsleistungen einen sicheren Betrieb gewährleistet. Des weite­ ren ist auf eine möglichst lange Lebensdauer und hohe Verfügbarkeit des Spiralver­ dichters abzustellen.

Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 14 cha­ rakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergege­ ben. Eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Spiralverdichters ist in Anspruch 17 wiedergegeben.

Erfindungsgemäß sind bei einem Spiralverdichter mit wenigstens zwei in einem Ge­ häuse angeordneten und ineinanderlaufenden Spiralen, wobei sich wenigstens eine der Spiralen über eine Lageranordnung am Gehäuse oder einem anderen ruhenden Element abstützt, Mittel zur Führung wenigstens eines Frischluftstromes in radialer Richtung von der Lagerachse der Spirale aus betrachtet in räumlicher Nähe zum In­ nenumfang der Lageranordnung und Mittel zur Führung wenigstens eines Frischluft­ stromes in radialer Richtung von der Lagerachse der Spirale aus betrachtet in räum­ licher Nähe zum Außenumfang der Lageranordnung zur wenigstens indirekten Küh­ lung der Lageranordnung vorgesehen. Die Führung der Frischluftströme kann dabei

• a) direkt in axialer Richtung, d. h. im wesentlichen parallel zur Lagerachse der Spirale erfolgen oder aber
• b) in Umfangsrichtung der Lageranordnung oder
• c) geneigt zur Umfangsrichtung.

Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil, daß die Lager beidseitig gekühlt werden, was deren Temperatur wiederum senkt und damit bei Füllung der Lager mit Fett die Gebrauchsdauer erhöht.

Bezüglich der Ausführung der Lagerung bestehen eine Vielzahl von Möglichkeiten. Vorzugsweise wird jedoch eine Wälzlagerung verwendet, wobei diese bei Vorsehung zweier Wälzlager eine Festlageranordnung oder Stützlageranordnung bildet.

Zur Realisierung der Führung wenigstens eines Frischluftstromes in räumlicher Nähe zum Außenumfang der Lageranordnung sind entsprechende Mittel vorgesehen. Ausgenutzt wird dabei bei den ohnehin mit Kühlrippen versehenen Spiralen die im Betrieb des Spiralverdichters daraus resultierende Ansaugwirkung, wobei zur Füh­ rung des Kühlmittels am Lagergehäuse, insbesondere an dessen Außenumfang Leitelemente, vorzugsweise in Form von Rippen vorgesehen werden, welche in Ein­ baulage betrachtet in axialer Richtung verlaufen und deren Fläche sich in radialer Richtung erstreckt.

Die Mittel zur Führung wenigstens eines Frischluftstromes in räumlicher Nähe zum Innenumfang der Lageranordnung umfassen wenigstens einen in der Welle ange­ ordneten Kühlkanal, der sich in Einbaulage betrachtet wenigstens über die axiale Erstreckung der Lageranordnung in axialer Richtung erstreckt, vorzugsweise darüber hinaus und Mittel zur Verbindung des Kühlkanales mit der Umgebung und zur Ver­ bindung des Kühlkanales mit den Zwischenräumen der an der Spirale angeordneten Kühlrippen. Die Mittel zur Verbindung des Kühlkanales mit der Umgebung und die Mittel zur Verbindung des Kühlkanales mit den an der Spirale angeordneten Kühlrip­ pen umfassen vorzugsweise jeweils eine Vielzahl von Verbindunsgkanälen, welche im Lagergehäuse, der Welle oder der Spirale angeordnet werden.

Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung wird der Kühlkanal bei Ausführungen mit Abführung der verdichteten Luft durch die Welle der sich über die zu kühlende Lage­ rung abstützende Spirale vom Zwischenraum zwischen dem Innenumfang der Hohl­ welle und den Führungskanälen für die Luft gebildet. Im Einzelnen werden dabei Mittel zur Führung der heißen, verdichteten Luft aus dem Verdichtungsendbereich der Spiralen vorgesehen, welche eine Drehdurchführung umfassen, die von einem mit dem ortsfesten Druckstutzen verbundenen Führungselement und wenigstens ei­ nem, einen Lüftungskanal tragenden Element, welches drehfest mit dem Verdich­ tungsendbereich verbunden ist, gebildet wird. Bezüglich der Ausführung des Kühlka­ nales bestehen dabei die folgenden Möglichkeiten:

• a) Bildung des Kühlkanales zwischen den Mitteln zur Führung der eine hohe Temperatur aufweisenden und verdichteten Luft und dem Innenumfang der Welle, insbesondere Hohlwelle bzw. des die innere Lauffläche der Lageran­ ordnung abstützenden Elementes
• b) Vorsehen bzw. Einarbeitung des Kühlkanales bzw. der Kühlkanäle in die Wand des die innere Lauffläche der Lageranordnung abstützenden Elementes

Der Kühlkanal ist dabei im erstgenannten Fall in radialer Richtung durch den Innen­ umfang der Welle und den Außenumfang der Drehdurchführung bzw. des ortsfesten Führungselementes und/oder des den Lüftungskanal tragenden Elementes begrenzt. Der Kühlkanal verläuft ringförmig um die Mittel zur Abfuhr verdichteter und eine hohe Temperatur aufweisender Luft und wird lediglich von Befestigungselementen durch­ setzt. Im zweiten Fall besteht die Möglichkeit, eine Vielzahl von Kühlkanälen in der Wand der Hohlwelle in Umfangsrichtung mit bestimmten Abstand zueinander vorzu­ sehen, wobei die Kühlkanäle parallel zur Lagerachse der Spirale oder in Umfangs­ richtung bzw. in einem Winkel zu dieser verlaufen können. Vorzugsweise weisen dann die einzelnen Kanäle den gleichen Querschnitt auf.

Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung erfolgt die Führung des oder der Kühl­ luftströme in räumlicher Nähe zum Innenumfang und zum Außenumfang der La­ geranordnung zur wenigstens indirekten Kühlung der Lageranordnung gleichzeitig. Die konstruktive Auslegung der Mittel zur Führung wenigstens eines Kühlluftstromes in räumlicher Nähe zum Außen- und Innenumfang der Lageranordnung erfolgt vor­ zugseise derart, daß Kühlluftströme mit einer Kühlkapazität geführt werden können, welche eine gleichmäße beidseitige Kühlung der Lageranordnung ermöglichen ohne wesentliche Temperaturunterschiede zwischen dem Innenumfang und dem Außen­ umfang der Lagerung.

Die erfindungsgemäße Lösung ist nicht auf eine Ausführung mit Abführung der ver­ dichteten Luft durch die die Lagerung tragende Welle beschränkt, sondern kann ge­ nerell für Lagerungen der Wellen einzelner angetriebener und/oder mitgeschleppter Spiralen eines Spiralverdichters verwendet werden. Des weiteren ist die erfindungs­ gemäße Lösung nicht auf eine Bauweise mit zwei rotierenden Spiralen beschränkt, sondern kann auch Anwendung bei einer Bauweise mit einer festen und einer rotie­ renden Spirale finden.

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

Fig. 1 verdeutlicht in vereinfachter Darstellung anhand einer Ansicht eines mit einer Antriebsmaschine gekoppelten Verdichters den Grundaufbau, die Funktionsweise und Anordnung eines erfindungsgemäß gestalteten Spiralverdichters;

Fig. 2 verdeutlicht in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt aus Fig. 1 in einer Schnittdarstellung durch den Luftführungskanal.

Die Fig. 1 verdeutlicht anhand eines Ausschnittes aus einem Antriebsstrang 1 mit einer Antriebsmaschine 2 die Anordnung und Funktionsweise eines der Antriebsma­ schine 2 zugeordneten Kompressors 3 in Form eines Spiralverdichters 4 in einer 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 da­ bei auch als angetriebene Spirale bezeichnet. Diese ist mit der Antriebsmaschine 2 wenigstens mittelbar drehfest verbunden. Die zweite Spirale 7 wird auch als mitge­ schleppte Spirale bezeichnet. Diese ist mit einer Welle 8 verbunden, und stützt sich über eine Lageranordnung 9 an einem ortsfesten Bauelement oder beispielsweise dem 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 über die Lageranordnung 9 erfolgt im darge­ stellten Fall über zwei Wälzlager 12 und 13.

Erfindungsgemäß sind Mittel 34 zur Erzeugung und/oder Führung eines Kühlluft­ stromes in Form eines Frischluftstromes in radialer Richtung von der Lagerachse A der Spirale 7 aus betrachtet in räumlicher Nähe zum Innenumfang 35 der Lageran­ ordnung 9 bzw. der einzelnen Lager 12 und 13 der Lageranordnung und Mittel 14 zur Erzeugung und/oder Führung eines Kühlluftstromes in Form eines Frischluftstromes in radialer Richtung ausgehend von der Lagerachse A der Spirale 7 betrachtet in räumlicher Nähe zum Außenumfang 36 der Lageranordnung 9 bzw. der einzelnen Lager 12 und 13, d. h. beidseitig der Lageranordnung 9 bezogen auf die Lagerachse A innen und außen, zur wenigstens indirekten Kühlung der einzelnen Lager, im dar­ gestellten Fall der Wälzlager 12 und 13 der Lageranordnung 9, vorgesehen. Die Füh­ rung des Frischluftstromes erfolgt dabei derart, daß dieser vorzugsweise die axiale Erstreckung der Lageranordnung 9 überstreciht. Dies bedeutet, daß die einzelnen Lager - die Wälzlager 12 und 13 der Lageranordung 9 - nicht direkt dem Kühlluft­ strom ausgesetzt werden, sondern eine Kühlung über die, die Laufflächen 12a und 13a bzw. 12b und 13b bildenden Elemente der einzelnen Wälzlager 12 und 13 der die Lageranordnung 9 abstützenden Elemente 15.1, 15.2. Im dargestellten Fall wer­ den diese zum einen von der Welle 8 und dem Lagergehäuse 10, insbesondere der Wand 16 des Lagergehäuses 10 gebildet. Die laufflächentragenden Elemente 12a und 13a sind dabei die Innenringe der Wälzlager 12 und 13, während die laufflä­ chentragenden Elemente 12b und 13b von den Außenringen der Wälzlager 12 und 13 gebildet werden. Der Innenumfang 35 und der Außenumfang 36 der Lageranord­ nung 9 ist im dargestellten Fall durch unterschiedliche Durchmesser charakterisiert. Denkbar ist auch die hier nicht dargestellte Ausführung mit einem gleichmäßigen Durchmesser über die gesamte axiale Erstreckung der Lageranordnung 9.

Der zweiten Spirale 7 und der ersten Spirale 6 sind des weiteren Kühlrippen 17 be­ ziehungsweise 18 zugeordnet, wobei diese in radialer Richtung bezogen auf die An­ triebsachse A der ersten Spirale 6 bzw. die der mitgeschleppten Spirale 7, das heißt der angetriebenen Spirale ausgerichtet sind. Dabei wird bei Rotation der Spirale 6 beziehungsweise der durch das Mitschleppen erzeugten Bewegung der Spirale 7 Kühlluft durch die Kühlrippen 18 an der Spirale 7 beziehungsweise 17 an der Spirale 6 erzeugt. Die Mittel zur Führung 14 umfassen dabei Leitelemente 19 am Lagerge­ häuse 10 der Lageranordnung 9. Die Leitelemente 19 verlaufen in axialer Richtung in Einbaulage betrachtet, das heißt bezogen auf die Antriebsachse A_an der ersten an­ getriebenen Spirale 6 im wesentlichen parallel zu dieser und erstrecken sich in radi­ aler Richtung. Die Leitelemente 19 sind des weiteren vorzugsweise in einem be­ stimmten vordefinierten Abstand zueinander in Umfangsrichtung am Lagergehäuse 10 angeordnet. Den Leitelementen 19 kommt hauptsächlich eine Leitfunktion und die Funktion der Wärmeabfuhr zu. Der Frischluftstrom wird dabei in axialer Richtung entlang der Oberfläche, das heißt des Außenumfanges 20 des Lagergehäuses 10 geführt. Eine Kühlwirkung für die Lageranordnung 9 wird durch Wärmeübergang und Wärmestrahlung durch die Wand 16 des Lagergehäuses 10 und der Leitelemente realisiert. Die Mittel 34 zur Führung wenigstens eines Frischluftstromes in radialer Richtung in räumlicher Nähe zum Innenumfang 35 der Lageranordnung 9, d. h. des Innenumfanges der die innere Lauffläche der einzelnen Lager bildenden Elemente, umfassen wenigstens einen, in dieser Figur im Einzelnen nicht dargestellten, jedoch in der detailierten Darstellung gemäß Fig. 2 wiedergegebenen Kühlkanal 21, wel­ cher in der Welle 8 angeordnet ist. Entsprechend der Ausgestaltung der Welle 8 be­ stehen für die Ausführung des Kühlkanals 21 eine Mehrzahl von Möglichkeiten. Denkbar ist die Einarbeitung einer Vielzahl von Kühlkanälen 21 in der Welle 8 in ra­ dialer Richtung betrachtet mit axialer Ausrichtung im Bereich der Oberfläche 22, das heißt des Außenumfanges der Welle 8. Der Kühlkanal 21 beziehungsweise die Kühl­ kanäle sind dann derart anzuordnen, daß zwischen den, die inneren Laufflächen der einzelnen Lager - dem Wälzlager 12 und dem Wälzlager 13 - bildenden Element 15.1 und dem Kühlkanal lediglich eine Wand 37 geringer Stärke verbleibt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Welle 8 als Hohlwelle auszuführen, wobei die Wand­ stärke d der Hohlwelle möglichst gering gehalten wird und den Frischluftstrom am Innenumfang der Hohlwelle entlangzuführen. Die Mittel 34 zur Führung wenigstens eines Frischluftstromes in im wesentlichen axialer Richtung der Spirale 7 in räumli­ cher Nähe zum Innenumfang 35 der Lageranordnung 9 zur wenigstens indirekten Kühlung der Lageranordnung 9 umfassen des weiteren zur Realisierung der An­ saugwirkung von Frischluft in den Kühlkanal 21 Mittel 39 zur Verbindung des Kühlkanales 21 mit der Umgebung 29 und Mittel 40 zur Verbindung des Kühlkanales 21 mit den an der Spirale 7 angeordneten Kühlrippen 18. Die Mittel 39 und 40 umfassen dazu Verbindungskanäle zwischen dem Kühlkanal 21 und den Zwischenräumen zwi­ schen den Kühlrippen 18, welche sich durch die Welle 8 erstrecken, sowie Verbin­ dungskanäle zur Verbindung des mit dem Kühlkanal 21 gekoppelten Innenraumes 28 des Lagergehäuses 10 und der Umgebung 29. Die Verbindungskanäle zwischen Kühlkanal 21 und den Zwischenräumen zwischen zwei einander in Umfangsrichtung der Spirale benachbart angeordneten Kühlrippen 18 sind hier mit 30 bezeichnet, während die Verbindungskanäle zwischen dem Innenraum 28 des Lagergehäuses und der Umgebung 29 mit 31 gekennzeichnet werden. Entsprechend des ge­ wünschten Ansaugeffektes der Frischluft sind dabei eine Mehrzahl von Verbindungs­ kanälen 30 beziehungsweise 31 vorgesehen, die vorzugsweise in Umfangsrichtung betrachtet in gleichmäßigen Abständen zueinander angeordnet sind. Die Quer­ schnitte der Verbindungskanäle 31 und 30 bzw. deren Summe und der Querschnitt des Kühlkanales 21 sind dabei derart aufeinander abgestimmt, daß eine optimale Kühlung im Hauptbetriebsbereich des Spiralverdichters 4 gewährleistet ist.

Die erfindungsgemäße Lösung wird bevorzugt für Ausführungen angewandt, bei wel­ chen die im Verdichtungsendbereich 26 aus der Spirale 7 austretende verdichtete und eine hohe Temperatur aufweisende Luft über die Welle 8 der mitgeschleppten Spirale 7 abgeführt wird. Dazu sind Mittel 41 zur Führung des verdichteten und eine hohe Temperatur aufweisenden Luftstromes vom Austritt 43 aus dem Verdichtungs­ endbereich 26 der Spiralen 6 und 7 zu einem, den verdichteten Luftstrom aufneh­ menden und im Betriebszustand des Spiralverdichters 4 ortsfesten, d. h. ruhenden und nicht rotierenden Element, in der Spiralwelle 8 integriert. Das den verdichteten Luftstrom aufnehmende und ortsfeste Element wird im allgemeinen von einem Druckstutzen 27 gebildet. Die Mittel 41 umfassen wenigstens einen Lüftungskanal 25, welcher von zwei teilweise ineinander einsteckbaren Elementen gebildet wird, deren Innenkontur 42 den Lüftungskanal 25 begrenzen, d. h. wenigstens eines der Elemente umschließt das andere Element in Umfangsrichtung auf einem Teilbereich von dessen axialer Erstreckung. Diese bilden ein Drehdurchführung 55. Ein erstes dieser beiden Elemente ist mit dem ortsfesten Element, d. h. dem Druckstutzen 27 verbunden, das zweite Element drehfest mit der Spirale, bei der Ausführung mit zwei ineinanderlaufenden Spiralen die mitgeschleppte Spirale 7 - verbunden. Das mit dem ortsfesten Element, d. h. dem Druckstutzen 27 verbundene Element ist als Führungs­ element 23 ausgeführt, während das mit der mitgeschleppten Spirale 7 drehfest ver­ bundene Element im einfachsten Fall als Lüftungsrohr 24 ausgeführt ist. Der Lüf­ tungskanal 25 mündet dabei in den Verdichtungsendbereich 26, welcher im wesentli­ chen im Bereich der Antriebsachse für die angetriebene Spirale angeordnet ist. Die im Spiralverdichter 4 heiße, verdichtete Luft gelangt aus dem Verdichtungsendbe­ reich 26 der Spiralen 6 und 7 über den Lüftungskanal 25, insbesondere die Dreh­ durchführung 23 in den Druckstutzen 27 des Verdichters.

Bei dieser Ausführung wird der Innenraum 28 des Lagergehäuses 10 sowohl vom Lagergehäuse 10 als auch vom Druckstutzen 27 begrenzt. In diesem Fall sind die Verbindungskanäle 31 im Druckstutzen vorgesehen. Der Kühlkanal 21 ist bei der Ausführung mit dem Lüftungskanal 25 und Drehdurchführung 55 durch den Innen­ umfang 32 und den Außenumfang des den Lüftungskanal 25 bildenden Elementes bzw. der Elemente, insbesondere Lüftungsrohr 24 beziehungsweise Führungsele­ ment 23 bestimmt. Dieser erstreckt sich damit ringförmig in Umfangsrichtung, wobei die Abmessungen in radialer Richtung entsprechend der Ausgestaltung der Dreh­ durchführung 55, insbesondere des Führungselementes 23 und des den Lüftungska­ nal 25 tragenden Elementes 24 veränderbar ist.

Zur Gewährleistung der Funktionsweise des Spiralverdichters 4 sind Mittel 38 zur Zufuhr von Ansaugluft in den äußeren Bereich 44 der Spiralen 6 und 7 vorgesehen. Im allgemeinen erfolgt die Ansaugung über einen Ansaugkanal im Gehäuse 5. Im dargestellten Fall sind Mittel 45 zur separaten Zufuhr vorgefilterter Ansaugluft vorge­ sehen, welche mit dem äußersten Verdichtungsraum 46 verbunden sind. Die Mittel 45 umfassen wenigstens einen Luftzuführkanal 47, welcher vorgereinigte Ansaugluft einem Luftansaugkanal 48 zuführt und in einer mit der angetriebenen Spirale, hier der ersten Spirale 6 gekoppelten Welle 49 angeordnet ist. Bei dieser Welle 49 han­ delt es sich um die Antriebswelle, welche mit der ersten Spirale 6 drehfest verbunden ist und mit dieser eine bauliche Einheit bildet, wobei theoretisch die Möglichkeit be­ steht, Spirale 6 und Welle 49 als einteilige Baueinheit zu bilden. Die Welle 49 ist da­ bei vorzugsweise als Hohlwelle ausgeführt, welche wenigstens mittelbar mit der An­ triebsmaschine 2 koppelbar ist. Der Luftführungskanal 47 wird dabei im wesentlichen von Innenumfang 50 der Hohlwelle begrenzt. Zwischen Spiralverdichter 4 und Antriebsmaschine 2 ist desweiteren ein Zwischenflansch 53 vorgesehen, welcher einen Zwischenraum 54 begrenzt. Über den Zwischenflansch 53 gelangt die Ansaugluft über die als Hohlwelle ausgebildete Welle 49 in den Luftzuführkanal 47 und von dort in, in der angetriebenen Spirale 6 angeordnete Bohrungen 51 im Bereich des Au­ ßenumfanges 52 der ersten Spirale 6 und damit in den Außenbereich 44 der beiden Spiralen 6 und 7. Vom Außenbereich 44 wird die Ansaugluft angesaugt und zum, im zentralen Bereich der Spiralen 6 und 7 vorgesehenen Verdichtungsendbereich 26 bzw. den von diesen gebildeten Verdichtungsräumen ausgeschoben. Die Ausschie­ bung erfolgt dann in den Lüftungskanal 25.

Die Fig. 2 verdeutlicht anhand eines Ausschnittes aus der Fig. 1 noch einmal de­ tailiert das beschriebene Kühlverfahren für die Lageranordnung 9 anhand eines Aus­ schnittes aus dem Spiralverdichter 4 gemäß Fig. 1 in einer Schnittdarstellung mit in die Schnittebene gemäß Fig. 1 hineingedrehten Kühlkanälen 21. Für gleiche Ele­ mente werden daher gleiche Bezugszeichen verwendet. Es besteht theoretisch auch die Möglichkeit, diese Art der Kühlung für eine Lageranordnung 33 zur Lagerung der ersten angetriebenen Spirale 6 vorzusehen.

Bezugszeichenliste

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

12

a,

13

a Innenring

12

b,

13

b Außenring

13

Wälzlager

14

Mittel zur Führung wenigstens eines Frischluftstromes in räumli­ cher Nähe zum Außenumfang der Lageranordnung

15.1

,

15.2

die Laufflächen der Lagerung abstützende Elemente

16

Wand

17

Kühlrippen

18

Kühlrippen

19

Leitelemente

20

Außenumfang

21

Kühlkanal

22

Oberfläche

23

Führungselement

24

Lüftungsrohr

25

Lüftungskanal

26

Verdichtungsendbereich

27

Druckstutzen

28

Innenraum

29

Umgebung

30

Verbindungskanal

31

Verbindungskanal

32

Innenumfang

33

Lageranordnung

34

Mittel zur Führung wenigstens eines Frischluftstromes in räumli­ cher Nähe zum Innenumfang der Lageranordnung

35

Innenumfang der Lageranordnung

36

Außenumfang der Lageranordnung

37

Wand

38

Mittel zur Zufuhr von Ansaugluft in den äußeren Bereich der Spi­ ralen

6

und

7

39

Mittel zur Verbindung des Kühlkanales mit der Umgebung

40

Mittel zur Verbindung des Kühlkanales mit der Beschaufelung bzw. Anordnung von Kühlrippen der Spiralaußenseite der zwei­ ten Spirale

41

Mittel zur Abfuhr verdichteter und eine hohe Temperatur aufwei­ sender Luft

42

Innenkontur

43

Austritt

44

äußerer Bereich der Spiralen

6

und

7

; Außenumfang

45

Mittel zur separaten Zufuhr vorgefilterter Ansaugluft

46

äußerer Verdichtungsraum

47

Luftzuführkanal

48

Luftansaugkanal

49

Welle

50

Innenumfang der Welle

49

51

Bohrung

52

Außenumfang der Spiralen

53

Zwischenflansch

54

Zwischenraum

55

Drehdurchführung
A Lagerachse
A_an

;Antriebsachse
d Wandstärke

Claims (17)

1. Spiralverdichter (4), insbesondere ölfreier Spiralverdichter;

• 1. 1.1 mit wenigstens zwei, in einem Gehäuse (5) angeordneten und ineinanderlau­ fenden Spiralen (6, 7);
• 2. 1.2 wenigstens eine der Spiralen (6, 7) stützt sich über eine Lageranordnung (9, 33) wenigstens mittelbar am Gehäuse (5) oder einem anderen nicht rotieren­ den Bauelement ab;
• 3. 1.3 es sind Mittel (34) zur Führung wenigstens eines Frischluftstromes in räumli­ cher Nähe zum Innenumfang (35) der Lageranordnung (9, 33) und Mittel (14) zur Führung wenigstens eines Frischluftstromes in räumlicher Nähe zum Au­ ßenumfang (36) der Lageranordnung (9) zur wenigstens indirekten Kühlung der Lageranordnung (9) vorgesehen.

2. Spiralverdichter (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die La­ geranordnung (9) wenigstens ein Wälzlager (12, 13) umfaßt.

3. Spiralverdichter (4) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• 1. 3.1 wenigstens die sich über die Lageranordnung (9, 33) abstützende Spirale (7) weist an ihren axialen Außenflächen in radialer Richtung ausgerichtete Kühl­ rippen (18) auf;
• 2. 3.2 die Lageranordnung (9, 33) umfaßt ein nicht drehbares Lagergehäuse (10), welches die Lager (12, 13) der Lageranordnung (9) wenigstens in Umfangs­ richtung umschließt;
• 3. 3.3 die Mittel (34) zur Führung wenigstens eines Frischluftstromes in radialer Richtung von der Lagerachse (A) der Spirale (7) aus betrachtet in räumlicher Nähe zum Außenumfang (36) der Lageranordnung (9) umfassen am Außen­ umfang (20) des Lagergehäuses (10) angeordnete Leitelemente (19), welche in Einbaulage betrachtet im wesentlichen in axialer Richtung verlaufen und sich in radialer Richtung erstrecken.

4. Spiralverdichter (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• 1. 4.1 die sich über die Lageranordnung (9) abstützende Spirale (7) bildet mit einer Welle (8) eine bauliche Einheit (11);
• 2. 4.2 die Mittel (14) zur Führung wenigstens eines Frischluftstromes in räumlicher Nähe zum Innenumfang (35) umfassen wenigstens einen in der Welle (8) an­ geordneten Kühlkanal (21), der sich in Einbaulage wenigstens über die axiale Erstreckung der Lageranordnung (9) in axialer Richtung erstreckt;
• 3. 4.3 die Mittel (14) zur Führung wenigstens eines Frischluftstromes in radialer Richtung bezogen auf die Lagerachse der Spirale in räumlicher Nähe zum In­ nenumfang (34) umfassen des weiteren Mittel (39) zur Verbindung des Kühl­ kanales (21) mit der Umgebung (29) und Mittel (40) zur Verbindung des Kühl­ kanales (21) mit den zwischen den an der Spirale (7) angeordneten Kühlrip­ pen (18) vorgesehenen Zwischenräumen.

5. Spiralverdichter (4) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (8) als Vollwelle ausgeführt ist und eine Vielzahl von Kühlmittelkanälen (21) in Umfangsrichtung verteilt in die Welle (8) in räumlicher Nähe zum Außenum­ fang der Welle eingearbeitet sind.

6. Spiralverdichter (4) nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• 1. 6.1 die Welle (8) ist als Hohlwelle ausgeführt;
• 2. 6.2 mit Mitteln (41) zur Führung der heißen, verdichteten Luft aus dem Verdich­ tungsendbereich (26) der Spiralen (6, 7);
• 3. 6.3 die Mittel (41) umfassen eine Drehdurchführung (55), umfassend ein mit ei­ nem ortsfesten Druckstutzen (27) verbindbares Führungselement (23) und wenigstens ein, einen Lüftungskanal (25) tragendes Element (24), welches mit dem Verdichtungsendbereich (26) verbunden ist;
• 4. 6.4 der Kühlkanal (21) ist in die Wand (37) der Welle (8) eingearbeitet.

7. Spiralverdichter (4) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der oder die Kühlkanäle (21) konzentrisch zur Lagerachse A der sich über diese abstützende Spirale (7) oder in einem Winkel zur Umfangsrichtung beabstandet verlaufend angeordnet sind.

8. Spiralverdichter (4) nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• 1. 8.1 die Welle (8) ist als Hohlwelle ausgeführt;
• 2. 8.2 mit Mitteln zur Führung der heißen, verdichteten Luft aus dem Verdichtungs­ endbereich (26) der Spiralen (6, 7);
• 3. 8.3 die Mittel umfassen eine Drehdurchführung (55), umfassend ein mit einem ortsfesten Druckstutzen (27) verbindbares Führungselement (23) und we­ nigstens ein, einen Lüftungskanal (25) tragendes Element (24), welches mit dem Verdichtungsendbereich (26) verbunden ist;
• 4. 8.4 der Kühlkanal (21) ist in radialer Richtung betrachtet durch den Innenumfang (32) der Welle (8) und den Außenumfang der Drehdurchführung (55), insbe­ sondere des Führungselementes (23) und/oder des den Lüftungskanal (25) tragenden Elementes (24) begrenzt.

9. Spiralverdichter (4) nach Anspruch 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Lagergehäuses (10) und der Welle (8) in radialer Richtung geringe Abmessungen aufweist.

10. Spiralverdichter (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• 1. 10.1 das Lagergehäuse (10), die Welle (8), die Drehdurchführung (55) und der Druckstutzen (27) bilden einen Zwischenraum (28);
• 2. 10.2 die Mittel (39) zur Verbindung eines Kühlkanales (21) mit der Umgebung (29) umfassen mit dem Zwischenraum (28) verbundene und im Lagergehäuse (10) und/oder dem Druckstutzen (27) angeordnete Verbindungskanäle (31), wel­ che zur Umgebung (29) hin offen sind;
• 3. 10.3 die Mittel (40) zur Verbindung eines Kühlkanales (21) mit den Zwischenräu­ men zwischen zwei einander in Umfangsrichtung der Spirale (7) angeordneten Kühlrippen (18) umfassen im Lagergehäuse (10) und/oder der Welle (8) und/oder der Spirale (7) angeordnete Verbindungskanäle (31).

11. Spiralverdichter (4) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Vielzahl von Verbindungskanälen (30, 31) vorgesehen sind, welche in ei­ nem bestimmten Abstand zueinander in Umfangsrichtung der Welle (8) und/oder der Spirale (7) und/oder des Druckstutzens (3) angeordnet sind.

12. Spiralverdichter (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß den Lageranordnungen (9, 33) beider Spiralen (6, 7) Mittel (34) zur Führung wenigstens eines Frischluftstromes in räumlicher Nähe zum In­ nenumfang (35) der Lageranordnung (9, 33) und Mittel (14) zur Führung we­ nigstens eines Frischluftstromes in räumlicher Nähe zum Außenumfang (36) der Lageranordnung (9) zur wenigstens indirekten Kühlung der Lageranord­ nung (9) zugeordnet sind.

13. Spiralverdichter (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß beide Spiralen (6, 7) drehbar gelagert sind.

14. Verfahren zur Kühlung einer Lageranordnung (9, 33) zur wenigstens mittelba­ ren Abstützung einer Spirale (6, 7) eines Spiralverdichters (4) in einem Ge­ häuse (5) oder einem ortsfesten Bauelement, dadurch gekennzeichnet, daß beidseitig der Lageranordnung (9, 33) in radialer Richtung bezogen auf die Lagerachse (A) der Spirale (7) in räumlicher Nähe zum Innenumfang (35) der Lageranordnung (9, 33) und in räumlicher Nähe zum Außenumfang (36) der Lageranordnung (9) zur wenigstens indirekten Kühlung der Lageranordnung (9) wenigstens ein Frischluftstrom geführt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichent, daß der oder die Kühlluftströme in räumlicher Nähe zum Innenumfang (35) der Lageranordnung (9, 33) und in räumlicher Nähe zum Außenumfang (36) der Lageranordnung (9) zur wenigstens indirekten Kühlung der Lageranordnung (9) gleichzeitig geführt werden.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkapazität der in räumlicher Nähe zum Innenumfang (35) der La­ geranordnung (9, 33) und in räumlicher Nähe zum Außenumfang (36) der Lageranordnung (9) zur wenigstens indirekten Kühlung der Lageranordnung (9) führbaren Kühlluftströme derart festlegbar ist, daß im wesentlichen gleiche Temperaturen am Innenring und Außenring der Lager der Lageranodnung (9) ermittelbar sind.

17. Verwendung eines Spiralverdichters gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Drucklufterzeugung in einem Schienenfahrzeug.