DE102004055360A1

DE102004055360A1 - Motor-Verdichter-Anordnung

Info

Publication number: DE102004055360A1
Application number: DE200410055360
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Wiegers
Original assignee: ALUP-KOMPRESSOREN GmbH; Alup Kompressoren GmbH
Current assignee: Atlas Copco Airpower NV
Priority date: 2004-11-08
Filing date: 2004-11-08
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2024-11-09
Also published as: DE102004055360B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Motor-Verdichter-Anordnung mit einem Schraubenverdichter für Druckluft und einem elektrischen Motor (12) zum Antrieb des Verdichters (10), wobei ein Läufer (24) des Verdichters (10) über eine Welle (14) mit dem Rotor (32) des Motors (12) getriebefrei direkt gekoppelt ist. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der Motor (12) und der Verdichter (10) an einer Trennstelle (18) voneinander lösbar sind, wobei die Welle (14) zwei zwischen Läufer (24) und Rotor (32) trennbare Wellenteile (20, 22) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Motor-Verdichter-Anordnung mit einem vorzugsweise als Schraubenverdichter ausgebildeten Verdichter für kompressible Medien, insbesondere Druckluft und einem elektrischen Motor zum Antrieb des Verdichters, wobei ein Läufer des Verdichters über eine Welle mit dem Rotor des Motors getriebefrei direkt gekoppelt ist.

Eine Anordnung dieser Art ist aus der DE 101 19 927 A1 bekannt. Dort ist ein drehfest auf einem lagerfreien Wellenansatz der Läuferwelle sitzender Rotor eines Motors vorgesehen, um eine integrierte Baueinheit zu schaffen. Eine solche Anordnung ist jedoch nicht einfach demontierbar und muss hinsichtlich Verdichter und Motor abgestimmte Einheiten aufweisen. Bei einem Defekt muss das gesamte Aggregat repariert bzw. verworfen werden.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik aufgetretenen Nachteile zu vermeiden und eine kompakte Anordnung der eingangs angegebenen Art hinsichtlich der Montage- und Wartungsfreundlichkeit weiter zu verbessern. Speziell soll bei kompaktem Aufbau eine hohe Lauf ruhe erzielt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 bzw. 13 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Gemäß einer ersten Erfindungsvariante wird vorgeschlagen, dass der Motor und der Verdichter an einer Trennstelle voneinander lösbar sind, wobei die Welle zwei zwischen Läufer und Rotor trennbare Wellenteile aufweist. Dadurch wird ein kompakter Aufbau aus standardisierten Einzelmodulen möglich, wobei ein Verdichter mit einer Schnittstelle für die Motorankopplung geschaffen wird. Auf diese Weise ist eine separate Handhabung der Einzelaggregate beispielsweise im Servicefall möglich. Zudem können Verdichter und Motor gesondert konstruiert bzw. aufgebaut werden, ohne dass eine komplexe Abstimmung von gemeinsamen Bauteilen erforderlich wäre.

Vorteilhafterweise sind die Wellenteile axial fluchtend zusammengesteckt und über eine vorzugsweise durch eine Passfeder gebildete Formschluss-Verbindung drehfest miteinander verbunden. Eine weitere Vereinfachung wird dadurch erreicht, dass der motorseitige Wellenteil an seinem freien Ende über ein Radiallager zentriert ist und an seinem Verbindungsende lagerfrei gehalten ist.

Um eine einfache Zugänglichkeit ohne besondere mechanische Arbeiten zu gewährleisten, ist es von Vorteil, wenn das Radiallager des motorseitigen Wellenteils in einem abnehmbaren Teil des Motorgehäuses angeordnet ist.

Zur weiteren Optimierung der Lagerung ist es vorteilhaft, wenn der verdichterseitige Wellenteil an seinem Verbindungsende über ein Radiallager und an seinem freien Ende über ein kombiniertes Radial/Axiallager gelagert ist.

Vorteilhafterweise ist auf den motorseitigen Wellenteil der Rotor als Blechpaket fest aufgebracht, vorzugsweise aufgeschrumpft, so dass das Wellenteil und der Rotor gemeinsam in den Stator des Motors einsetzbar bzw. aus diesem entnehmbar sind.

Eine weitere Vereinfachung zur Trennung der Baueinheiten ergibt sich dadurch, dass die Trennstelle durch ein Element des Motorgehäuses, insbesondere durch einen abnehmbaren Stirndeckel gebildet ist, wobei das Gehäuseelement über Verbindungsmittel mit dem übrigen Motorgehäuse sowie dem Verdichtergehäuse lösbar verbunden ist.

Günstig ist es auch, wenn das die Trennstelle bildende Gehäuseelement des Motorgehäuses in einer Gehäuseaufnahme des Verdichtergehäuses formschlüssig zentrierbar ist.

Die Wartungsfreundlichkeit wird weiter dadurch erhöht, dass in das die Trennstelle bildende Gehäuseelement des Motorgehäuses ein Wellendichtring zur Abdichtung des verdichterseitigen Wellenteils einsetzbar ist. In dieser Hinsicht ist es auch vorteilhaft, wenn das Gehäuseelement des Motorgehäuses zugleich eine axiale Abstützung für ein Lager des verdichterseitigen Wellenteils bildet.

In baulich vorteilhafter Ausführung steht der verdichterseitige Wellenteil mit einem Wellenzapfen über das Verdichtergehäuse über.

Eine weiterer Erfindungsaspekt liegt darin, dass der Verdichter unter vertikaler Ausrichtung der Welle von oben her in einen Ölbehälter eintaucht, wobei in dem Ölbehälter bodenseitig gesammeltes Öl über einen Kreislauf in den Verdichter einspritzbar ist. Auf diese Weise kann der Behälterraum für verschiedene Funktionen genutzt werden, ohne dass zusätzlicher Apparatebauraum benötigt würde. Ein wesentlicher Vorteil besteht in der Lärmkapselung des Verdichtergehäuses, welches die Hauptlärmquelle darstellt.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Verdichtergehäuse einen radial von der Welle abstehenden Ringflansch als Deckel für den topfartigen Ölbehälter auf.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass der Ölbehälter einen um das Verdichtergehäuse herum freigehaltenen Ringraum zum Einblasen von ölbeladener Druckluft aus dem Verdichter aufweist. Hierbei ist es für die Vorabscheidung von Öl besonders günstig, wenn in dem Ringraum Luftleitmittel nach Art eines Zyklons für eine spiralige Druckluftströmung angeordnet sind.

Für eine effektive Geräuschdämmung ist es von Vorteil, wenn der Ölbehälter eine Außenwandung aus Grauguss aufweist.

Eine weitere Verbesserung hinsichtlich eines kompakten Aufbaus wird dadurch erreicht, dass der Ölkreislauf einen an dem Ölbehälter gehaltenen, zumindest ein Ölfilter und einen Ölabscheider umfassenden Funktionsblock aufweist.

Für die direkte Verdichteransteuerung ist es vorteilhaft, wenn der Motor durch einen mit Drehzahlen von 2000 UpM bis vorzugsweise 9000 UpM arbeitenden Hochfrequenzmotor, insbesondere einen Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer gebildet ist.

In konstruktiv bevorzugter Ausgestaltung ist das Motorgehäuse durch einen zylindrischen Gehäusemantel und stirnseitig daran anschraubbare Stirndeckel gebildet.

Um auf einen internen Lüfter zur Oberflächenkühlung des Motors verzichten zu können, ist es vorgesehen, dass der Motor an seinem Gehäusemantel Kühlrippen aufweist, die über ein externes Gebläse mit Kühlluft versorgt werden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine Motor-Schraubenverdichter-Einheit zur Erzeugung von Druckluft in einem Axialschnitt.
Die in der Zeichnung dargestellte kombinierte Motor-Schraubenverdichter-Anordnung besteht im Wesentlichen aus einem Schraubenverdichter 10 für Druckluft, einem elektrischen Motor 12 zum getriebefreien Direktantrieb des Verdichters 10 über eine gemeinsame Welle 14 und einem Öltopf 16 zur Aufnahme des Verdichters 10 mit darüber liegendem Motor 12 in stehender Anordnung.
Der Verdichter 10 und der Motor 12 sind an einer Gehäusetrennstelle 18 als gesonderte Baueinheiten voneinander lösbar, wobei die Welle 14 zwei trennbare Wellenteile 20, 22 aufweist. Der verdichterseitige Wellenteil 20 trägt den angetriebenen Hauptläufer 24 des Verdichters 10. Dessen vereinfacht nur als Schraubenlinie 26 dargestellter Schraubenkörper kämmt mit dem komplementären Schraubenkörper eines dahinterliegenden nicht gezeigten Nebenläufers, so dass die zu verdichtende Luft in an sich bekannter Weise von einem Saugeinlass zu einem Druckauslass 28 des Verdichtergehäuses 30 gefördert und dabei verdichtet wird.
Auf dem motorseitigen Wellenteil 22 ist der Rotor 32 als Blechpaket aufgeschrumpft. Die so gebildete Baueinheit lässt sich axial in den Stator 34 einsetzen, welcher fest in dem Gehäuse 36 des Motors angeordnet ist.
Um den Antriebsstrang teilbar zu gestalten, sind die Wellenteile 20, 22 axial fluchtend zusammengesteckt und über eine Passfeder 38 drehfest miteinander verbunden. Zu diesem Zweck greift ein über das Verdichtergehäuse 30 überstehender Wellenansatz 40 des Wellenteils 20 in eine entsprechende Endhülse 42 des hohlen Wellenteils 22 ein.
An seinem druckseitigen freien Ende ist der verdichterseitige Wellenteil 20 über ein Schrägkugellager 44 axial abgestützt und über ein Rollenlager 46 radial gelagert. Der verbindungsseitige Abschnitt des Wellenteils 20 ist in einem Rollenlager 48 radial gelagert, während der entsprechende Verbindungsabschnitt des Wellenteils 22 lagerfrei bleibt.
Zur Montagevereinfachung ist das Motorgehäuse 36 durch einen zylindrischen Gehäusemantel 52 und zwei stirnseitig daran anschraubbare Stirndeckel 54, 56 gebildet. Der obere Stirndeckel 54 dient als Aufnahme für das Spurlager 50, während der untere Stirndeckel 56 zugleich die Trennstelle 18 zwischen Motor und Verdichter bildet. Zu diesem Zweck ist der Stirndeckel 56 mittels Schrauben 58 mit dem Motorgehäusemantel 52 und über Schrauben 60 mit dem Verdichtergehäuse 30 lösbar verbunden.
Die gegenseitige Gehäuseausrichtung wird dadurch erleichtert, dass der verdichterseitige Stirndeckel 56 eine Zentrierhülse 62 aufweist, die in einen korrespondierenden Ringflansch des Verdichtergehäuses 30 formschlüssig eingreift. Zusätzlich ermöglicht die Zentrierhülse 62 die Aufnahme eines Wellendichtrings 64 sowie die axiale Abstützung des Lagers 48.
Der Motor 12 ist als Kurzschlussläufermotor ausgebildet und mit einer Eckfrequenz von 150 Hz betreibbar, so dass Drehzahlen bis ca. 9.000/min erreicht werden können. Auf diese Weise kann eine hohe Verdichterleistung erzielt werden, ohne dass ein Getriebe erforderlich wäre. Um den Bauraum für einen internen Lüfter einzusparen, ist der Motor 12 an seinem Gehäusemantel mit Kühlrippen 63 versehen, die über ein externes Gebläse mit Kühlluft beaufschlagbar sind.
Eine besonders kompakte Anordnung wird dadurch erzielt, dass der Verdichter 12 mit einem Ringflansch 66 als Deckel auf den Öltopf 16 auf setzbar ist. Das Verdichtergehäuse 10 greift dabei zentral in den Öltopf 16 ein und ist dadurch schalldämmend abgeschirmt. Neben dem bodenseitigen Ölbad 68 sorgt auch die aus Stahl, vorzugsweise Grauguss bestehende Außenwandung 70 des Öltopfs 16 für eine effektive Schalldämmung.
Das in dem Öltopf 16 befindliche Öl wird über einen nur abschnittsweise gezeigten Kreislauf 72 in den Verdichter 10 eingespritzt, um die Verdichterwärme aufzunehmen und die Schraubenläufer gegen das Verdichtergehäuse 30 abzudichten sowie gegeneinander zu schmieren. Das eingespritzte Öl wird mit der erzeugten Druckluft als Dampf und in Tropfenform mitgeführt und muss wieder zurückgewonnen werden. Zu diesem Zweck ist in dem Öltopf 16 um das Verdichtergehäuse 30 herum ein Ringraum 74 freigehalten, in welchen das Druckluft-Öl-Gemisch über den Auslass 28 tangential eingeblasen wird. Der Ringraum 74 ist durch einen Behältereinsatz 76 so begrenzt, dass eine spiralige Druckluftströmung nach Art eines Zyklons erzeugt wird, wodurch eine Ölvorabscheidung erreicht wird. Ergänzend ist auf dem Auslassstutzen 78 ein nicht gezeigter Funktionsblock angeordnet, welcher zumindest einen Ölabscheider und ein Ölfilter umfasst. Auf diese Weise können Verschlauchungen auf ein Minimum reduziert werden, wobei die benötigten Komponenten in kompakter Anordnung fest am Aggregat gehalten werden.

Claims

Motor-Verdichter-Anordnung mit einem vorzugsweise als Schraubenverdichter ausgebildeten Verdichter (10) für kompressible Medien, insbesondere Druckluft und einem elektrischen Motor (12) zum Antrieb des Verdichters (10), wobei ein Läufer (24) des Verdichters (10) über eine Welle (14) mit dem Rotor (32) des Motors (12) getriebefrei direkt gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (12) und der Verdichter (10) an einer Trennstelle (18) voneinander lösbar sind, wobei die Welle (14) zwei zwischen Läufer (24) und Rotor (32) trennbare Wellenteile (20, 22) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenteile (20, 22) axial fluchtend zusammengesteckt und über eine vorzugsweise durch eine Passfeder gebildete Formschluss-Verbindung (38) drehfest miteinander verbunden sind.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der motorseitige Wellenteil (22) an seinem freien Ende über ein Radiallager (50) zentriert ist und an seinem Verbindungsende lagerfrei gehalten ist.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Radiallager (50) des motorseitigen Wellen teils (22) in einem abnehmbaren Teil (54) des Motorgehäuses (36) angeordnet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der verdichterseitige Wellenteil (20) an seinem Verbindungsende über ein Radiallager (48) und an seinem freien Ende über ein kombiniertes Radial/Axiallager (46, 44) gelagert ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf den motorseitigen Wellenteil (22) der Rotor (32) als Blechpaket fest aufgebracht, vorzugsweise aufgeschrumpft ist, so dass das Wellenteil (22) und der Rotor (32) gemeinsam in den Stator (34) des Motors (12) einsetzbar bzw. aus diesem entnehmbar sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennstelle (18) durch ein Element (56) des Motorgehäuses, insbesondere durch einen abnehmbaren Stirndeckel gebildet ist, wobei das Gehäuseelement (56) über Verbindungsmittel (58, 60) mit dem übrigen Motorgehäuse (36; 52) sowie dem Verdichtergehäuse (30) lösbar verbunden ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das die Trennstelle (18) bildende Gehäuseelement (56) des Motorgehäuses (36) in einer Gehäuseaufnahme des Verdichtergehäuses (30) formschlüssig zentrierbar ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in das die Trennstelle (18) bildende Gehäuseelement (56) des Motorgehäuses (36) ein Wellendichtring (64) zur Abdichtung des verdichterseitigen Wellenteils (20) einsetzbar ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseelement (56) des Motorgehäuses (36) zugleich eine axiale Abstützung für ein Lager (48) des verdichterseitigen Wellenteils (20) bildet.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der verdichterseitige Wellenteil (20) mit einem Wellenzapfen (56) über das Verdichtergehäuse (30) übersteht.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (10) unter vertikaler Ausrichtung der Welle (14) von oben her in einen Ölbehälter (16) eintaucht, wobei in dem Ölbehälter (16) bodenseitig gesammeltes Öl über einen Kreislauf (72) in den Verdichter (10) einspritzbar ist.
Motor-Verdichter-Anordnung mit einem vorzugsweise als Schraubenverdichter ausgebildeten Verdichter (10) für kompressible Medien, insbesondere Druckluft und einem elektrischen Motor (12) zum Antrieb des Verdichters (10), wobei ein Läufer (24) des Verdichters (10) über eine Welle (14) mit dem Rotor (32) des Motors (12) getriebefrei direkt gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (10) unter vertikaler Ausrichtung der Welle (14) von oben her in einen Ölbehälter (16) eintaucht, wobei in dem Ölbehälter (16) bodenseitig gesammeltes Öl über einen Kreislauf (72) in den Verdichter (10) einspritzbar ist.
Anordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichtergehäuse (30) einen radial von der Welle (14) abstehenden Ringflansch (66) als Deckel für den topfartigen Ölbehälter (16) aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölbehälter (16) einen um das Verdichtergehäuse (30) herum freigehaltenen Ringraum (74) zum Einblasen von ölbeladener Druckluft aus dem Verdichter (10) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ringraum (74) Luftleitmittel (76) für eine spiralige Druckluftströmung zur Vorabscheidung von Öl angeordnet sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölbehälter (16) eine Außenwandung (70) aus Grauguss aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölkreislauf (72) einen an dem Ölbehälter (16) gehaltenen, zumindest ein Ölfilter und einen Ölabscheider umfassenden Funktionsblock aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (12) durch einen mit Drehzahlen von 2000 UpM bis vorzugsweise 9000 UpM arbeitenden Hochfrequenzmotor, insbesondere einen Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer gebildet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorgehäuse (36) durch einen zylindrischen Gehäusemantel (52) und stirnseitig daran anschraubbare Stirndeckel (54, 56) gebildet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (12) an seinem Gehäusemantel (52) Kühlrippen (63) aufweist, die über ein externes Gebläse mit Kühlluft beaufschlagbar sind.