DE19528071A1 - Spiralverdichter - Google Patents

Spiralverdichter

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Robert Frank
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Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/02—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • F04C18/0207—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form
    • F04C18/023—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form where both members are moving
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C17/00—Arrangements for drive of co-operating members, e.g. for rotary piston and casing
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Description

Die Erfindung betrifft einen Spiralverdichter, insbesondere zum Einsatz bei der Drucklufterzeugung für Schienenfahrzeuge.
Bei der Drucklufterzeugung für Schienenfahrzeuge sind infolge der großen zu erzeugenden Luftmengen und der extremen klimatischen Bedingungen besondere Anforderungen an die Kompressor- bzw. Verdichtertechnik zu stellen. Selbst bei niedrigsten Temperaturen ist auch im Langzeitbetrieb stets die volle Betriebsfähigkeit zu gewährleisten. In neuerer Zeit wird daher auch im Schienenfahrzeugbereich den ölfreien Spiralkompressoren erhöhte Aufmerksamkeit geschenkt. Aufgrund der gegenüber heutigen handelsüblichen Spiralverdichtern stark zu vergrößernden Leistung (z. B. Lufterzeugung: 1600 l/min) und der damit verbundenen hohen Kraftbelastungen des Verdichters ist eine einfache "Vergrößerung" der handelsüblichen Kompressoren nicht möglich. Ein besonderes Problem tritt infolge der bei 1600 l/min bis zu 12 000 N hohen Axialkräfte auf, welche die Spiralen des Verdichters auseinanderdrücken. Problematisch bei einer einseitigen Spiralanordnung ist insbesondere die Abstützung der auf die Spirale wirkenden Axialkraft, die sehr große Lager erforderlich macht. Verschärft wird diese Problematik durch die Ölfreiheit, aufgrund der die Reibleistung nur sehr schwer abführbar ist. Einseitige Spiralanordnungen wurden daher bisher im Schienenfahrzeugbereich als nicht einsetzbar betrachtet. Zweiseitige Spiralanordnungen sind im Bezug auf das erzielbare Verdichtungsverhältnis problematisch.
Ein weiteres Problem besteht darin, daß bei einem derartigen Spiralverdichter der Aufwand für eine Antirotationseinrichtung, welche die korrekte Relativstellung der beiden Spiralen sicherstellt, möglichst gering zu halten ist. Nach dem Stand der Technik wurde dazu i.allg. eine Oldham-Kupplung verwendet, die aber für größere Einheiten sowie für ölfreie Verdichter relativ ungeeignet ist. Konventionelle Nebenexzenter bedeuten einen erheblichen Bauaufwand, insbesondere in Hinsicht auf die hohe Zahl der benötigten Lager.
Die Erfindung zielt daher darauf ab, einen Spiralverdichter zu schaffen, der auch bei hohem Luftdurchsatz einen sicheren Betrieb gewährleistet.
Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch den Gegenstand des Anspruches 1. Mit Hilfe der Erfindung wird ein komplett ölfreier Spiralverdichter realisierbar, der sowohl große Ansaugvolumenströme als auch ein großes Verdichtungsverhältnis ermöglicht.
Weitere vorteilhafte Varianten der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Spiralverdichter,
Fig. 2 eine Ausschnittsvergrößerung aus Fig. 1.
Die Erfindung gewährleistet insbesondere bei einem Spiralverdichter mit einer einseitigen Spiralanordnung eine Kompensation der hohen von den Lagern aufzunehmenden Axialkräfte. Die Axialkraftkompensation wird nach Fig. 1 dadurch erreicht, daß bei einem Spiralverdichter 1 mit einem Gehäuse 2, in dem zwei ineinandergreifende Spiralen 3 (angetriebene Spirale), 4 (mitgeschleppte Spirale) angeordnet sind, die mitgeschleppte Spirale 4 von einem Druckkranz 5 umgriffen wird, der mit der Spirale 3 fest verschraubt ist. Zwischen dem Druckkranz 5 und einer auf der Rückseite der Spirale 4 angebrachten Ringscheibe 6 sind Druckkammern 7 vorgesehen, die über trockenlaufende Dichtungen zur Umgebung hin abgedichtet sind. Die Druckluftversorgung erfolgt über Bohrungen 8, welche direkt Verdichtungstaschen 9 anzapfen. Somit wird die auf die Spiralen wirkende Axialkraft durch ein "Luftpolster" in vorteilhafter Weise ganz oder teilweise kompensiert; die Lager 10 werden entlastet.
Gut zu erkennen ist neben Kühlrippen 11 eine der erfindungsgemäßen Stützrollen 12, die an der mitgetriebenen Spirale 4 befestigt sind und in vorteilhafter und baulich einfacher Weise einen Antirotationsmechanismus realisieren.
Nach Fig. 2 rollen die Stützrollen 12 jeweils in einer Bohrung 17 ab. Die Bohrungen 17 sind zwischen den Druckkammern 7 des Druckkranzes 5 angeordnet, während die Stützrollen 12 an der mitgetriebenen Spirale 4 befestigt sind (Schraube 19). Um thermische Dehnungen in definierten Grenzen zu halten, laufen die Stützrollen 12 in einer elastischen Kunstoffhülse 18 (oder sie sind kunststoffbeschichtet). Für die Realisierung des gesamten Antirotationsmechanismus sind damit nur noch drei Wälzlager erforderlich, was eine deutliche bauliche Vereinfachung bedeutet.
Kühllufteintritt 13 und -austritt 14 dienen zur Gewährleistung einer ausreichenden Luftkühlung. Luftansaugkanal 15 und Luftaustritt 16 verdeutlichen den Weg der Luft von außen durch die Kammern 9.
Bezugszeichenliste
1 Spiralverdichter
2 Gehäuse
3, 4 Spiralen
5 Druckkranz
6 Ringscheibe
7 Druckkammern
8 Bohrungen
9 Verdichtungstaschen
10 Lager
11 Kühlrippen
12 Stützrollen
13 Kühllufteintritt
14 Kühlluftaustritt
15 Luftansaugkanal
16 Luftaustritt
17 Bohrung
18 Kunstoffhülse
19 Schraube

Claims (10)

1. Spiralverdichter (1), insbesondere zum Einsatz bei der Drucklufterzeugung für Schienenfahrzeuge, mit wenigstens zwei in einem Gehäuse (2) angeordneten, ineinanderlaufenden Spiralen (3, 4), dadurch gekennzeichnet, daß eine Stützrolleneinrichtung mit Antirotationswirkung vorgesehen ist.
2. Spiralverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützrolleneinrichtung drei - insbesondere um 120° zueinander versetzte - Stützrollen (12) aufweist.
3. Spiralverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützrollen (12) jeweils in einer Bohrung (17) abrollen, die zwischen Druckkammern (7) eines Druckkranzes (5) angeordnet sind.
4. Spiralverdichter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützrollen (12) an der - mitgetriebenen - Spirale (4) befestigt sind.
5. Spiralverdichter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützrollen (12) in einer elastischen Kunstoffhülse (18) laufen.
6. Spiralverdichter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Spiralen (4) durch eine Kraftaufnahmeeinrichtung an der Spirale (3) des Verdichters (1) abgestützt wird.
7. Spiralverdichter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftaufnahmeeinrichtung einen Druckkranz (5) aufweist, welcher mit der Spirale (3) fest verschraubt ist.
8. Spiralverdichter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftaufnahmeeinrichtung abgedichtete Druckkammern (7) aufweist.
9. Spiralverdichter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftaufnahmeeinrichtung eine auf der Spirale (4) befestigte Ringscheibe (6) aufweist.
10. Spiralverdichter nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammern (7) insbesondere über Bohrungen (8) mit Druckluft versorgt werden, die von den Verdichtungstaschen (9) abgezapft wird.
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