DE19604447C2 - Spiralverdichter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spiralverdichter nach dem Gattungsbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Bei der Drucklufterzeugung für Schienenfahrzeuge sind infolge der großen zu erzeu­ genden Luftmengen und der extremen klimatischen Bedingungen besondere Anforde­ rungen an die Kompressor- bzw. Verdichtertechnik zu stellen. Selbst bei niedrigsten Temperaturen ist auch im Langzeitbetrieb stets die volle Betriebsfähigkeit zu gewähr­ leisten. In neuerer Zeit wird daher auch im Schienenfahrzeugbereich den ölfreien Spi­ ralkompressoren erhöhte Aufmersamkeit geschenkt. Aufgrund der gegenüber heutigen handelsüblichen Spiralverdichtern stark zu vergrößernden Leistung (z. B. Lufterzeu­ gung: 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 12000 N hohen Axialkräfte auf, welche die Spiralen des Verdichters auseinanderdrücken. Problematisch bei einer einseitigen Spiralanordnung ist insbesondere die Abstützung der auf die Spirale wir­ kenden Axialkraft, die sehr große Lager erforderlich macht. Verschärft wird diese Problematik durch die Ölfreiheit, aufgrund der die Reibleistung nur sehr schwer abführ­ bar ist. Einseitige Spiralanordnungen wurden daher bisher im Schienenfahrzeugbereich als nicht einsetzbar betrachtet. Zweiseitige Spiralanordnungen sind im Bezug auf das erzielbare Verdichtungsverhältnis problematisch.

Bei der bekannten Anordnung (US-PS 4,600,369) ist die Verwendung von Druckkam­ mern offenbart, welche an der Innenseite eines Druckkranzes zwischen Ringdichtun­ gen gebildet sind und unmittelbar gegenüber der zweiten Spirale (bzw. der ersten Spi­ rale) wirken. Die Ringdichtungen werden über Kanäle mit Druck beaufschlagt und somit an die zugewandte Fläche der zweiten Spirale (bzw. der ersten Spirale, je nach Defini­ tion der Reihenfolge) angedrückt. Eine derartige Dichtungsanordnung ist jedoch zum Einsatz in ölfrei arbeitenden Spiralverdichtern als problematisch anzusehen, da die auftretenden Temperaturen zu einer Zerstörung der Ringdichtungen beitragen, unabhängig davon, daß sie mit geringen Gleitgeschwindigkeiten laufen.

Die Erfindung zielt daher darauf ab, einen Spiralverdichter zu schaffen, der auch bei hohem Luftdurchsatz einen sicheren Betrieb bei ausreichender Kühlung 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. Insbe­ sondere ist es ermöglicht, niedrige Betriebstemperaturen zu erreichen, da der Ge­ gendruckmechanismus auf einer Ringscheibe aufsetzt, die ihrerseits auf Kühlrippen ruht. Somit ist es möglich, sowohl die Verdichtungswärme aus den Spiral- bzw. Ver­ dichtungstaschen als auch die Reibwärme der trockenlaufenden Dichtungen (zwischen Ringscheibe und Druckkranz) an die Kühlluft abzugeben. Es ist hierdurch möglich, län­ gere Standzeiten des Spiralverdichters zu erreichen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in weiteren Patentansprüchen aufgeführt.

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 in Fig. 1 dargestellte Anordnung gemäß der Erfindung gewährleistet bei einem Spi­ ralverdichter 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) an­ geordnet sind, die mitgeschleppte Spirale 4 von einem Druckkranz 5 umgriffen wird, der mit der Spirale 4 fest verschraubt ist. Zwischen dem Druckkranz 5 und einer auf der Rückseite der Spirale 4 angebrachten Ringscheibe 6 sind Druckkammern 7 vorgese­ hen, die über trockenlaufende Dichtungen zur Umgebung hin abgedichtet sind. Die Durckluftversorgung 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 ferner eine von drei Stützrollen 12, die an der mitgetriebenen Spirale befestigt ist und die zur korrekten Relativstellung der beiden Spiralen beiträgt. Die Kühlluft gelangt vom Kühllufteintritt 13 zu den als Radiallüfter fungierenden, radialen Kühlrippen und von dort über den Kühlluftaustritt 14 ins Freie. Dabei werden sowohl die Lagersitze als auch die Spiralen gekühlt. Der Luftansaugka­ nal 15 und der Luftaustritt 16 verdeutlichen den Weg der Prozeßluft von außen durch die Verdichtungstaschen 9.

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 gerin­ ge thermische Dehnungen verspannungsfrei aufnehmen zu können, laufen die Stütz­ rollen 12 in einer elastischen Kunststoffhülse 18 (oder sie sind kunststoffbeschichtet). Für die Realisierung des gesamten Antirotations-Mechanismusses sind damit nur noch drei Wälzlager erforderlich, was eine deutliche bauliche Vereinfachung bedeutet.

Claims (4)

1. Ölfrei arbeitender Spiralverdichter, insbesondere zum Einsatz bei der Druckluft­ erzeugung für Schienenfahrzeuge, mit wenigstens zwei in einem Gehäuse an­ geordneten, ineinanderlaufenden Spiralen, welche je von einem Lager getragen sind und deren für die Verdichtungswirkung erforderliche Relativbewegung zu­ einander durch eine gegenseitige Versetzung ihrer Rotationsachsen erzeugt wird, wobei zum Zwecke der Kompensation der von den Spiralen auf die Lager ausgeübten Axialkräfte an der Innenseite eines mit der ersten der ineinander­ laufenden Spiralen verbundenen Druckkranzes Druckkammern vorgesehen sind, welche unter Druckeinwirkung der vom Spiralverdichter eingespeisten Druckluft die beiden Spiralen zum Zwecke der Entlastung der Lager einander zugewandt drücken, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) die Druckkammern (7) sind zwischen der Innenseite des Druckkranzes (5) und einer an dieser anliegenden Ringscheibe (6) gebildet;
• b) an ihrer von den Druckkammern (7) abgewandten Seite stützt sich die Ringscheibe (6) an mit der zweiten Spirale (4) verbundenen, radialen Kühlrippen (11) ab; und
• c) die Druckkammern sind über durch die Kühlrippen (11) sich erstreckende Bohrungen (8) und über Durchlässe in der Ringscheibe (6) von Verdich­ tungstaschen (9) des Spiralverdichters mit der Druckluft gespeist.

2. Ölfrei arbeitender Spiralverdichter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) die Druckkammern (7) sind je durch eine im Druckkranz (5) eingelassene Druckkammerdichtung mit Trockenlaufeigenschaften begrenzt; und
• b) die Ringscheibe (6) überlappt gleitend die Druckkammern (7).

3. Ölfrei arbeitender Spiralverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Spirale angetrieben ist, und daß die zweite Spirale mittels einer Zwangsführung von der ersten Spirale geschleppt ist.

4. Ölfrei arbeitender Spiralverdichter nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch drei unter einem Winkelabstand von 120° zueinander an der Rückseite der zweiten Spirale (4) angeordnete, von dieser sich erstreckende Stützrollen (12), welche jeweils in den Bohrungen des mit der ersten Spirale (3) verbundenen Druckkran­ zes abrollen.