DE2821321A1

DE2821321A1 - Vorrichtung zur erzeugung von druckluft

Info

Publication number: DE2821321A1
Application number: DE19782821321
Authority: DE
Inventors: Ruediger Dr Ing Klein
Original assignee: Individual
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1978-05-16
Filing date: 1978-05-16
Publication date: 1979-11-22
Also published as: GB2020748A; FR2426170A1; JPS551485A; GB2020748B; BR7903010A

Description

Rüdiger Klein, Bussardstr. 62, 4270 Porsten Vorrichtung zur Erzeugung von Druckluft

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Druckluft gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise durch die DE-OS 23 02 046 bekanntgeworden. Sie weist ein in Längsrichtung in mehrere Abschnitte gegliedertes Gehäuse auf, dessen einzelne Abschnitte miteinander verschraubt sind. Jeder Abschnitt dient zur Lagerung beziehungsweise zur Aufnahme einer Punktionsgruppe oder mehrerer Punktionsgruppen der Drucklufterzeugungsanlage. Demzufolge ist eine Vielzahl von genau zu bearbeitenden Passungsflächen erforderlich, wodurch die Herstellung aufwendig wird und die Montage den Fachkräften eine erhöhte Aufmerksamkeit abverlangt. Ein weiterer Nachteil ist die Ineinanderschachtelung der verschiedenen Punktionsgruppen, insbesondere jedoch die völlige Integration des Verdichters in einen zentralen Gehäuseabschnitt. Für Wartungsarbeiten oder bei Reparaturen muß also das Gehäuse jeweils an der betreffenden Stelle geteilt werden, damit zum Beispiel der Verdichter und seine Leitungsanschlüsse überhaupt zugänglich sind. Ferner ist das Verdichtergehäuse mindestens bezüglich des Hochdruckteils druckfest auszubilden, und es müssen spezielle Dichtungen für die hoehdruckseitigen Lagerungen vorgesehen werden. Darüber hinaus existieren dann zwangsläufig von einem Gehäuseabschnitt zum anderen führende Leitungen oder Kanäle, die ebenfalls abzudichten sind. Ungeachtet der Ineinanderschachtelung der verschiedenen Funktionsgruppen ergibt sich folglich dennoch eine

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vergleichsweise große axiale Länge, die gleichermaßen bei stationärem oder nicht stationärem Einsatz von erheblichem Nachteil ist.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzten Bauart derart zu verbessern, daß bei vermindertem Raumbedarf der Herstellungsaufwand verringert, dabei jedoch die Betriebssicherheit heraufgesetzt wird.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Die Ausbildung des Behälters zum Auffangen und Sammelr des Schmiermittels als Druckgefäß sowie die druckdichte, lösbare Eingliederung zumindest des Hochdruck führenden Gehäuseabschnitts des Verdichters in das Druckgefäß schaffen die Voraussetzungen für eine Reihe von vorteilhaften Eigenschaften. Neben seiner eigentlichen Aufgabe als Vorratsbehälter dient das Druckgefäß jetzt auch als Vorabscheider für das aus der Druckluft ausfallende Schmiermittel. Ferner wirkt das Druckgefäß als Pufferglied zum Verbraucher hin und übt zugleich auch eine Speicherfunktion aus, um Druckschwankungen zu glätten. Schließlich hat das Druckgefäß eine Förderfunktion zum Überführen des Schmiermittels aus dem Druckgefäß zum Verdichter. Da der im Druckgefäß herrschende Verdichtungsenddruck über dem Druck an der Einspritzstelle des Verdichters liegt, preßt der Differenzdruck das Schmiermittel durch die nachgeschalteten Kühl-, Filter- und Drosselorgane in den Verdichter.

Die druckdichte Eingliederung des Hochdruckteils des Verdichters in das Druckgefäß hat den weiteren Vorteil, daß dieser Gehäuseabschnitt innen und außen nahezu denselben Druckbeanspruchungen ausgesetzt ist. Das Gehäuse kann dennoch bei

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verminderten Wandstärken sehr einfach gehalten werden. Auch sind keine speziellen Abdichtungen für die hochdruckseitigen Lagerungen und hier gegebenenfalls vorgesehenen Teilflächen des Verdichtergehäuses mehr erforderlich. Die hochdruckseitigen Lagerungen unterliegen ferner einer selbsttätigen Nebelschmierung, da sie gegenüber dem Innenraum des Druckgefäßes nicht besonders gekapselt sind. Die bislang am Verdichter unbedingt notwendigen speziellen Abdichtungen und die druckfeste Ausbildung des Verdichtergehäuses sind vollständig auf das Druckgefäß übertragen worden, das insbesondere aufgrund des Fehlens von' beweglichen Teilen wesentlich einfacher gestaltet werden kann.

Sämtliche Dichtungen des Druckgefäßes für die verschiedenen Leitungsanschlüsse einschließlich der druckdichten Befestigung des Verdxchtergehäuses sind ausschließlich statische Abdichtungen und damit relativ einfach zu beherrschen. Im Druckgefäß selber sind keine druckluftführenden Leitungen oder Kanäle mehr vorhanden, wodurch die Einfachheit der Ausbildung noch deutlicher hervortritt und die Betriebssicherheit erhöht wird.

In bevorzugter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Grundgedankens ist der Verdichter mit dem Hochdruck führenden Gehäuseabschnitt durch eine stirnseitige Öffnung des weitgehend zylindrisch gestalteten Druckgefäßes eingesetzt. Ein derartiges Druckgefäß kann ohne größere Schwierigkeiten insbesondere durch Schweißung eines zylindrischen Mittelteils und leicht konvex gekrümmter Stirnseiten hergestellt und bezüglich der statischen Leitungs- und Versorgungsanschlüsse abgedichtet werden, da alle Anschlußflansche vor dem Einbau fertig bearbeitet werden können. Das Einsetzen des Verdichtergehäuses durch eine stirnseitige öffnung und die hier vorgenommene druckdichte Befestigung vereinfacht Wartungs- und Reparaturarbeiten in einem erheblichen Umfang und ermöglicht auch eine unproble-

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matische Abdichtung des Verdichtergehäuses gegenüber dem Druckgefäß.

In diesem Zusammenhang kann es nach der Erfindung dann von Vorteil sein, daß der Niederdruck führende Gehäuseabschnitt des Verdichters einen Ringkragen aufweist, über den der Verdichter im wesentlichen koaxial zum Druckgefäß an einen in die Öffnung eingesetzten Ringflansch anschraubbar ist. Der Ringflansch wird zweckmäßig in die Montageöffnung des Druckgefäßes druckdicht eingeschweißt. Die Anschraubflächen für den Verdichter sind vor dem Verschweißen hergestellt worden und gewährleisten daher einwandfreie Dichtungsverhältnisse.

Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Antriebsmotor für den Verdichter oberhalb des Druckgefäßes vorgesehen und mit dem Verdichter durch einen Keilriementrieb verbunden ist. Die Motorachse ist damit parallel zur Antriebswelle des Verdichters angeordnet. Bevorzugt werden Hochleistungs-Schmalkeilriemen verwendet, wobei durch unterschiedliche Radsätze, Riemenlängen und Riemenzahlen die jeweils benötigten Leistungs- und Drehzahlbereiche gezielt erreicht werden können. Da der Verdichter fest in das Druckgefäß eingebaut ist, erfolgt die Einstellung auf den jeweiligen Betriebsfall nur über den Antriebsmotor. Dieser ist dabei zweckmäßig auf einer Grundplatte befestigt, die in zwei Gabeln drehbar gelagert ist. Eine Stellschraube bildet ein drittes Auflager. Mit Hilfe dieser Stellschraube können dann Achsabstand und Riemenspannung genau eingestellt werden. Ein Lösen dieser Einstellung wird durch Kontermuttern verhindert.

Nach der Erfindung ist es ferner von Vorteil, daß mit einem weiteren Abtriebszapfen des Antriebsmotors ein dem Rückkühlaggregat für das Schmiermittel zugeordneter Ventilator gekuppelt ist. Die Anordnung des Antriebsmotors und des Kühl-

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aggregate auf dem Druckgefäß bieten mithin die Gewähr für eine extrem kleine Aufstellungsfläche der Gesamtanlage. Hierdurch wird die Palette der Aufstellungsmöglichkeiten beziehungsweise der betrieblichen Einsatzfälle erheblich vergrößert. Eine Schwxngungsentkoppelung des Gesamtaggregats wird mittels Gummielementen erreicht, durch die das Druckgefäß gegenüber der jeweiligen Aufstellungsfläche distanziert ist.

Schließlich sieht die Erfindung noch vor, daß der dem Verdichter gegenüberliegenden Stirnseite des Druckgefäßes die Einrichtungen zum Steuern beziehungsweise Regeln des Kompressionsvorgangs zugeordnet sind. Diese bevorzugt in einem Schaltkasten untergebrachten Einrichtungen können sich folglich eng an das Druckgefäß anschmiegen, so daß die für das Gesamtaggregat benötigte Aufstellungsfläche nicht größer als maximal das Zweifache der Fläche eines Längsschnitts durch das Druckgefäß beträgt.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schraubenverdichteranlage mit öleinspritzkühlung in schematischer Seitenansicht, teilweise im Schnitt, und

Fig. 2 das Schaltschema der Anlage gemäß Fig. 1.

Die Vorrichtung zur Erzeugung von Druckluft gemäß Fig. 1 weist ein im vertikalen Querschnitt zylindrisches Druckgefäß: 1 mit leicht konvex gekrümmten Stirnseiten 2, 3 auf. Das Druckgefäß ist durch Gummielemente λ gegenüber einer Aufstellungsfläche 5 distanziert. Die Aufstellungsfläche kann Bestandteil eines ortsfesten Bauwerks oder eines nicht stationären Chassis sein.

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Die Stirnseite 2 des Druckgefäßes 1 weist eine Öffnung 6 aufj in die ein vorab endbearbeiteter Ringflansch 7 druckdicht eingeschweißt ist. Der Ringflansch dient zur Befestigung eines Schraubenverdichters 8, dessen Hochdruck führender Gehäuseabschnitt 9 im Innenraum 10 des Druckgefäßes liegt. Zum Pestlegen des Verdichtergehäuses am Ringflansch weist der Niederdruck führende Gehäuseabschnitt 11 einen Ringkragen 12 auf. Die Befestigung erfolgt durch Schrauben 13, die weitgehend in gleichmäßigem Abstand umfangsseitig des Ringkragens verteilt angeordnet sind. Die Längsachse des Schraubenverdichters liegt im wesentlichen in der Längsachse des Druckgefäßes.

Der Antrieb des Schraubenverdichters 8 erfolgt durch einen Elektromotor 14, der auf dem Druckgefäß 1 angeordnet ist unter Zwischenschaltung eines Schmalkeilriementriebs 15· Der Elektromotor ist auf einer Grundplatte 16 befestigt, die drehbar in zwei Gabeln 17 gelagert ist. Eine Stellschraube 18 bildet einen dritten Auflagerpunkt. Der Abtriebszapfen 19 des Elektromotors verläuft parallel zur Antriebswelle 20 des Schraubenverdichters.

Der zweite Abtriebszapfen 21 des Elektromotors 14 ist mit einem Ventilator 22 (siehe auch Fig. 2) eines ölkühlers 23 gekuppelt. Der Ölkühler ist ebenfalls am Druckgefäß 1 abgestützt. Auf der dem Schraubenverdichter 8 gegenüberliegenden Stirnseite 3 des Druckgefäßes ist ferner ein Schaltkasten 24 zur Aufnahme von Steuer- und Regelorganen befestigt.

Verbindungs- und Anschlußleitungen sind in der Pig. I fortgelassen worden, um die Übersichtlichkeit der Darstellung sicherzustellen.

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Wie aus dem Schaltschema gemäß Fig. 2 zu erkennen ist, wird die Luft über ein Filterelement 25 angesaugt und gelangt über eine verstellbare Saugdrosselklappe 2 6 und ein saugseitiges Rückschlagventil 27 in der Saugleitung 28 zum Schraubenverdichter 8. Das Rückschlagventil in der Saugleitung verhindert, daß sich beim Stillstand der Anlage die im Druckgefäß 1 befindliche Druckluft rückwärts über den Verdichter entspannt. Das Ventil ist so dimensioniert, daß die gesamte angesaugte Luft ohne nennenswerte Verluste hindurchgeht.

Beim Betrieb der Anlage wird während des Kompressionsvorgangs eine größere ölmenge in den Verdichter 8 eingespritzt. Das öl hat die Aufgabe, den größten Teil der Verdichtungswärme abzuführen, die Profilflanken zu schmieren und die Spalte zwischen den Rotoren und dem Gehäuse abzudichten.

Das aus dem Hochdruckteil 9 des Schraubenverdichters 8 strömende Luft-Öl-Gemisch tritt direkt in den Innenraum 10 des Druckgefäßes 1 ein, wo schon ein großer Teil des Öls ausfällt. Dieser Vorgang wird durch Prall- beziehungsweise Leitflächen 29 unterstützt, von denen eine in Fig. 1 erkennbar ist. Der in die Stirnseite 3 des Druckgefäßes eingebaute ölfeinabscheider 30 befreit das Gemisch dann schließlich fast vollständig von seinen ölbestandteilen.

Da der im Druckgefäß 1 herrschende Verdichtungsenddruck immer über dem Druck an der Einspritzstelle des Schraubenverdichters 8 liegt, wird zum Einspritzen des zum Verdichten erforderlichen Öls keine Pumpe benötigt. Der Differenzdruck preßt vielmehr das öl 31 aus dem Druckgefäß über die Leitung 32, durch den ölkühler 23, die Leitung 33, einen Ölfilter 34 und eine einstellbare Drossel 35 in der Leitung 36 in den Schraubenverdichter, über eine weitere Leitung 37 wird das in dem öl-

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feinabscheider 30 anfallende Öl dem Schraubenverdichter ebenfalls zugeführt.

Die Darstellung der Fig. 2 läßt erkennen, daß der Ölkreislauf außerdem ein Ölmischventil 38 beinhaltet. Das thermostatisch gesteuerte Ölmischventil ist in die Leitung 33 zwischen dem ölkühler 23 und dem ölfilter 34 eingegliedert. Es hat die Aufgabe, das beim Anfahren noch kalte öl möglichst schnell auf die Betriebstemperatur zu bringen.

Die Regelung von Vollast- und Leerlaufbetrieb erfolgt mit Hilfe eines Enddruckwächters 39 über die verstellbare Saugdrosselklappe 26 mit Stellzylinder 40 und durch elektromagnetische Ventile 41, 42. Zwei im Steuerkreislauf 43 eingegliederte Rückschlagventile 44, 45 ermöglichen dem Regelmechanismus ein schnelleres Reagieren bei vorhandenem Netzdruck. Das heißt, die Rückschlagventile im Steuerkreislauf 43 ermöglichen die Entnahme von Steuerdruck sowohl aus dem Verdichtersystem als auch aus dem Verbrauchernetz. Das System mit dem jeweils höheren Druck sperrt dabei die Entnahme aus dem anderen System. Auf diese Weise kann der Verdichter 8 bei vorhandenem Netzdruck schneller in den Lastbetrieb übergehen, da nun der Steuerzylinder 40 nicht erst nach dem Auffüllen des Druckgefäßes 1 (bis zum Einstelldruck eines Mindestdruckventils 46) beaufschlagt wird.

Der Enddruck der Anlage wird über ein Manometer 47 kontrolliert. Eine unzulässige Erhöhung des Drucks wird durch ein Sicherheitsventil 48 verhindert. Bei zu hoher Verdichtungsendtemperatur erfolgt über ein Kontaktfernthermometer 49 eine Sicherheitsabschaltung der Anlage.

Ein zweiter, unmittelbar am Druckgefäß 1 angebrachter Druckwächter 50 verhindert das Anfahren der Anlage bei noch zu

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hohem Gefäßdruck. Am Druckgefäß, das mit einem ölablaß 51 versehen ist, befindet sich außerdem noch ein ölstandsanzeiger 52 zur Kontrolle der ölfüllung.

Die aus dem Olfeinabscheider 30 austretende nahezu ölfreie Druckluft gelangt über das in die Verbraucherleitung eingegliederte Mindestdruckventil 46 zum Verbraucher.

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Claims

Rüdiger Klein,
Bussardstr. 62,
4270 Dorsten

Patentansprüche:

ill Vorrichtung zur Erzeugung von Druckluft, welche einen motorisch angetriebenen Verdichter, insbesondere einen Rotationskolbenverdichter, bevorzugt einen Schraubenverdichter, aufweist, der durch ein flüssiges Schmiermittel von einem Vorratsbehälter aus gekühlt ist und welche Einrichtungen zum Abscheiden des Schmiermittels aus der Druckluft, zum Rückkühlen des ausgeschiedenen Schmiermittels und zum Steuern beziehungsweise Regeln des Kompressionsvorgangs besitzt, d a d u r ch gekennzeichnet , daß der Behälter (1) zum Auffangen und Sammelndes Schmiermittels (31) als Druckgefäß ausgebildet und der Verdichter (8) zumindest mit dem Hochdruck führenden Gehäuseabschnitt (9) in das Druckgefäß (1) druckdicht, jedoch lösbar eingesetzt sind, wobei die Einrichtungen (14, 23, 24) zum Antrieb des Verdichters (8), zum Rückkühlen des Schmiermittels (31) und zum Steuern beziehungsweise Regeln des KompressionsVorgangs in weitgehend konturenangepaßter Zuordnung zum Druckgefäß (1) außerhalb von diesem vorgesehen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Verdichter (8) mit dem Hochdruck führenden Gehäuseabschnitt (9) durch eine stirnseitige öffnung (6) des weitgehend zylindrisch gestalteten Druckgefäßes (1) eingesetzt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet , daß der Niederdruck führende Gehäuseabschnitt (11) des Verdichters (8) einen Ringkragen (12)

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aufweist, über den der Verdichter (8) im wesentlichen koaxial zum Druckgefäß (1) an einen in die öffnung (6) eingesetzten Ringflansch (7) anschraubbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgen den, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (14) für den Verdichter (8) oberhalb des Druckgefäßes (1) vorgesehen und mit dem Verdichter (8) durch einen Keilriementrieb (15) verbunden ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgen den, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem weiteren Abtriebszapfen (21) des Antriebsmotors (14) ein dem Rückkühlaggregat (23) für das Schmiermittel (31) zugeordneter Ventilator (22) gekuppelt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgen den, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Verdichter (8) gegenüberliegenden Stirnseite (3) des Druckgefäßes die Einrichtungen (24) zum Steuern beziehungsweise Regeln des Kompressionsvorgangs zugeordnet sind.

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