DE4310740A1

DE4310740A1 - Schraubenkompressor, insbesondere zum Intervallbetrieb

Info

Publication number: DE4310740A1
Application number: DE19934310740
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr Schmitt
Original assignee: Knorr Bremse AG
Current assignee: Knorr Bremse AG
Priority date: 1993-04-01
Filing date: 1993-04-01
Publication date: 1994-10-06

Description

Die Erfindung betrifft einen Schraubenkompressor, insbesondere zum Intervallbetrieb für die Druckluftversorgung von Schienenfahrzeugen, mit wenigstens einer Schraube, die saugseitig mit einem eine Trennwand von einem Saugraum zur Atmosphäre durchsetzenden Wellenstummel endet, wobei der Wellenstummel axial zueinander versetzt schraubenseitig eine Drehlagerung und atmosphärenseitig eine Abdichtung zur Trennwand aufweist. Der Wellenstummel ist atmosphärenseitig im allgemeinen mit einem Antriebsmotor für die Schrauben des Schraubenkompressors gekoppelt.

Schraubenkompressoren für insbesondere stationäre Anlagen werden üblicherweise im Dauerbetrieb betrieben. Hierbei stellt sich an der üblicherweise als Nutring oder im Querschnitt L-förmig ausgebildeten Dichtung ein stationäres Druckverhältnis ein, welches relativ niedrig ist. Die Dichtung kann unter diesen günstigen Betriebsbedingungen hohe Standzeiten erreichen.

Bei Schraubenkompressoren dagegen, welche insbesondere zum Intervallbetrieb für die Druckluftversorgung von Schienenfahrzeugen vorgesehen sind, muß die Dichtung gänzlich andersartigen, hohen Belastungen standhalten. Der Schraubenkompressor muß zur Druckluftversorgung des Schienenfahrzeuges in dessen Druckluft-Vorratsbehälter einen Druck von ca. 8 bar aufrechterhalten. Derartige Kompressoren können im Intervallbetrieb bis zu etwa zwanzig mal je Stunde ein- und ausgeschaltet werden, wobei das Ausschalten mit einem Stillstand des Schraubenkompressors verbunden ist. Aus dieser Betriebsweise des Schraubenkompressors ergibt sich, daß die Abdichtung bei jedem Abstellen des Kompressors durch Rückexpansion der Druckluft schraubenseitig mit ca. 8 bar beaufschlagt wird; anschließend erfolgt ein ggfs. mehrstufiger und mit unterschiedlichen Druckabsenkungsgradienten erfolgender Druckabbau im Saugraum bis beispielsweise ca. 2 bar. Wird nachfolgend der Schraubenkompressor wieder gestartet, so können also noch bis zu ca. 2 bar Druck im Saugraum vorhanden sein, es wird also druckbeaufschlagt gestartet. Bei dieser Betriebsweise muß die Dichtung auch sicherstellen, daß kein Öl aus dem Saugraum bzw. der Drehlagerung zur Atmosphäre austritt. Die Abdichtung muß daher mit beachtlicher Vorspannung ausgestattet werden, zusätzlich besteht die Gefahr, daß sie unter der hohen Differenzdruckbelastung durchgedrückt wird. Die Abdichtung ist somit verschleiß- und beschädigungsgefährdet, es besteht die Gefahr, daß sie bereits nach relativ kurzer Betriebszeit ausgetauscht werden muß. Zum Austauschen dieser Abdichtung können jedoch, je nach Einbausituation des Schraubenkompressors, bei relativ niedrigen Material kosten sehr umfangreiche und dementsprechend teuere Montagearbeiten erforderlich sein, welche zudem entsprechend lange Stillstandszeiten des Schienenfahrzeuges bedingen.

Es ist demgemäß Aufgabe der Erfindung, einen Schraubenverdichter der eingangs genannten Art mit einfachen Mitteln auch hinsichtlich der Abdichtung für lange, wartungsfreie Betriebszeiten geeignet und leckölsicher auszugestalten.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Abdichtung zwei axial zueinander versetzte Dichtringe aufweist, zwischen welchen sich ein ölgefüllter Ölraum befindet, und daß vom Ölraum ein Steigrohr zu einer an den Saugraum angeschlossenen Saugleitung führt und in diese an einer zum Ölraum höher gelegenen Stelle einmündet.

Die Unteransprüche zeigen nach der weiteren Erfindung vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungsmöglichkeiten für einen derartigen Schraubenkompressor auf.

In der Zeichnung Fig. 1 ist ein Schnittbild durch das saugraumseitige Ende eines Schraubenkompressors gemäß bisheriger Ausbildung dargestellt, die Fig. 2 und 3 zeigen demgegenüber schematisch und in vergrößertem Maßstab die erfindungswesentlichen Teile zweier Ausführungsbeispiele für nach der Erfindung ausgebildete Schraubenkompressoren.

In Fig. 1 sind die saugraumseitigen Enden zweier Schrauben 1 und 2 eines Schraubenkompressors dargestellt, der Saugraum 3 befindet sich innerhalb eines Gehäuses 4 mit einer stirnseitigen Trennwand 5 zur umgebenden Atmosphäre. In den Saugraum 3 mündet wie üblich ein nicht dargestelltes Saugrohr ein, durch welches die vom Schraubenkompressor zu verdichtende Luft von der Atmosphäre in den Saugraum 3 strömen kann. Die Schraube 1 endet mit einem Wellenstummel 6, der die Trennwand 5 durchsetzt und vermittels eines Wälzlagers 7 an der Trennwand 5 drehgelagert ist. Atmosphärenseitig ist an der Trennwand 5 ein Lagerdeckel 8 vermittels nicht dargestellter Befestigungsmittel, beispielsweise Schrauben, gehaltert; der Lagerdeckel 8 ist mit einer Bohrung 9 versehen, welche mit Spiel vom Wellenstummel 6 durchragt ist. In der Bohrung 9 ist ein Dichtring 10 gehaltert, der mit Eigenspannung am Wellenstummel 6 anliegt, er kann in seinem Anlagebereich eine dem Wälzlager 7 zugewandte Dichtlippe aufweisen. Atmosphärenseitig ist der Wellenstummel 6 mit einem nicht dargestellten Antriebsmotor für den Schraubenkompressor gekoppelt.

Die Schraube 2 ist mit einem nur kurzen Wellenstummel 11 versehen, der vermittels eines weiteren Wälzlagers 12 in der Trennwand 5 drehgelagert ist; der Lagerdeckel 8 deckt die Drehlagerung der Schraube 2 atmosphärenseitig dicht ab.

Bei dem insoweit wie üblich ausgebildeten Schraubenkompressor nach Fig. 1 ist erkennbar, daß bei einem Intervallbetrieb der vorstehend geschilderten Art, wie er für die Druckluftversorgung von Schienenfahrzeugen erforderlich ist, der Dichtring 10 beim Abstellen des Schraubenkompressors anfänglich mit dem vollen Differenzdruck von beispielsweise 8 bar zwischen dem Saugraum 3 und der Atmosphäre belastet wird, daß nachfolgend während der Stillstandszeit des Schraubenkompressors dieser Differenzdruck ggfs. mehrstufig und mit unterschiedlichen Druckabsenkungsgradienten absinken kann, daß aber nachfolgend beim Wiederstart des Schraubenkompressors dieser bei noch anstehendem Differenzdruck am Dichtring 10 von ca. 2 bar erfolgt. Im nachfolgenden Kommpressionsbetrieb sinkt der Druck im Saugraum 3 auf zumindest Atmosphärendruck ab. Bei diesen Belastungszyklen muß der Dichtring 10 einerseits steif genug sein, um den hohen, auf ihn einwirkenden Differenzdrücken widerstehen zu können, andererseits zum Erfüllen seiner Abdichtfunktion aber auch mit hoher Pressung am Wellenstummel 6 anliegen. Es besteht somit infolge der erforderlichen, relativen Steifheit des Dichtringes 10 die Gefahr eines raschen Verschleißes des Dichtringes 10 oder dessen Einschleifens in den Wellenstummel 6, bei auch nur geringfügigem Unrundlaufen des Wellenstummels 6 sind besonders rasch eintretende, derartige Schäden zu erwarten. Zusammenfassend besteht somit die Gefahr, daß der Dichtring 10 bereits nach nur kurzer Betriebszeit des Schraubenkompressors undicht wird und insbesondere auch einen unzulässig hohen Leckölstrom durchläßt.

Aus Fig. 2 ist demgegenüber ersichtlich, daß im Lagerdeckel 8 - es ist nur ein den Wellenstummel 6 umgebender Abschnitt desselben dargestellt - durch die Anordnung zweier axial zueinander versetzter Dichtringe 13 und 14 ein Ölraum 15 zwischen diesen beiden Dichtringen 13 und 14 geschaffen ist. Der drehlagerseitige Dichtring 13 ist im Querschnitt etwa L-förmig ausgebildet und liegt mit seiner drehlagerseitigen Dichtlippe unter Eigenspannung am Wellenstummel 6 an. Er ist derart ausgebildet, daß er zwar die maximal auftretende Druckdifferenz zwischen dem Saugraum und der Atmosphäre sicher aufzunehmen vermag, er muß aber nicht absolut dicht zum Wellenstummel 6 dichten: Bei geringer Undichtigkeit kann sich ein Schmiermittelfilm an der Anlagestelle des Dichtringes 13 am Wellenstummel 6 ausbilden, wodurch der Verschleiß am Dichtring 13 entscheidend vermindert, ein Einschleifen des Dichtringes 13 in den Wellenstummel 6 ausgeschlossen und der Reibungswiderstand zwischen beiden wesentlich vermindert wird. Der andersseitige, zweite Dichtring 14 weist eine der Dichtlippe des Dichtringes 13 in etwa entsprechende Dichtlippe und zusätzlich, ölraumabgewandt, eine etwa radial verlaufende, ebenfalls unter Eigenspannung am Wellenstummel 6 anliegende Dichtkante auf. Die Dichtlippe dieses Dichtringes 14 kann relativ weich und hochelastisch ausgebildet sein, sie braucht nur sehr geringen Differenzdrücken zu widerstehen. Die erwähnte Dichtkante schließt ein Eindringen von Verschmutzungen und Feuchtigkeit in den Bereich zwischen Dichtring 14 und Wellenstummel 6 oder gar bis zum Ölraum 15 aus. Der Dichtring 14 entspricht daher einer üblichen, nur von etwa Atmosphärendruck beaufschlagten Wellendichtung und kann wie diese eine hohe Betriebszeit mit nur äußerst kleinem Ausfallrisiko erreichen.

Der Ölraum 15 ist ölgefüllt, von seiner Oberseite geht ein Steigrohr 16 aus, welches radial in den engsten Abschnitt 17 einer Venturidüse 18 einmündet, welche sich in der Saugleitung 19 des Schraubenkompressors befindet; die Saugleitung 19 mündet, wie vorstehend bereits erwähnt, in nicht dargestellter Weise in den Saugraum 3 des Schraubenkompressors ein. Die Einmündung des Steigrohres 16 in die Saugleitung 19 befindet sich an einer Stelle, welche höher gelegen ist als der Ölraum 15.

Im Ölraum 15 herrscht bei allen Betriebs- und Stillstandszuständen des Schraubenkompressors etwa Atmosphärendruck, der, wie vorstehend erwähnt, gut geschmierte Dichtring 13 hält etwaigen Überdruck fern. Durch den Dichtring 13 aus dem Saugraum 3 zum Ölraum 15 durchtretendes Lecköl wird vom Schraubenkompressor durch das Steigrohr 16 unter der Strahlpumpenwirkung der Venturidüse 18 in die Saugleitung 19 gesaugt und gelangt durch diese zum Schraubenkompressor zurück. Die beiden Dichtringe 13 und 14 werden so unter jeweils optimalen Bedingungen betrieben, es ist somit auch während eines langen Intervallbetriebes des Schraubenkompressors eine störungsfreie Funktion dieser Dichtringe 13 und 14 zu erwarten, so daß durch diese keine aufwendigen Wartungs- und Montagearbeiten bedingt werden.

Die Ausführung nach Fig. 3 entspricht im wesentlichen derjenigen nach Fig. 2, lediglich der Ölraum 15 ist an seiner Oberseite mit einer Öleinfüllöffnung 20 versehen, welche durch eine Verschlußschraube 21 dicht verschließbar ist. Weiterhin ist in Abänderung zu Fig. 2 die Venturidüse 18′ mit einem zum Innendurchmesser der Saugleitung 19 relativ kleinen Durchmesser ausgestattet, sie füllt also im Gegensatz zur Ausführung nach Fig. 2 den Durchströmungsquerschnitt der Saugleitung 19 nur zu einem kleinen Teil aus. Die Venturidüse 18′ kann dabei in einfacher Weise derart gewählt werden, daß sie ein sicheres Absaugen von Lecköl aus dem Ölraum 15 unter ebenso sicherem Vermeiden von Unterdruck in diesem gewährleistet. Je nach gewählter Anordnung kann in Abänderung zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen auch ein völliger Entfall der Venturidüse 18 bzw. 18′ ermöglicht sein, die Einmündung des Steigrohres 16 in die Saugleitung 19 kann bereits eine zum Rückfördern des Lecköles ausreichende Saugleistung bewirken.

In weiterer Abänderung ist es auch möglich, anstelle der Öleinfüllöffnung 20 mit Verschlußschraube 21 im Bereich des Steigrohres 16 eine nicht dargestellte, dicht verschließbare Einrichtung zum Öleinfüllen in den Ölraum 15 vorzusehen.

In weiterer Abänderung ist es selbstverständlich möglich, die Dichtringe 13 u. 14 sowie den Ölraum 15 nicht in einem Lagerdeckel 8, sondern unmittelbar in der Trennwand 5 eines Schraubenkompressors anzuordnen.

Kurzfassung:
Für einen Schraubenkompressor, der insbesondere zum Invervallbetrieb für die Druckluftversorgung von Schienenfahrzeugen vorgesehen ist, ist die Dichtung für einen eine Gehäusewandung durchsetzenden Wellenstummel (6) einer Schraube mit zwei axial zueinander versetzten Dichtringen (13, 14) und zwischen diesen befindlichem Ölraum (15) ausgebildet. Die beiden Dichtringe (13, 14) und der Ölraum (15) können sich zweckmäßig in einem Lagerdeckel (8) befinden. Vom Ölraum (15) führt eine Steigleitung (16) zur Saugleitung (19) des Schraubenkompressors und mündet in dessen Saugleitung (19) etwa rechtwinklig an einer Stelle ein, welche höher liegt als der Ölraum (15). Die Einmündungsstelle des Steigrohres (16) in die Saugleitung (19) kann vermittels einer Venturidüse (18) strahlpumpenartig ausgebildet sein. Der Ölraum (15) ist ölgefüllt und weist etwa Atmosphärendruck auf. Der saugraumseitige Dichtring (13) ist zur Aufnahme hoher Differenzdrücke geeignet ausgebildet, er muß jedoch nicht absolut dicht zum Wellenstummel (6) dichten. Der andersseitige Dichtring (14) wird beidseitig nur von etwa Atmosphärendruck belastet. In den Ölraum (15) durch den Dichtring (13) eindringendes Lecköl wird durch das Steigrohr (16) unter der Strahlpumpenwirkung in die Saugleitung (19) und durch diese zum Schraubenkompressor zurückgefördert.

Beide Dichtringe (13, 14) werden somit unter für sie optimalen Betriebsbedingungen betrieben, sie können somit hohe, störungsfreie Betriebszeiten erreichen.

Bezugszeichenliste

1 Schraube
2 Schraube
3 Saugraum
4 Gehäuse
5 Trennwand
6 Wellenstummel
7 Wälzlager
8 Lagerdeckel
9 Bohrung
10 Dichtring
11 Wellenstummel
12 Wälzlager
13 Dichtring
14 Dichtring
15 Ölraum
16 Steigrohr
17 Abschnitt
18 Venturidüse
18′ Venturidüse
19 Saugleitung
20 Öleinfüllöffnung
21 Verschlußschraube

Claims

1. Schraubenkompressor, insbesondere zum Intervallbetrieb für die Druckluftversorgung von Schienenfahrzeugen, mit wenigstens einer Schraube (1), die saugseitig mit einem eine Trennwand (5) von einem Saugraum (3) zur Atmosphäre durchsetzenden Wellenstummel (6) endet, wobei der Wellenstummel (6) axial zueinander versetzt schraubenseitig eine Drehlagerung (Wälzlager 7) und atmosphärenseitig eine Abdichtung zur Trennwand (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung zwei axial zueinander versetzte Dichtringe (13, 14) aufweist, zwischen welchen sich ein ölgefüllter Ölraum (15) befindet, und daß vom Ölraum (15) ein Steigrohr (16) zu einer an den Saugraum (3) angeschlossenen Saugleitung (19) führt und in diese an einer zum Ölraum (3) höher gelegenen Stelle einmündet.

2. Schraubenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugleitung (19) einen venturidüsenartigen Abschnitt aufweist, im Bereich dessen engsten Abschnittes (17) das Steigrohr (16) seitlich einmündet.

3. Schraubenkompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der venturidüsenartige Abschnitt nur in einem Teilquerschnitt des Saugrohres (19) ausgebildet ist (Fig. 3).

4. Schraubenkompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der venturidüsenartige Abschnitt über den Gesamtquerschnitt des Saugrohres (19) ausgebildet ist (Fig. 2).

5. Schraubenkompressor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der drehlagerseitige Dichtring (13) im Querschnitt L-artig mit dem Drehlager (7) zugewandter, unter zumindest elastischer Eigenspannung am Wellenstummel (6) anliegender Dichtlippe und der andere Dichtring (14) mit einer ähnlichen Dichtlippe und zusätzlich, ölraumabgewandt, mit einer etwa radial verlaufenden, ebenfalls unter Eigenspannung am Wellenstummel (6) anliegenden Dichtkante versehen ist.

6. Schraubenkompressor nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung in einem den Wellenstummel (6) umgebenden, an die Trennwand (5) atmosphärenseitig dicht anflanschbaren Lagerdeckel (8) ausgebildet ist.

7. Schraubenkompressor nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölraum (15) mit einer dicht verschließbaren Öleinfüllöffnung (20) verbunden ist.

8. Schraubenkompressor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Öleinfüllöffnung sich am Steigrohr befindet.

9. Schraubenkompressor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Öleinfüllöffnung (20) sich geringfügig oberhalb des Ölraumes (15) befindet