EP4264053A1

EP4264053A1 - Scrollverdichter zur erzeugung ölfreier druckluft

Info

Publication number: EP4264053A1
Application number: EP21840854.0A
Authority: EP
Inventors: Christian Busch
Original assignee: OET GmbH
Current assignee: OET GmbH
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2021-12-17
Publication date: 2023-10-25
Also published as: US20240102470A1; DE102020134469A1; WO2022136157A1; CN116710656A; JP2023553481A; KR20230119658A

Abstract

Scrollverdichter zur Erzeugung von ölfreier Druckluft, insbesondere für eine Druckluftbremsanlage eines Lastkraftwagens, mit einem Antrieb, der in einem Gehäuse (4) angeordnet und mit einer orbitierenden Verdrängerspirale (31, 32) verbunden ist, die einen Verdrängerspiralboden (39) und eine Verdrängerspiralwand (38) aufweist, wobei die Verdrängerspiralwand (38) in eine ortsfeste Gegenspirale (21, 22) eingreift, so dass zwischen der Verdrängerspirale (31, 32) und der Gegenspirale (21, 22) wenigstens eine variable Verdichtungskammer (30) gebildet wird, wobei zwischen der Verdrängerspirale (31, 32) und dem Gehäuse (4) ein Dichtungselement (33) vorgesehen ist, und wobei das Dichtungselement (33) im Verdrängerspiralboden (39) befestigt ist und gegen eine Gleitplatte (26) abdichtet, die fest mit dem Gehäuse (4) verbunden ist. Druckluftbremsanlage mit einem derartigen Scrollverdichter.

Description

Scrollverdichter zur Erzeugung ölfreier Druckluft

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft einen Scrollverdichter zur Erzeugung von ölfreier Druckluft. Ferner betrifft die Erfindung eine Druckluftbremsanlage mit einem solchen Scrollverdichter.

Scrollverdichter sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden für unterschiedliche Anwendungen eingesetzt. So offenbart EP 0 798 463 A2 eine Vakuumpumpe, die als Scrollverdichter ausgebildet ist. Die Vakuumpumpe dient zum Evakuieren von Behältern und wird ölfrei betrieben. Dazu weist die Vakuumpumpe einen Scrollverdichter auf, der eine mit einem Antrieb verbundene orbitierende Verdrängerspirale aufweist, die in eine ortsfeste Gegenspirale eingreift. Die ortsfeste Gegenspirale ist fest in ein Gehäuse integriert. Die Verdrängerspirale umfasst einen Verdrängerspiralboden und eine Verdrängerspiralwand, wobei die Verdrängerspiralwand in entsprechende Zwischenräume einer Gegenspiralwand eingreift, so dass zwischen der Verdrängerspiralwand und der Gegenspiralwand eine variable Verdichtungskammer gebildet ist.

Um eine Gasdichtigkeit sicherzustellen, ist im Gehäuse eine ringförmige Dichtung vorgesehen, die gegen den Verdrängerspiralboden abdichtet. Außerdem weisen die Verdrängerspiralwand und die Gegenspiralwand jeweils spiralförmige Nuten auf, in die eine Spiraldichtung eingelegt ist, die jeweils gegen den Verdrängerspiralboden bzw. das Gehäuse im Bereich des bodenseitigen Endes der Gegenspiralwand abdichten.

Die Verdrängerspirale orbitiert im laufenden Betrieb des Scrollverdichters, führt also eine kreisende Bewegung über der Ringdichtung aus. Das kann dazu führen, dass Öl, welches im Antriebssegment des Scrollverdichters vorhanden ist, von der Verdrängerspirale über die Ringdichtung hinweg gefördert wird, so dass in die Verdichtungskammer Öl eindringen kann. Die Reibung zwischen dem Verdrängerspiralboden und der Ringdichtung kann außerdem zu einem erhöhten Verschleiß der Ringdichtung führen, so dass sich auch hier Übertrittspassagen für Öl bilden können.

Somit besteht bei dem bekannten Scrollverdichter das Risiko, dass die Verdichtungskammern nicht vollständig ölfrei gehalten werden. Dies ist bei der Anwendung als Vakuumpumpe nicht weiter kritisch, da das in der Verdichtungskammer verdichtete Gas und evtl, eingetragenes Öl an die Umgebung abgeführt werden. In einem geschlossenen Kreislauf, wie beispielsweise in Druckluftbremssystemen, ist ein solcher Öleintrag jedoch kritisch, da sich das Öl im geschlossenen Gaskreislauf anreichern kann.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Scrollverdichter zur Erzeugung von ölfreier Druckluft anzugeben, bei dem ein Eintrag von Öl in den Verdichtungsbereich effizient unterbunden wird. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Druckluftbremssystem mit einem solchen Scrollverdichter anzugeben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf den Scrollverdichter durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 und im Hinblick auf die Druckluftbremsanlage durch den Gegenstand des Patentanspruchs 14 gelöst.

So beruht die Erfindung auf dem Gedanken, einen Scrollverdichter zur Erzeugung von ölfreier Druckluft, insbesondere für eine Druckluftbremsanlage eines Lastkraftwagens, mit einem Antrieb anzugeben, der in einem Gehäuse angeordnet und mit einer orbitierenden Verdrängerspirale verbunden ist. Die Verdrängerspirale weist einen Verdrängerspiralboden und eine Verdrängerspiralwand auf, wobei die Verdrängerspiralwand in eine ortsfeste Gegenspirale eingreift, so dass zwischen der Verdrängerspirale und der Gegenspirale wenigstens eine variable Verdichtungskammer gebildet wird. Zwischen der Verdrängerspirale und dem Gehäuse ist erfindungsgemäß ein Dichtungselement vorgesehen, wobei das Dichtungselement im Verdrängerspiralboden befestigt ist und gegen eine Gleitplatte abdichtet, die fest mit dem Gehäuse verbunden ist.

Um eine effiziente und dauerhafte Ölbarriere zwischen dem Antriebsbereich des Scrollverdichters und dem Verdichtungsbereich des Scrollverdichters zu gewährleisten, ist bei der Erfindung vorgesehen, dass das Dichtungselement im Verdrängerspiralboden befestigt ist und gegen eine Gleitplatte abdichtet, die im Gehäuse befestigt ist. Die Gleitplatte kann dabei so gestaltet sein, dass zwischen der Gleitplatte und dem Dichtungselement eine gute Abdichtung bei gleichzeitig wenig Reibung erreicht wird. So wird einer übermäßigen Abnutzung des Dichtungselements effizient entgegengewirkt, was langfristig zu einer hohen Abdichtung führt.

Darüber hinaus erhöht die Anordnung des Dichtungselements im Verdrängerspiralboden die Wartungsfreundlichkeit des erfindungsgemäßen Scrollverdichters. Bei einem Defekt im Bereich der Dichtung kann so auf schnelle Art und Weise die Dichtung erneuert werden, indem die gesamte Verdrängerspirale einschließlich der darin angeordneten Dichtung ausgetauscht wird. Im Stand der Technik sind zusätzliche Handgriffe erforderlich, um nach dem Ausbau der Verdrängerspirale das Dichtungselement im Gehäuse auszutauschen. Bei der Erfindung kann dies durch Austausch der Verdrängerspirale mit integriertem Dichtungselement einfach und schnell erfolgen. Der Scrollverdichter ist also zeitnah wieder einsatzfähig.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Gleitplatte zumindest in einem Kontaktbereich mit dem Dichtungselement ein härteres Material als das Gehäuse auf. Überdies kann die Gleitplatte auf einer dem Dichtungselement zugewandten Seite eine geringere Rauigkeit als Oberflächen des Gehäuses aufweisen. Im Wesentlichen dient die Gleitplatte also dazu, einerseits einen guten Kontakt zum Dichtungselement bereitzustellen und andererseits die Reibung zwischen der Gleitplatte und dem Dichtungselement zu reduzieren. Da das Dichtungselement mit der Verdrängerspirale orbitiert, sich also über die Gleitplatte bewegt, wird durch das härtere Material der Gleitplatte in diesem Bereich eine Abnutzung des Dichtungselements vermieden bzw. reduziert. Insofern bildet die Gleitplatte, insbesondere mit dem im Kontaktbereich zum Dichtungselement härteren Material, eine Grundlage für eine gute und insbesondere öldichte Abdichtung zwischen dem Antriebsbereich des Scrollverdichters und dem Verdichtungsbereich. Somit ist gewährleistet, dass Öl aus dem Antriebsbereich nicht in den Verdichtungsbereich gelangt. Mithin wird so die Ölfreiheit der erzeugten Druckluft gewährleistet. Als zusätzliche Sicherheitsbarriere kann im Verdrängerspiralboden ferner ein Abstreifelement zum Abstreifen von Ölrückständen von der Gleitplatte befestigt sein. Das Abstreifelement ist vorzugsweise parallel bzw. konzentrisch zum Dichtungselement angeordnet und bewirkt ein Abstreifen von Ölrückständen, die sich auf der Gleitplatte im Kontaktbereich mit dem Dichtungselement ablagern können. So ist sichergestellt, dass Bereiche der Gleitplatte, die regelmäßig im Verdichtungsbereich angeordnet sind, nicht Öl in den Verdichtungsbereich eintragen. Derartige Bereiche entstehen, da durch die orbitierende Bewegung der Verdrängerspirale ein Kontaktbereich auf der Gleitplatte festgelegt ist, der zeitweise im Verdichtungsbereich und zeitweise im Antriebsbereich angeordnet ist. Mit dem Abstreifelement wird das auf diesem Kontaktbereich der Gleitplatte ggf. abgelagerte Öl abgestreift, so dass Abschnitte der Gleitplatte, die in den Verdichtungsbereich gelangen, ölfrei sind.

Um das Dichtungselement und/oder das Abstreifelement fest in der Verdrängerspirale aufzunehmen, ist bei einer bevorzugten Variante der Erfindung vorgesehen, dass der Verdrängerspiralboden eine Dichtungsnut zur Aufnahme des Dichtungselements und/oder eine Abstreifnut zur Aufnahme des Abstreifelements aufweist. In der Dichtungsnut und/oder der Abstreifnut können zusätzliche Vorspannelemente angeordnet sein, die sich zwischen einem Nutboden und dem Dichtungselement bzw. dem Abstreifelement erstrecken. Diese Vorspannelemente bewirken einen Anpressdruck des Dichtungselements bzw. Abstreifelements auf die Gleitplatte und gewährleisten so dauerhaft eine Abdichtung bzw. Abstreiffunktion, insbesondere auch wenn das Dichtungselement und/oder das Abstreifelement etwas abgenutzt sind.

Zwischen der Verdrängerspirale und der Gleitplatte kann außerdem ein Gleitelement angeordnet sein. Das Gleitelement kann als Axiallager ausgebildet sein und die Verdrängerspirale gegenüber der Gleitplatte bzw. gegenüber dem Gehäuse abstützen. Das Gleitelement weist vorzugsweise ein Material auf, das auf der Gleitplatte besonders gut gleitet. Insbesondere bewirkt das Gleitelement zusammen mit der Gleitplatte eine reduzierte Reibung zwischen Verdrängerspirale und Gehäuse, so dass sich ein leichter Umlauf der Verdrängerspirale einstellt. Dies reduziert den Energieaufwand für das Betreiben des Scrollverdichters sowie die im Betrieb auftretende Reibungswärme. Das Gleitelement kann in einer Ausnehmung im Verdrängerspiralboden angeordnet sein. Dadurch ist das Gleitelement einerseits gut an der vorbestimmten Position fixiert. Andererseits kann das Gleitelement auf diese Weise einfach gemeinsam mit der Verdrängerspirale ausgetauscht werden, beispielsweise zu Reparaturzwecken.

Um die gleitenden Eigenschaften des Gleitelements weiter zu verbessern, ist vorgesehen, dass das Gleitelement radial innerhalb des Dichtungselements und/oder des Abstreifelements angeordnet ist. Im Wesentlichen kann das Gleitelement also im ölbeaufschlagten Bereich, insbesondere im Antriebsbereich, des Scrollverdichters angeordnet sein. So erfolgt zusätzlich eine Ölschmierung zwischen Gleitelement und Gleitplatte, die zu einem geschmeidigen Umlauf der Verdrängerspirale führt.

Bei dem erfindungsgemäßen Scrollverdichter kann ferner vorgesehen sein, dass im Gehäuse Führungsstifte verankert sind, die sich durch Öffnungen in der Gleitplatte hindurch in Führungsringe erstrecken, die im Verdrängerspiralboden angeordnet sind. Die Führungsstifte weisen jeweils einen Absatz auf, der über die Gleitplatte vorsteht, so dass zwischen dem jeweiligen Führungsring und der Gleitplatte ein Abstand besteht. Die Kombination aus Führungsstift und Führungsring wird als „Pin-Ring"-System bezeichnet, das für die orbitierende Bewegung der Verdrängerspirale vorteilhaft ist. Durch den Führungsstift, der in den Führungsring eingreift, wird die Verdrängerspirale in die vorbestimmte Umlaufbahn gedrängt, die durch eine exzentrische Lagerung der Verdrängerspirale auf der Welle des Antriebs erzeugt wird.

Um auch hier eine Reibung möglichst gering zu halten, ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Führungsstifte den Absatz aufweisen, der über die Gleitplatte vorsteht. Dadurch entsteht zwischen dem Führungsring und der Gleitplatte ein Abstand, so dass die Reibung in diesem Bereich reduziert ist. Außerdem ermöglicht der Abstand zwischen Führungsring und Gleitplatte eine Ölschmierung der Gleitplatte.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Antrieb zwischen einer ersten Verdrängerspirale und einer zweiten Verdrängerspirale angeordnet ist. Der Scrollverdichter kann also als mehrstufiger, insbesondere zweistufiger, Scrollverdichter ausgeführt sein. So kann in einer ersten Verdichtungsstufe eine Vorverdichtung und in einer zweiten Verdichtungsstufe eine Nachverdichtung erfolgen, so dass besonders hohe Drücke erzielt werden können. Dies ist insbesondere bei der Erzeugung von Druckluft für Druckluftbremsanlagen, insbesondere bei Lastkraftwagen, zweckmäßig.

Insofern ist in einer bevorzugten Variante auch vorgesehen, dass der Antrieb eine Welle mit zwei Wellenenden aufweist, wobei ein erstes Wellenende mit der ersten Verdrängerspirale und ein zweites Wellenende mit der zweiten Verdrängerspirale verbunden ist. Die Verdrängerspiralen teilen sich also denselben Antrieb, was die Effizienz des Scrollverdichters erhöht und dessen Baugröße vorteilhaft verringert. Ein solcher zweistufiger Scrollverdichter ist also besonders kompakt.

Die erste Verdrängerspirale kann dabei mit einer ersten Gegenspirale eine erste Verdichterstufe, und die zweite Verdrängerspirale mit einer zweiten Gegenspirale eine zweite Verdichterstufe bilden. Die Verdichterstufen können miteinander gekoppelt sein, so dass die erste Verdichterstufe beispielsweise eine Vorverdichtung und die zweite Verdichterstufe eine Nachverdichtung ermöglicht. Dadurch sind besonders hohe Drücke erzielbar, die bei der Erzeugung von Druckluft insbesondere für Druckluftbremsanlagen von Lastkraftwagen besonders zweckmäßig sind. Die Kopplung der ersten Verdichterstufe mit der zweiten Verdichterstufe kann über externe Leitungen erfolgen. Möglich ist es allerdings auch, die Leitungen zur Kopplung der beiden Verdichterstufen in das Gehäuse des Scrollverdichters zu integrieren. Jedenfalls ist es bevorzugt vorgesehen, dass zwischen der ersten Verdichterstufe und der zweiten Verdichterstufe ein Wärmetauscher angeordnet ist, der Wärme von der vorverdichteten Druckluft abführt, so dass der zweiten Verdichterstufe abgekühlte, vorverdichtete Druckluft zugeführt wird.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die erste Verdichterstufe eine Verdichtung von einem Saugdruck zu einem Mittelluftdruck bewirkt. Dabei kann der Saugdruck beispielsweise bei etwa 1 bar liegen, wogegen der Mittelluftdruck in einem Bereich von 3,5 bar und 4 bar angesiedelt ist. Die zweite Verdichterstufe kann dann eine Höherverdichtung vom Mittelluftdruck zu einem Hochluftdruck bewirken. Dabei wird also der Mittelluftdruck, der vorzugsweise zwischen 3,5 bar und 4 bar beträgt, zu einem Hochluftdruck im Bereich von etwa 14 bar verdichtet. Das erste Wellenende und das zweite Wellenende sind vorzugsweise jeweils mit einem Radiallager, insbesondere einem Exzenterlager, ausgestattet. Das Radiallager bzw. Exzenterlager kann als Gleitlager, Kugellager oder Nadellager ausgebildet sein. Zwischen dem ersten Wellenende und der ersten Verdrängerspirale und/oder zwischen dem zweiten Wellenende und der zweiten Verdrängerspirale kann jeweils ein Ausgleichsmechanismus angeordnet sein, der Vibrationen und eine daraus resultierende Geräuschentwicklung bei der orbitierenden Bewegung der Verdrängerspirale reduziert. Ein solcher Ausgleichsmechanismus umfasst eine Ausgleichsmasse, die exzentrisch auf der Drehachse der orbitierenden Verdrängerspirale angeordnet ist und um diese Drehachse schwingen kann. Dabei ist der Ausgleichsmechanismus so gestaltet, dass sich die Schwingung aufgrund vorhandener Fliehkräfte selbsttätig einstellt. Dabei bewirkt der Ausgleichsmechanismus einen Ausgleich von Gaskräften und Fertigungstoleranzen, wodurch Vibrationen und Geräuschentwicklung beim Betrieb des Scrollverdichters reduziert werden.

Ein Ausgleichsmechanismus, der besonders bevorzugt für den erfindungsgemäßen Scrollverdichter eingesetzt werden kann, ist beispielsweise in der nachveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 10 2020 121 442.1 beschrieben, auf dessen Inhalt, insbesondere im Zusammenhang mit dem dortigen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2, vollumfänglich Bezug genommen wird.

Bei einer weiteren Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen der Verdrängerspiralwand und der Gegenspirale sowie zwischen der Gegenspiralwand und der Verdrängerspirale jeweils eine Spiraldichtung vorgesehen ist. Damit werden die Verdrängerspirale und die Gegenspirale gegeneinander gut abgedichtet, so dass sich ein geschlossener, im Wesentlichen leckagefreier variabler Verdichtungsraum bildet. Die Spiraldichtung kann dabei auch Fertigungstoleranzen und Druckschwankungen in der Verdichtungskammer ausgleichen. Insofern kann bei dem Scrollverdichter auf eine Gegendruckkammer bzw. Back-Pressure-Kammer, verzichtet werden, die üblicherweise den Druck aus dem Verdichtungsraum nutzt, um die orbitierende Verdrängerspirale gegen die Gegenspirale zu pressen. Durch den Verzicht auf die Gegendruckkammer wird Bauraum eingespart, wodurch der Scrollkompressor besonders kompakt ist. Vorzugsweise ist eine erste Spiraldichtung in einer Spiralnut der Verdrängerspiralwand angeordnet, die zur Gegenspirale hin offen ist. Eine zweite Spiraldichtung kann in einer Spiralnut der Gegenspiralwand angeordnet sein, die zur Verdrängerspirale hin offen ist. Im Wesentlichen ist also vorgesehen, dass die Spiralnuten sowohl in der Verdrängerspiralwand, als auch in der Gegenspiralwand die jeweilige Spiraldichtung aufnehmen und fixieren. Um eine Reibung zwischen der Verdrängerspirale und der Gegenspirale zu reduzieren, kann jeder Spiraldichtung eine Anlaufscheibe zugeordnet sein. Die Anlaufscheibe ist vorzugsweise zwischen der jeweiligen Spiraldichtung und der Verdrängerspirale bzw. der Gegenspirale angeordnet und reduziert so die Reibung zwischen Verdrängerspirale und Gegenspirale. Die Anlaufscheibe wird dabei durch die Spiraldichtung gegen jeweils die Verdrängerspirale bzw. Gegenspirale gedrängt, so dass einerseits eine Dichtungsfunktion und andererseits ein Gleitfunktion erreicht wird.

Bei einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Scrollverdichters ist vorgesehen, dass der Antrieb und/oder das Gehäuse und/oder die Gegenspirale wassergekühlt sind/ist. Die Wasserkühlung ist besonders effizient und ermöglicht eine hohe und schnelle Wärmeabfuhr, so dass der Scrollverdichter mit besonders hohen Drücken betrieben werden kann. Dies ist insbesondere für Druckluftbremsanlagen von Lastkraftwagen besonders zweckmäßig. Ein besonderes Augenmerk bei der Kühlung kann dabei auf dem Gehäuse liegen, insbesondere auf der Hochdruck- bzw. Auslassseite des Scrollverdichters. In diesem Bereich, insbesondere also im Bereich der zweiten Verdichterstufe, können durch die Hochdruckverdichtung besonders hohe Temperaturen entstehen, die durch die Wasserkühlung gut abgeführt werden können. Zusätzlich ist es zweckmäßig, wenn die in dem Scrollverdichter erzeugte Druckluft gekühlt wird. Dazu ist vorzugsweise zwischen der ersten Verdichterstufe und der zweiten Verdichterstufe ein Wärmetauscher vorgesehen, der von der auf einen Mittelluftdruck verdichteten Druckluft Wärme abführt. So gelangt vorgekühlte, Mitteldruckluft in die zweite Verdichterstufe, worin die Mitteldruckluft in eine Hochdruckluft weiterverdichtet wird.

Ein nebengeordneter Aspekt der Erfindung betrifft eine Druckluftbremsanlage, insbesondere eines Lastkraftwagens, mit einem zuvor beschriebenen Scrollverdichter. Derartige Druckluftbremsanlagen können jedoch nicht nur bei Lastkraftwagen eingesetzt werden, sondern auch beispielsweise bei Bussen oder Arbeitsmaschinen, wie Baggern, Walzen, selbstfahrenden Kränen und dergleichen. Jedenfalls ist eine solche Druckluftbremsanlage besonders geeignet für Fahrzeuge mit einer Gesamtmasse von mehr als 5 Tonnen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen

Fig. 1 eine Querschnittsansicht durch einen erfindungsgemäßen Scrollverdichter nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 einen Ausschnitt C aus dem Scrollverdichter gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine Vorderansicht der Scrollverdichters gemäß Fig. 1; und

Fig. 4 eine Schnittansicht des Scrollverdichters gemäß Fig. 1 entlang der

Linie E-E aus Fig. 3.

Der Scrollverdichter gemäß Fig. 1 ist als zweistufiger Verdichter ausgebildet. Dazu weist der Scrollverdichter ein zentrales Antriebssegment 1 auf, an das sich beidseitig axial jeweils ein Verdichtersegment 2, 3 anschließt. Dabei ist ein erstes Verdichtersegment 2 als erste Verdichterstufe, und das zweite Verdichtersegment 3 als zweite Verdichterstufe ausgebildet. Das erste Verdichtersegment 2 dient zur Verdichtung eines Umgebungsluftdrucks auf einen Mittelluftdruck, wobei das zweite Verdichtersegment 3 den Mittelluftdruck zu einem Hochluftdruck verdichtet.

Das Antriebssegment 1 umfasst den Antrieb 10, der einen Elektromotor 11 und eine Welle 12 umfasst. Der Elektromotor 11 ist innerhalb eines Gehäuses 4 angeordnet, das aus Gründen der Wartungsfreundlichkeit mehrteilig ausgebildet ist. So umfasst das Gehäuse 4 ein Antriebsgehäuse 20, zwei an das Antriebsgehäuse 20 anschließende Lagergehäuse 23, 24, Gegenspiralen 21, 22, die ebenfalls Teile des Gehäuses 4 bilden, und Abschlussdeckel 5, 6. In Richtung des ersten Verdichtersegments 2 schließt sich somit an das Antriebsgehäuse 20 ein erstes Lagergehäuse 23 an. Das erste Lagergehäuse 23 ist fest mit der ersten Gegenspirale 21 verbunden, die ebenfalls Teil des Gehäuses 4 bildet. Auf die erste Gegenspirale 21 folgt der erste Abschlussdeckel 5, der das Gehäuse 4 axial abschließt. Auf der gegenüberliegenden Seite des Antriebsgehäuses 20 ist ein zweites Lagergehäuse 24 angeordnet, das mit einer zweiten Gegenspirale 22 verbunden ist. Die zweite Gegenspirale 22 wird durch einen zweiten Abschlussdeckel 6 längsaxial abgedeckt.

Die Welle 12 ist im Antriebsgehäuse 20 durch Wellenlager 15 gelagert. Die Welle 12 weist ein erstes Wellenende 13 auf, das zum ersten Verdichtersegment 2 gerichtet ist. Ferner ist ein zweites Wellenende 14 vorgesehen, das dem zweiten Verdichtersegment 3 zugewandt ist. Beide Wellenenden 13, 14 weisen jeweils einen Exzenterstift 16 auf, der in einem Exzenterlager 17 angeordnet ist, das die Verbindung zur jeweiligen Verdrängerspirale 31, 32 herstellt. Auf dem Exzenterstift 16 des ersten Wellenendes 13 ist also über das Exzenterlager 17 die erste Verdrängerspirale 31 gelagert. Auf dem Exzenterstift 16 des zweiten Wellenendes 14 ist über das Exzenterlager 17 die zweite Verdrängerspirale 32 gelagert.

Die Verdrängerspiralen 31, 32 weisen jeweils einen Verdrängerspiralboden 39 auf, von welchem aus sich eine Verdrängerspiralwand 38 in die jeweilige Gegenspirale 21, 22 erstreckt. Beispielhaft wird dies nachfolgend anhand von Fig. 2 erläutert, die einen Ausschnitt des zweiten Verdichtersegments 3 des Scrollverdichters gemäß Fig. 1 zeigt. Die nachfolgend für das erste Verdichtersegment 2 erläuterte Gestaltung gilt analog für das zweite Verdichtersegment 3. Die erste Verdrängerspirale 31 und die zweite Verdrängerspirale 32 sowie die erste Gegenspirale 21 und die zweite Gegenspirale 22 sind also, insbesondere auch im Hinblick auf ihre Anordnung zueinander, ähnlich aufgebaut. Sie unterscheiden sich lediglich durch das Volumen einer zwischen ihnen ausgebildeten Verdichtungskammer 30, das in der zweiten Verdichterstufe, also zwischen der zweiten Verdrängerspirale 32 und der zweiten Gegenspirale 22, kleiner als in der ersten Verdichterstufe, d.h. zwischen der ersten Verdrängerspirale 31 und der ersten Gegenspirale 21, ist.

Fig. 2 zeigt also die erste Verdrängerspirale 31, die einen Verdrängerspiralboden 39 und eine Verdrängerspiralwand 38 umfasst. Die erstes Verdrängerspirale 31 greift in die erste Gegenspirale 21 ein, so dass zwischen der Verdrängerspiralwand 38 und einer Gegenspiralwand 28 die Verdichtungskammer 30 gebildet ist. Die Verdichtungskammer 30 ist variabel, das bedeutet, dass durch die orbitierende Bewegung der ersten Verdrängerspirale 31 die Verdichtungskammer 30 ihr Volumen ändert und so eine Verdichtung des in der Verdichtungskammer 30 befindlichen Gases, vorzugsweise Luft, bewirkt.

Um die erste Verdrängerspirale 31 und die erste Gegenspirale 21 gegeneinander gut abzudichten, ist vorgesehen, dass die erste Verdrängerspirale 31 und die erste Gegenspirale 21 jeweils eine Spiralnut 19 aufweisen, in welcher eine Spiraldichtung 18 angeordnet ist. Die Spiraldichtung 18 der ersten Verdrängerspirale 31 dichtet dabei gegen einen Gegenspiralboden 29 der ersten Gegenspirale 21 ab. Die Spiraldichtung 18 der ersten Gegenspirale 21 dichtet hingegen gegen den Verdrängerspiralboden 39 ab. Die Spiraldichtungen können jeweils Anlaufscheiben umfassen, die zwischen der jeweiligen Spiralnut 19 und dem Verdrängerspiralboden 39 bzw. dem Gegenspiralboden 29 angeordnet sind.

Um die erste Verdrängerspirale 31 in der orbitierenden Bewegung zu führen, sind im Verdrängerspiralboden 39 mehrere Führungsringe 37 angeordnet. Die Führungsringe 37 nehmen Führungsstifte 25 auf, die in dem ersten Lagergehäuse 23 fixiert sind. Jeder Führungsstift 25 umfasst einen Verankerungsabschnitt 25a, der in einer entsprechenden Bohrung des ersten Lagergehäuses 23 gehalten ist. Ein Führungsabschnitt 25b des Führungsstifts 25 greift in den Führungsring 37 ein. Zwischen dem Führungsabschnitt 25b und dem Verankerungsabschnitt 25a ist ein Absatz 25c gebildet. Der Absatz 25c ist insbesondere dadurch gebildet, dass der Führungsabschnitt 25b einen kleineren Durchmesser als der Verankerungsabschnitt 25a hat.

Der Verankerungsabschnitt 25a ist vorzugsweise nicht vollständig in die entsprechende Bohrung des ersten Lagergehäuses 23 versenkt. Vielmehr steht der Absatz 25c des Verankerungsabschnitts 25a über das erste Lagergehäuse 23 vor. Der Führungsring 37 liegt auf dem Absatz 25c auf. Da der Absatz 25c über das erste Lagergehäuse 23 vorsteht, ist ein Abstand zwischen dem Führungsring 37 und einer Gleitplatte 26 gebildet, die im ersten Lagergehäuse 23 fixiert ist. So kann Öl, das das Antriebssegment 1 schmiert, zwischen dem Führungsring 37 und der Gleitplatte 26 hindurchfließen und so die Gleitplatte 26 schmieren. Die Gleitplatte 26 ist vorzugsweise ringförmig ausgebildet und umfasst Durchgangsbohrungen, durch welche sich die Führungsstifte 25 hindurch erstrecken können. Auf einer dem ersten Lagergehäuse 23 zugewandten Seite kann die Gleitplatte 26 mit einer Ringdichtung 27 abgedichtet sein. Die Ringdichtung 27 ist dabei in einer umlaufenden Nut im ersten Lagergehäuse 23 angeordnet.

Auf der Gleitplatte 26 liegt die erste Verdrängerspirale 31 mit einem Gleitelement 36 auf. Konkret ist radial innerhalb der Führungsstifte 25 ein Gleitelement 36 in Form eines Gleitrings vorgesehen, der in einer Nut im Verdrängerspiralboden 29 angeordnet ist. Das Gleitelement 36 kann über den Verdrängerspiralboden 39 leicht vorstehen, so dass im Wesentlichen nur das Gleitelement 36 auf der Gleitplatte 26 gleitet. Der Verdrängerspiralboden 39 weist somit einen Abstand zur Gleitplatte 26 auf. Das Gleitelement 36 dient vorzugsweise auch als Axiallager für die erste Verdrängerspirale 31. Das Gleitelement 36 ist dabei flüssigkeitsgeschmiert, vorzugsweise ölgeschmiert. Generell können auch die Wellenlager 15 ölgeschmiert sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die Wellenlager 15 fettgeschmiert sind.

Um zu vermeiden, dass Öl aus dem Antriebssegment 1 in das erste Verdichtersegment 2 gelangt, ist ein Abdichtsystem vorgesehen. Das Abdichtsystem umfasst ein Dichtungselement 33 und ein Abstreifelement 34. Das Dichtungselement 33 und das Abstreifelement 34 sind jeweils ringförmig ausgebildet und in entsprechenden ringförmigen Nuten in der ersten Verdrängerspirale 31 befestigt. Wie in Fig. 2 erkennbar ist, ist in den Ringnuten, die das Abstreifelement 34 bzw. das Dichtungselement 33 halten, jeweils ein Vorspannelement 35 angeordnet. Das Vorspannelement 35 ist zwischen dem Dichtungselement 33 bzw. dem Abstreifelement 34 und einem Nutboden der jeweiligen Nut im Verdrängerspiralboden 39 angeordnet und drängt das Dichtungselement 33 bzw. das Abstreifelement 34 gegen die Gleitplatte 25. Dabei dient das Abstreifelement 34 dazu, Öl, das sich auf der Gleitplatte 26 sammelt, abzustreifen. Das Dichtungselement 33 verhindert, dass ggf. nicht-abgestreiftes Öl in den druckluftdurchfluteten Bereich, insbesondere die Verdichtungskammer 30, gelangt. Fig. 3 zeigt eine Vorderansicht auf den Scrollverdichter, insbesondere den zweiten Abschlussdeckel 6. Der erste Abschlussdeckel 5 ist vorzugswese identisch ausgebildet, so dass sich Fertigungskosten reduzieren lassen.

Der Abschlussdeckel 5, 6 umfasst jeweils mehrere Befestigungsbohrungen 42, die über den Umfang des Abschlussdeckels 5, 6 regelmäßig verteilt angeordnet sind. Die Befestigungsbohrungen ermöglichen die Fixierung des Abschlussdeckels 5, 6 an der jeweiligen Gegenspirale 21, 22, beispielweise mittels Schrauben.

Ferner weist jeder Abschlussdeckel 5, 6 einen Lufteinlass 7 und eine Luftauslass 8 auf. Der Lufteinlass 7 ist mit einem Eingangsbereich der Verdichtungskammer 30 verbunden. Der Luftauslass 8 ist mit einem Auslassbereich der Verdichtungskammer 30 verbunden. Um eine Wasserkühlung des Scrollverdichters zu ermöglichen, sind am Abschlussdeckel 5, 6 ferner Kühlanschlüsse 9 vorgesehen. Die Kühlanschlüsse 9 ermöglichen es, eine Kühlwasserpumpe anzuschließen, um innerhalb des Gehäuses 4 einen geschlossenen Kühlwasserkreislauf auszubilden.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch den Scrollverdichter entlang der Linie E-E aus Fig. 3. Der Schnitt verläuft also nicht geradlinig als Querschnitt durch den Scrollverdichter wie beispielsweise der Querschnitt gemäß Fig. 1. Wegen des besonderen Schnittverlaufs entlang der Linie E-E ist in Fig. 4 daher auch im Bereich des ersten Verdichtersegments 2 der Lufteinlass 7 erkennbar, wogegen dieser in der Querschnittdarstellung gemäß Fig. 1 nicht zu sehen ist.

Die Schnittansicht gemäß Fig. 4 soll verdeutlichen, wie die beiden Verdichterstufen bzw. Verdichtersegmente 2, 3 miteinander Zusammenwirken. So ist vorgesehen, dass das erste Verdichtersegment 2 eine Vorverdichtung der über den Lufteinlass 7 im ersten Abschlussdeckel 5 in die Verdichtungskammer 30 des ersten Verdichtersegments 2 einströmenden Luft bewirkt. Die Luft wird im ersten Verdichtersegment 2 zunächst auf einen Mittelluftdruck verdichtet und über den Luftauslass 8 im ersten Abschlussdeckel 5 an eine Druckluftleitung 40 übergeben.

Durch die Verdichtung im ersten Verdichtersegment 2 wird die Luft stark erwärmt. Um eine Überhitzung des Scrollverdichters zu vermeiden, ist zusätzlich zur Wasserkühlung über die Kühlungsanschlüsse 9 vorgesehen, dass die vorverdichtete Mitteldruckluft über einen Wärmetauscher 41 geleitet wird. In der Druckluftleitung 40 ist daher der Wärmetaucher 41 vorgesehen, der der Mitteldruckluft Wärme entzieht und an einen anderen Fluidkreislauf, der mit Gas oder Flüssigkeit gefüllt sein kann, übergibt.

Die so abgekühlte Mitteldruckluft gelangt anschließend über den Lufteinlass 7 im zweiten Abschlussdeckel 6 in die Verdichtungskammer 30 des zweiten Verdichtersegments 3. Wie in Fig. 4 erkennbar ist, weist die Verdichtungskammer 30 des zweiten Verdichtersegments 3 ein kleineres Volumen als die Verdichtungskammer 30 des ersten Verdichtersegments 2 auf, um die Mitteldruckluft weiter zu einer Hochdruckluft zu verdichten. Die Hochdruckluft verlässt das zweite Verdichtersegment 3 über den Luftauslass 8 im zweiten Abschlussdeckel 6, der vorzugsweise mit einem Druckluftbremssystem eines Lastkraftwagens verbunden ist.

Konkret kann der Scrollverdichter so ausgelegt sein, dass Luft mit einem am Lufteinlass 7 des ersten Abschlussdeckels 5 anliegenden Luftdruck von 1 bar im ersten Verdichtersegment 2 (erste Verdichterstufe) auf einen Mittelluftdruck zwischen 3,5 bar und 4 bar vorverdichtet und im zweiten Verdichtersegment 3 (zweite Verdichterstufe) auf einen Hochluftdruck von etwa 14 bar nachverdichtet wird. Die Mitteldruckluft mit einem Mittelluftdruck von 3,5 bar bis 4 bar wird vor der Zufuhr in das zweite Verdichtersegment 3 über die Druckluftleitung 40 an den Wärmetauscher 41 geleitet und dort abgekühlt, um ein Überhitzen des zweiten Verdichtersegments 3 zu vermeiden.

Bezugszeichenliste

1 Antriebssegment

2 erstes Verdichtersegment

3 zweites Verdichtersegment

4 Gehäuse

5 erster Abschlussdeckel

6 zweiter Abschlussdeckel

7 Lufteinlass

8 Luftauslass

9 Kühlungsanschluss

10 Antrieb

11 Elektromotor

12 Welle

13 erstes Wellenende

14 zweites Wellenende

15 Wellenlager

16 Exzenterstift

17 Exzenterlager

18 Spiraldichtung

19 Spiralnut

20 Antriebsgehäuse

21 erste Gegenspirale

22 zweite Gegenspirale

23 erstes Lagergehäuse

24 zweites Lagergehäuse

25 Führungsstift

25a Verankerungsabschnitt

25b Führungsabschnitt

25c Absatz

26 Gleitplatte

27 Ringdichtung

28 Gegenspiralwand

29 Gegenspiralboden

30 Verdichtungskammer

31 erste Verdrängerspirale 32 zweite Verdrängerspirale

33 Dichtungselement

34 Abstreifelement

35 Vorspannelement 36 Gleitelement

37 Führungsring

38 Verdrängerspiralwand

39 Verdrängerspiralboden

40 Druckluftleitung 41 Wärmetauscher

42 Befestigungsbohrung

Claims

ANSPRÜCHE

1. Scrollverdichter zur Erzeugung von ölfreier Druckluft, insbesondere für eine Druckluftbremsanlage eines Lastkraftwagens, mit einem Antrieb, der in einem Gehäuse (4) angeordnet und mit einer orbitierenden Verdrängerspirale (31, 32) verbunden ist, die einen Verdrängerspiralboden (39) und eine Verdrängerspiralwand (38) aufweist, wobei die Verdrängerspiralwand (38) in eine ortsfeste Gegenspirale (21, 22) eingreift, so dass zwischen der Verdrängerspirale (31, 32) und der Gegenspirale (21, 22) wenigstens eine variable Verdichtungskammer (30) gebildet wird, wobei zwischen der Verdrängerspirale (31, 32) und dem Gehäuse (4) ein Dichtungselement (33) vorgesehen ist, und wobei das Dichtungselement (33) im Verdrängerspiralboden (39) befestigt ist und gegen eine Gleitplatte (26) abdichtet, die fest mit dem Gehäuse (4) verbunden ist.

2. Scrollverdichter nach Anspruch 1, dad u rch geken nzeich net, dass die Gleitplatte (26) zumindest in einem Kontaktbereich mit dem Dichtungselement (33) ein härteres Material als das Gehäuse (4) aufweist.

3. Scrollverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dad u rch geken nzeich net, dass im Verdrängerspiralboden (39) ein Abstreifelement (34) zum Abstreifen von Ölrückständen von der Gleitplatte (26) befestigt ist.

4. Scrollverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass der Verdrängerspiralboden (39) eine Dichtungsnut zur Aufnahme des Dichtungselements (33) und/oder eine Abstreifnut zur Aufnahme des Abstreifelements (34) aufweist.

5. Scrollverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass zwischen der Verdrängerspirale (31, 32) und der Gleitplatte (26) ein Gleitelement (36) angeordnet ist.

6. Scrollverdichter nach Anspruch 5, dad u rch geken nzeich net, dass das Gleitelement (36) radial innerhalb des Dichtungselements (33) und/oder des Abstreifelements (34) angeordnet ist.

7. Scrollverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass im Gehäuse (4) Führungsstifte (25) verankert sind, die sich durch Öffnungen in der Gleitplatte (26) hindurch in Führungsringe (37) erstrecken, die im Verdrängerspiralboden (39) angeordnet sind, wobei die Führungsstifte (25) jeweils einen Absatz (25c) aufweisen, der über die Gleitplatte (26) vorsteht, so dass zwischen dem jeweiligen Führungsring (37) und der Gleitplatte (26) ein Abstand besteht.

8. Scrollverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass der Antrieb zwischen einer ersten Verdrängerspirale (31) und einer zweiten Verdrängerspirale (32) angeordnet ist.

9. Scrollverdichter nach Anspruch 8, dad u rch geken nzeich net, dass der Antrieb eine Welle (12) mit zwei Wellenenden (13, 14) aufweist, wobei ein erstes Wellenende (13) mit der ersten Verdrängerspirale (31) und ein zweites Wellenende (14) mit der zweiten Verdrängerspirale (32) verbunden ist.

10. Scrollverdichter nach Anspruch 8 oder 9, dad u rch geken nzeich net, dass die erste Verdrängerspirale (31) mit einer ersten Gegenspirale (21) eine erste Verdichterstufe und die zweite Verdrängerspirale (32) mit einer zweiten Gegenspirale (22) eine zweite Verdichterstufe bildet.

11. Scrollverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass zwischen der Verdrängerspiralwand (28) und der Gegenspirale (21, 22) sowie zwischen der Gegenspiralwand (28) und der Verdrängerspirale (31, 19

32) jeweils eine Spiraldichtung (18) vorgesehen ist. Scrollverdichter nach Anspruch 11, dad u rch geken nzeich net, dass eine erste Spiraldichtung (18) in einer Spiralnut (19) der Verdrängerspiralwand (38) angeordnet ist, die zur Gegenspirale (21, 22) hin offen ist, und eine zweite Spiraldichtung (18) in einer Spiralnut (19) der Gegenspiralwand (28) angeordnet ist, die zur Verdrängerspirale (31, 32) hin offen ist. Scrollverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass der Antrieb und/oder das Gehäuse (4) und/oder die Gegenspirale (21, 22) wassergekühlt sind/ist. Druckluftbremsanlage, insbesondere eines Lastkraftwagens, mit einem Scrollverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche.