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Dokumentenidentifikation DE10031140A1 17.01.2002
Titel Spiralverdichter und Verwendung eines Spiralverdichters
Anmelder Knorr-Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH, 80809 München, DE
Erfinder Holzapfel, Christian, 85101 Lenting, DE
DE-Anmeldedatum 27.06.2000
DE-Aktenzeichen 10031140
Offenlegungstag 17.01.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 17.01.2002
IPC-Hauptklasse F04C 18/04
IPC-Nebenklasse F04C 27/00   F04C 29/00   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen Spiralverdichter (4), insbesondere einen ölfreien Spiralverdichter mit wenigstens zwei, in einem Gehäuse (5) angeordneten und ineinandergreifenden Spiralen (6, 7) - eine erste Spirale (6) und eine zweite Spirale (7) - zur Bildung von Verdichtungsräumen (18) für ein Medium, insbesondere Luft. Es sind Mittel (25) zur Führung des verdichteten und eine hohe Temperatur aufweisenden Mediums aus einem Verdichtungsendbereich (21) der Spiralen (6, 7) von einer im Betrieb des Spiralverdichters rotierenden Spirale (7) in eine nicht drehbare Einrichtung (52) vorgesehen. Erfindungsgemäß wird zwischen einem nicht rotierenden Element und einem rotierenden Element der Mittel (25) zur Führung des verdichteten und eine hohe Temperatur aufweisenden Mediums aus einem Verdichtungsendbereich (21) der Spiralen (6, 7) von einer rotierenden Spirale (7) in eine nicht drehbare Einrichtung (52) eine berührungsfreie Dichtung (33) in Form einer Labyrinthdichtung (34) vorgesehen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Spiralverdichter, insbesondere einen ölfreien Spiralverdichter, im einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruches 1; ferner eine Verwendung eines Spiralverdichters.

Spiralverdichter, insbesondere ölfreie Spiralverdichter für den Einsatz zur Drucklufterzeugung in Schienenfahrzeugen, sind beispielsweise aus den nachfolgend genannten Druckschriften bekannt:

  • 1. DE 195 28 070 A1
  • 2. DE 195 28 071 A1
  • 3. DE 196 04 447 A1

Unterschieden wird dabei zwischen Spiralverdichtern mit einseitiger und zweiseitiger Spiralanordnung. Bei den Spiralverdichtern mit einseitiger Spiralanordnung wird zwischen einer Bauweise mit einer feststehenden und einer orbitierenden Spirale oder zwei rotierenden Spiralen unterschieden. Dabei umfassen diese Spiralverdichter wenigstens zwei, in einem Gehäuse angeordnete und ineinandergreifende Spiralen. Beim Ineinandergreifen bzw. Ineinanderlaufen der Spiralen ergeben sich Verdichtungsräume, welche durch die orbitierende Relativbewegung derart vom Außenbereich der Spiralen zum zentralen Bereich der Spiralen verändert werden kann, das eine zunehmende Verdichtung des in den Verdichtungsräumen vorliegenden Mediums beziehungsweise kompressiblen Fluids auftritt. Das Medium beziehungsweise Fluid, insbesondere Luftgemisch, wird dabei durch einen Ansaugkanal in das Gehäuse angesaugt und dem äußeren Verdichtungsraum der beiden Spiralen zugeführt. Die im Zuge der rotierenden Bewegung der Spiralen verdichtete und eine hohe Temperatur aufweisende Luft wird schließlich durch einen Austritt im Bereich des Zentrums einer der Spiralen abgeführt. Bei einer Bauweise eines Spiralverdichters mit einer feststehenden und einer bewegten Spirale erfolgt der Austritt des verdichteten Mediums vorzugsweise im Bereich des Zentrums der feststehenden Spirale.

Bei einer Bauweise mit zwei rotierenden Spiralen wird der Luftaustritt vorzugsweise im Bereich des Zentrums der von der angetriebenen Spirale mitgeschleppten Spirale vorgesehen. Bei dieser Ausführung sind Mittel zur Führung der heißen verdichteten Luft aus dem Verdichtungsendbereich und zur Überleitung an eine ortsfeste, d. h. nicht rotierende Einrichtung, beispielsweise in Form eines Druckstutzens vorgesehen. Die Mittel umfassen dabei wenigstens einen Mediumführungskanal, bzw. bei Luft Lüftungskanal, welcher von wenigstens einem, mit dem Druckstutzen verbundenen und nicht drehbaren Element und einem weiteren zweiten Element, welches mit der mitgeschleppten Spirale im Bereich des Verdichtungsendbereiches drehfest verbindbar ist, gebildet wird. Als drehfest mit der Spirale gekoppeltes Element wird in der Regel ein Lüftungsrohr eingesetzt, welches in axialer Richtung ein Führungselement, das mit dem stillstehenden Druckstutzen verbunden ist, wenigstens über einen Teil von dessen axialer Erstreckung in Umfangsrichtung umschließt. Die Gesamtheit der Elemente bildet eine Drehdurchführung.

Ölfreie Spiralverdichter mit großen Verdichtungsverhältnissen erreichen dabei sehr hohe Verdichtungsendtemperaturen. Aufgrund der hohen Temperaturen und Gleitgeschwindigkeiten sowie der Abwesenheit eines Schmiermittels gestaltet sich die Abdichtung der Schnittstelle in der Drehdurchführung zwischen dem drehenden Element, d. h. dem Lüftungsrohr, und dem stillstehenden Element, d. h. dem Führungselement, der Mittel zur Abfuhr der verdichteten und eine hohe Temperatur aufweisenden Luft problematisch. Zur Lösung dieses Problems werden bisher trockenlaufende Gleitringe, die gleichzeitig als Dichtung fungieren, zwischen dem drehenden und dem stillstehenden Teil, d. h. dem Lüftungsrohr und dem Führungselement im Umschließungsbereich vorgesehen. Derartig gestaltete Verdichter weisen jedoch keine hohe Zuverlässigkeit auf, insbesondere ist oftmals bereits nach einem Teil der eigentlich vorgegebenen Betriebsdauer eine sichere Betriebsweise nicht mehr gewährleistet und das Dichtigkeitsergebnis, beeinträchtigt durch Leckage, läßt zu wünschen übrig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Spiralverdichter der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß dieser bei hohen Temperaturen und hohen Medium- insbesondere Luft- bzw. Luftgemischdurchsatz einen sicheren Betrieb über die gesamte zugesicherte Betriebsdauer gewährleistet. Die erfindungsgemäße Lösung soll sich dabei durch einen geringen konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand auszeichnen.

Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben. Eine vorteilhafte Anwendung ist in Anspruch 13 beschrieben.

Ein Spiralverdichter, insbesondere ein ölfreier Spiralverdichter, für die Drucklufterzeugung in Schienenfahrzeugen, umfaßt wenigstens zwei in einem Gehäuse angeordnete und ineinandergreifende Spiralen, bei welchen angesaugtes Medium, in der Regel Luft, von einem äußeren Verdichtungsraum den beiden Spiralen zugeführt wird, welches im Zuge der orbitierenden Relativbewegungen der Spiralen verdichtet und über wenigstens einen Austritt im Verdichtungsendbereich wenigstens einer der beiden Spiralen abgeführt wird. Es sind Mittel zur Führung des verdichteten und eine hohe Temperatur aufweisenden Mediums, insbesondere der Luft, vom Austritt zu einer feststehenden, das verdichtete und eine hohe Temperatur aufweisende Medium aufnehmenden Einrichtung, insbesondere in Form eines Druckstutzens, vorgesehen. Erfindungsgemäß ist zwischen einem nicht rotierenden Element und einem rotierenden Element der Mittel zur Führung des verdichteten und eine hohe Temperatur aufweisenden Mediums eine berührungsfreie Dichtung vorgesehen.

Der Erfinder hat erkannt, daß eine wesentliche Ursache für die bei entsprechend dem Stand der Technik ausgeführten Spiralverdichtern auftretenden Probleme, insbesondere der unbefriedigenden Dichtungsstandzeit der erheblichen Verschleiß unterworfenen Gleitringdichtung zwischen dem rotierenden und nicht rotierenden Element der Mittel zur Führung des verdichteten und eine hohe Temperatur aufweisenden Mediums geschuldet ist.

Die Mittel zur Führung des verdichteten und eine hohe Temperatur aufweisenden Mediums können vielgestaltig ausgeführt sein. Im einfachsten Fall umfassen diese wenigstens einen Mediumführungskanal, welcher zwischen der, das verdichtete und eine hohe Temperatur aufweisende Medium, insbesondere Luft, aufnehmenden Einrichtung, und dem Austritt aus dem Spiralverdichter im Verdichtungsendbereich angeordnet ist. Der Mediumführungskanal wird dabei in ein einer bevorzugten Ausführung von einem drehfest mit dem Austritt der rotierenden Spirale verbundenen Element und einem nicht drehbaren und mit der Einrichtung zur Aufnahme des verdichteten Mediums, insbesondere Luft, verbundenen Element gebildet, wobei die beiden Elemente sich wenigstens über einen auch als Umschließungsbereich bezeichneten Teilbereich ihrer axialen Erstreckung einander in Umfangsrichtung umschließen und eine Drehdurchführung bilden, sowie im Bereich des Umschließungsbereiches wenigstens eine erfindungsgemäße Dichtungsanordnung vorgesehen ist.

Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil, daß während des Betriebes des Spiralverdichters bei Rotation der Spiralen keine Berührung zwischen der bewegten und ruhenden Dichtfläche, die beispielsweise entsprechend der oben genannten bevorzugten Ausführung jeweils vom Außenumfang des ruhenden Bauelementes beziehungsweise dem Innenumfang des rotierenden Bauelementes oder dem Innenumfang des ruhenden Elementes und dem Außenumfang des rotierenden Elementes gebildet werden, stattfindet und eine Spaltweite bestimmter Größe eingehalten wird. Die Dichtung arbeitet dadurch verschleißfrei.

Vorzugsweise findet dabei eine sogenannte Strömungs- oder Drosseldichtung Verwendung, bei welcher das abzudichtende Druckgefälle mittels Reibung und/oder Verwirblung abgebaut wird. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird dabei eine Labyrinthdichtung verwendet, welche dadurch charakterisiert ist, daß nach restloser Verwirbelung kein Strömungsfaden, auch nicht mit verminderter Geschwindigkeit, in die nächste Drosselstelle eintreten kann. Notwendige Voraussetzung dafür ist jedoch das kammerartige Ineinandergreifen der Dichtflächen. Bezüglich der Anordnung der Drosselstellen ist diese Lösung an keine konkrete Ausführung gebunden. Je nach Anordnung der Drosselstellen und des zur Verfügung stehenden Bauraumes für die Mittel zur Führung des verdichteten und eine hohe Temperatur aufweisenden Mediums vom Verdichtungsendbereich zu einer nicht drehbaren Einrichtung, insbesondere dem Druckstutzen, können dabei

  • - axiale und
  • - radiale Labyrinthe
unterschieden werden. Eine Kombination aus beiden Arten ist ebenfalls denkbar. In einer besonders vorteilhaften wenig Bauraum beanspruchenden Ausführung ist die Labyrinthdichtung zwischen Drehdurchführung und Mediumführungsrohr jedoch mit axialem Labyrinth ausgeführt. Dieses erstreckt sich über wenigstens einen Teilbereich des Umschließungsbereiches, vorzgsweise über den gesamten Umschließungsbereich zwischen Drehdurchführung und Mediumführungsrohr.

Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die bei den Labyrinthdichtungen immer vorhandene Leckage durch das Vorsehen einer entsprechend hohen Anzahl an Drosselstellen, das heißt Eindrehungen auf ein minimales beziehungsweise vertretbares Maß reduziert werden. Dies ist abhängig von der Länge des Ineinandergreifens von feststehendem und drehendem Element, insbesondere Lüftungsrohr und dem mit dem Druckstutzen verbundenen Führungselement und der Anordnung der einzelnen Drosselstellen in diesem Teilbereich. Vorzugsweise wird dabei der gesamte Teilbereich mit entsprechenden Drosselstellen versehen. Durch die Verlegung der Dichtung in das Innere der mit der Spirale gekoppelten Welle steht dafür ausreichend axialer Bauraum zur Verfügung, welcher nicht für andere Elemente bereitgestellt werden muß.

Die die berührungsfreie Dichtung bildenden Elemente - Führungselement und Luftführungsrohr - sind wenigstens im Dichtungsbereich vorzugsweise mit Werkstoffen beschichtet oder generell aus Werkstoffen gefertigt, die die Bildung von Werkstoffpaarungen mit geringer Freßneigung beispielsweise Stahl/Bronze, Grauguß/Stahl, Stahl/Aluminium ermöglichen.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß diese Art der Dichtung Wärmedehnungen in axialer Richtung, die sich aufgrund der Führung des verdichteten und eine hohe Temperatur aufweisenden Mediums, insbesondere Luft, im Mediumführungskanal ergeben, problemlos kompensieren kann. Die Leckage-Luft kann dabei über entsprechende Bohrungen in den Gehäuseanschlußelementen abgeleitet werden.

Die erfindungsgemäße Lösung findet vorzugsweise in Spiralverdichtern mit zwei rotierenden Spiralen, einer ersten angetriebenen Spirale und einer zweiten mitgeschleppten Spirale Anwendung, wobei die Mittel zur Führung des verdichteten und eine hohe Temperatur aufweisenden Mediums, insbesondere Luft, der mitgeschleppten zweiten Spirale zugeordnet sind. Denkbar sind jedoch auch Ausführungen, bei welchem der Antrieb der ersten Spirale über eine Hohlwelle, beispielsweise über ein, mit der Antriebsmaschine und der Hohlwelle gekoppeltes Zugmittelgetriebe erfolgt und die Mittel zur Führung des verdichteten und eine hohe Temperatur aufweisenden Mediums der ersten Spirale zugeordnet sind. Die zweite Spirale kann dann ebenfalls mitgeschleppt werden. Diese Lösung ist für Anwendungsfälle geeignet, welche durch eine ungünstige geometrische Zuordnung der einzelnen Elemente Antriebsmaschine, Spiralverdichter, Druckstutzen und minimalen zur Verfügung stehenden Bauraum charakterisiert sind.

Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Fig. 1 verdeutlicht in einer Schnittdarstellung anhand eines Ausschnittes aus einer Ansicht eines mit einer Antriebsmaschine gekoppelten Verdichters den Grundaufbau, die Funktionsweise und Anordnung eines erfindungsgemäß gestalteten Spiralverdichters mit Labyrinthdichtung;

Fig. 2 verdeutlicht eine Einzelheit gemäß Fig. 1 in vergrößerter Darstellung.

Die Fig. 1 verdeutlicht anhand eines Ausschnittes aus einem Antriebsstrang 1 eine erfindungsgemäße Ausführung eines einer nicht dargestellten Antriebsmaschine zugeordneten Kompressors 3 in Form eines Spiralverdichters 4. Der Spiralverdichter 4 dient dabei der Drucklufterzeugung und umfaßt wenigstens zwei, in einem Gehäuse 5 angeordnete und ineinandergreifende Spiralen - eine erste Spirale 6 und eine zweite Spirale 7. Die erste Spirale 6 wird dabei auch als angetriebene Spirale bezeichnet. Diese ist mit der Antriebsmaschine wenigstens mittelbar drehfest verbunden. Die zweite Spirale 7 wird auch als mitgeschleppte Spirale bezeichnet. Diese ist mit einer Welle 8 verbunden, und stützt sich über eine Lageranordnung 9 an einem ortsfesten Bauelement oder beispielsweise dem Lagergehäuse 10 ab. Im dargestellten Fall sind die Welle 8 und die zweite Spirale 7 miteinander drehfest verbunden, wobei die Welle 8 und die zweite Spirale 7 eine Baueinheit 11 bilden. Denkbar ist es auch, die Welle 8 und die zweite Spirale 7 einteilig auszuführen. Die Abstützung über die Lageranordnung 9 erfolgt im dargestellten Fall über zwei Wälzlager 12 und 13. Andere Ausführungen sind denkbar.

Der zweiten Spirale 7 und der ersten Spirale 6 sind des weiteren Kühlrippen 14 beziehungsweise 15 zugeordnet, wobei diese in radialer Richtung bezogen auf die Antriebsachse A der ersten Spirale 6, das heißt der angetriebenen Spirale bzw. zweiten Spirale, ausgerichtet sind. Dabei wird bei Rotation der Spirale 6 beziehungsweise der durch Mitnahme erzeugten Bewegung der Spirale 7 Umgebungsluft durch die Kühlrippen 15 an der Spirale 7 beziehungsweise 14 an der Spirale 6 gesaugt.

Im Betrieb orbitiert die mitgenommene bzw. mitgeschleppte Spirale 7 relativ zur angetriebenen Spirale 6. Da die Spiralen 6 und 7 ineinanderlaufen, ergeben sich zwischen diesen Verdichtungsräume 18, welche durch die orbitierende Relativbewegung derart von einem Außenbereich 16a beziehungsweise 16b der Spiralen 6 und 7 zu einem zentralen Bereich 17a beziehungsweise 17b der Spiralen 6 und 7 verändert werden, das eine zunehmende Verdichtung des in den Verdichtungsräumen 18 vorliegenden Mediums, in der Regel Gas, insbesondere Luft, auftritt. Das Medium, insbesondere die Luft wird dabei durch einen Ansaugkanal 19 in das Gehäuse 5 angesaugt, im dargestellten Fall über die als Hohlwelle ausgeführte Antriebswelle 2 der angetriebenen Spirale 6, und dann einem äußeren Verdichtungsraum 20 zwischen den Spiralen 6 und 7 zugeführt, welcher im Außenbereich 16a bzw. 16b der Spiralen 6 und 7 angeordnet ist. Das im Zuge der orbitierenden Bewegung der Spiralen 6 und 7 verdichtete Medium, insbesondere die Luft wird in Richtung des zentralen Bereiches 17a bzw. 17b der beiden Spiralen 6 und 7, welcher auch als Verdichtungsendbereich 21 bezeichnet wird, geleitet und schließlich durch einen Austritt 22 im Verdichtungsendbereich 21 der beiden Spiralen 6 und 7 abgeführt. Der Austritt 22 ist dabei vorzugsweise an der mitgeschleppten Spirale, d. h. der zweiten Spirale 7 vorgesehen. Die für diesen Vorgang erforderliche Relativbewegung der Spiralen 6 und 7 wird durch einen Antriebsmechanismus 23, welcher die Antriebsmaschine und Mittel 24 zur Kopplung der Antriebsmaschine 2 mit der angetriebenen Spirale 6 mit einer Antriebsquelle umfaßt, realisiert.

Zur Abfuhr des verdichteten und eine hohe Temperatur aufweisenden Mediums, insbesondere der Luft, sind Mittel 25 zur Führung des verdichteten und eine hohe Temperatur aufweisenden Mediums, insbesondere der Luft, vom Austritt 22 zu einer nicht drehbaren Einrichtung 52, welche vorzugsweise als nicht drehbarer und ortsfester Druckstutzen 26 ausgebildet ist, vorgesehen. Diese sind in Fig. 2 anhand eines Ausschnittes aus Fig. 1 noch einmal in vergrößerter Darstellung wiedergegeben. Die Mittel umfassen wenigstens einen Mediumführungskanal 27, welcher im einfachsten Fall vorzugsweise von den Innenkonturen 44 und 45 eines drehfest mit der mitgeschleppten Spirale 7 gekoppelten Elementes 28 und eines mit dem Druckstutzen 26 verbundenen, nicht drehbaren Elementes 29, welches auch als Führungselement bezeichnet wird, gebildet wird. Dabei greifen beide Elemente 28 und 29 über einen Teil ihrer Erstreckung in axialer Richtung ineinander, indem eines der beiden Elemente 28 oder 29 das jeweils andere Elemente 29 oder 28 in Umfangsrichtung auf einem Teil seiner axialen Erstreckung umschließt. Dieser Bereich wird auch als Umschließungsbereich 30 bezeichnet. Vorzugsweise weist der Mediumführungskanal 27 einen kreisförmigem Querschnitt auf, so daß dieser beispielsweise durch das Vorsehen jeweils einer Bohrung in den einzelnen Elementen 28 und 29 oder deren zylindrische Ausgestaltung gebildet wird. Das drehfest mit der Spirale 7 gekoppelte Element 28 ist dabei als Mediumführungsrohr 31, insbesondere Lüftungsrohr ausgebildet, während das mit dem Druckstutzen 26 verbundene und nicht drehbare Element 29 als ortsfestes Führungselement ausgeführt ist und beide Bestandteil einer Drehdurchführung 32 sind. Beide Elemente 28 und 29 sind dabei innerhalb der Welle 8 der zweiten Spirale 7 angeordnet. Erfindungsgemäß ist im Umschließungsbereich 30 zwischen dem Mediumführungsrohr 31 und dem Führungselement 29 eine berührungsfreie Dichtung 33 vorgesehen. Diese weist zwei Dichtflächen - eine erste Dichtfläche 35 und eine zweite Dichtfläche 36 - auf. Die erste Dichtfläche 35 wird dabei von einer Teilfläche 37 der Außenfläche 38 des Führungselementes 29 gebildet. Diese Teilfläche erstreckt sich dabei vorzugsweise über einen Großteil der Außenfläche 38 des Führungselementes 29 im Eingriffsbereich 30. Die zweite Dichtfläche 36 wird in Analogie dazu von einer Teilfläche 39 der Innenfläche 40 des Mediumführungsrohres 31 gebildet, wobei diese Teilfläche ebenfalls sich über einen Großteil des Umschließungsbereiches 30 erstreckt. Die erste Dichtfläche 35 wird dabei auch als ruhende Dichtfläche bezeichnet, während die zweite Dichtfläche 36 die bewegte Dichtfläche darstellt. Zwischen beiden Dichtflächen - erster Dichtfläche 35 und zweiter Dichtfläche 36 - ist eine Spaltweite bestimmter Größe a eingestellt. Entsprechend der Art der gewählten Dichtung werden entsprechende Drosselstellen vorgesehen, was eine bestimmte Gestaltung der beiden Dichtflächen 35 und 36 voraussetzt. Vorzugsweise ist die berührungsfreie Dichtung 33 in Form einer Labyrinthdichtung - in diesem Fall als axiale Labyrinthdichtung - ausgeführt. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Labyrinthdichtung 34 in Form einer Labyrinthspaltdichtung auszuführen. Die Labyrinthdichtung 34 ist dabei dadurch charakterisiert, daß nach restloser Verwirbelung kein Strömungsfaden, auch nicht mit verminderter Geschwindigkeit, in die nächste Drosselstelle eintreten kann. Als wesentliche Voraussetzung dafür wird das kammerartige Ineinandergreifen der einzelnen Dichtflächen, hier der Dichtflächen 35 und 36 genannt. Dieses Ineinandergreifen wird durch das Vorsehen entsprechend zueinander komplementärer unter Beibehaltung eines Spaltes a geringer Größe ausgebildeter Eindrehungen 46 und 47 an den zueinander weisenden Flächen im Umschließungsbereich 30 von Führungselement 29 und Mediumführungsrohr 31 realisiert. Die Geometrie der Eindrehungen an den beiden Dichtflächen - erster Dichtfläche 35 und/oder zweiter Dichtfläche 36 bestimmt dabei den Durchflußwiderstand und den Charakter der berührungsfreien Dichtung 33. Je nach dem Anteil der verbleibenden Spaltfläche ist das Verhalten der so entstehenden Dichtung mehr spalt- oder mehr labyrinthähnlich.

Die bei Labyrinthdichtungen immer vorhandene Leckage wird dabei durch die Verwendung entsprechend vieler Drosselstellen, welche durch die Eindrehungen geschaffen werden, auf ein vertretbares Maß reduziert werden. Entscheidend ist dabei insbesondere die Länge der Dichtflächen 35 und 36 in axialer Richtung und die Anzahl der in diesem Dichtbereich in axialer Richtung vorgesehenen Drosselstellen.

Bezüglich der Anordnung und Gestaltung der Drosselstellen bestehen eine Vielzahl von Möglichkeiten, diese sind jedoch vorzugsweise mit gleichem Abstand in axialer Richtung in Umfangsrichtung ausgerichtet.

Es besteht theoretisch auch die hier nicht dargestellte Möglichkeit, die Funktion von erster und zweiter Dichtfläche 35 und 36 zu vertauschen. Dies wird dadurch realisiert, wenn das Ineinandergreifen von Mediumführungsrohr 31 und Führungselement 29 derart realisiert wird, daß das Mediumführungsrohr in das Führungselement 29 eingreift. Dies ist jedoch abhängig von der Ausgestaltung, insbesondere den Außenabmessungen von Mediumführungsrohr 31, insbesondere Lüftungsrohr und Führungselement 29.

Die Mittel 25 zur Führung der Luft vom Luftaustritt 21 im Verdichtungsendbereich 22 zum Druckstutzen 26 sind im wesentlichen in der Spirale 7, insbesondere der mit dieser drehfest verbundenen Welle 8 angeordnet, wobei diese Welle in einem Lagergehäuse 10 über die Lageranordnung 9 gelagert ist. Das Lagergehäuse 10 wird durch den Druckstutzen 26 beziehungsweise dessen Ausgestaltung abgeschlossen. Somit wird quasi ein Lagergehäuse-Innenraum 41 geschaffen, in den die Leckage- Luft entweichen kann. Diese kann durch entsprechende Verbindungskanäle zwischen dem Lagergehäuse-Innenraum 41 und der Umgebung 42, welche in den Druckstutzen 26 eingearbeitet werden, abgeführt werden. Diese Verbindungskanäle sind hier mit 43 bezeichnet. Vorzugsweise werden die Verbindungskanäle dabei durch Durchgangsbohrungen realisiert. Unter einem weiteren Aspekt werden dazu die bei Vorsehen entsprechender Mittel 48 zur Führung wenigstens eines Frischluftstromes in axialer Richtung betrachtet räumlicher Nähe zum Innenumfang 49 der Lageranordnung 9, d. h. des Innenumfanges der die innere Lauffläche der einzelnen Lager bildenden Elemente, ohnehin vorhanden Verbindungskanäle zwischen dem Lagergehäuse-Innenraum 41 und der Umgebung 42 genutzt. Zur Gewährleistung dieser zusätzlichen Kühlfunktion ist dabei ein Kühlkanal 50 in der Welle 8 angeordnet. Entsprechend der Ausgestaltung der Welle 8 bestehen für die Ausführung des Kühlkanals 50 eine Mehrzahl von Möglichkeiten. Denkbar ist die Einarbeitung einer Vielzahl von Kühlkanälen 50 in der Welle 8 in radialer Richtung betrachtet im Bereich der Oberfläche 51, das heißt des Außenumfanges der Welle 8, welche sich in axialer Richtung erstrecken. Der Kühlkanal 50 beziehungsweise die Kühlkanäle sind dann derart anzuordnen, daß zwischen den, die inneren Laufflächen der einzelnen Lager - dem Wälzlager 12 und dem Wälzlager 13 - bildenden Element und dem Kühlkanal 50 lediglich eine Wand 53 geringer Stärke verbleibt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Welle 8 als Hohlwelle auszuführen, wobei die Wandstärke d der Hohlwelle möglichst gering gehalten wird und den Frischluftstrom am Innenumfang der Hohlwelle entlangzuführen. Die Mittel 48 zur Führung wenigstens eines Frischluftstromes in axialer Richtung bezogen auf die Lagerachse A der Spirale 7 in räumlicher Nähe zum Innenumfang 49 der Lageranordnung 9 zur wenigstens indirekten Kühlung der Lageranordnung 9 umfassen des weiteren zur Realisierung der Ansaugwirkung von Frischluft in den Kühlkanal 21 Mittel 54 zur Verbindung des Kühlkanales 50 mit den an der Spirale 7 angeordneten Kühlrippen 18. Die Mittel 54 umfassen dazu Verbindungskanäle zwischen dem Kühlkanal 50 und den Zwichenräumen zwischen den Kühlrippen 18, welche sich durch die Welle 8 erstrecken. Entsprechend des gewünschten Ansaugeffektes der Frischluft sind dabei eine Mehrzahl von Verbindungskanälen vorgesehen, die vorzugsweise in Umfangsrichtung betrachtet in gleichmäßigen Abständen zueinander angeordnet sind. Die Querschnitte bzw. deren Summe der Verbindungskanäle und des Kühlkanales 50 sind dabei derart aufeinander abgestimmt, daß eine optimale Kühlung im Hauptbetriebsbereich des Spiralverdichters 4 gewährleistet ist. Bezugszeichenliste 1 Antriebsstrang

2 Antriebswelle

3 Kompressor

4 Spiralverdichter

5 Gehäuse

6 erste Spirale

7 zweite Spirale

8 Welle

9 Lageranordnung

10 Lagergehäuse

11 Baueinheit

12 Wälzlager

12a, 13a Innenring

12b, 13b Außenring

13 Wälzlager

14 Kühlrippen

15 Kühlrippen

16a, 16b Außenbereich der Spiralen 6 und 7

17a, 17b zentraler Bereich der Spiralen 6 und 7

18 Verdichtungsräume

19 Ansaugkanal

20 äußerer Verdichtungsraum

21 Verdichtungsendbereich

22 Austritt

23 Antriebsmechanismus

24 Mittel zur Kopplung der angetriebenen Spirale mit einer Antriebsquelle

25 Mittel zur Führung des verdichteten und eine hohe Temperatur aufweisenden Mediums, insbesondere Luft aus dem Verdichtungsendbereich zu einem nicht drehbaren Element

26 Druckstutzen

27 Mediumführungskanal

28 mit der Spirale 7 drehfest verbundenes Element

29 mit dem Druckstutzen verbindbares und nicht drehbares Element; Führungselement

30 Umschließungsbereich

31 Mediumführungsrohr

32 Drehdurchführung

33 berührungsfreie Dichtung

34 Labyrinthdichtung

35 erste Dichtfläche

36 zweite Dichtfläche

37 Teilfläche

38 Außenfläche

39 Teilfläche

40 Innenfläche

41 Lagergehäuse-Innenraum

42 Umgebung

43 Verbindungskanal

44 Innenkontur des Medimführungsrohres

45 Innenkontur der Drehdurchführung

46 Eindrehungen

47 Eindrehungen

48 Mittel zur Führung wenigstens eines Frischluftstromes in radialer Richtung betrachtet in räumlicher Nähe zum Innenumfang der Lageranordnung 9

49 Innenumfang der Lageranordnung 9

50 Kühlkanal

51 Oberfläche der Welle 8

52 nicht drehbare Einrichtung

a Spaltweite

A Spiralachse


Anspruch[de]
  1. 1. Spiralverdichter (4), insbesondere ölfreier Spiralverdichter;
    1. 1. 1.1 mit wenigstens zwei, in einem Gehäuse (5) angeordneten und ineinandergreifenden Spiralen (6, 7) - eine erste Spirale (6) und eine zweite Spirale (7) - zur Bildung von Verdichtungsräumen (18) für ein Medium, insbesondere Luft;
    2. 2. 1.2 mit Mitteln (25) zur Führung des verdichteten und eine hohe Temperatur aufweisenden Mediums aus einem Verdichtungsendbereich (21) der Spiralen (6, 7) von einer im Betrieb des Spiralverdichters rotierenden Spirale (7) in eine nicht drehbare Einrichtung (52);
    gekennzeichnet durch das folgende Merkmal:
    1. 1. 1.3 zwischen einem nicht rotierenden Element und einem rotierenden Element der Mittel (25) zur Führung des verdichteten und eine hohe Temperatur aufweisenden Mediums aus einem Verdichtungsendbereich (21) der Spiralen (6, 7) von einer rotierenden Spirale (7) in eine nicht drehbare Einrichtung (52) ist eine berührungsfreie Dichtung (33) vorgesehen.
  2. 2. Spiralverdichter (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die berührungsfreie Dichtung (33) als Labyrinthdichtung (34) ausgeführt ist.
  3. 3. Spiralverdichter (4) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
    1. 1. 3.1 die nicht drehbare Einrichtung (52) wird von einem Druckstutzen (26) gebildet;
    2. 2. 3.2 das rotierende Element der Mittel (25) zur Führung des verdichteten und eine hohe Temperatur aufweisenden Mediums aus dem Verdichtungsendbereich (21) der Spiralen (6, 7) von der rotierenden Spirale (7) in eine nicht drehbare Einrichtung (52) wird von einem, wenigstens mittelbar drehfest mit der rotierenden Spirale (7) verbundenen Mediumführungsrohr (31) gebildet;
    3. 3. 3.3 das nicht rotierende Element (29) der Mittel (25) zur Führung des verdichteten und eine hohe Temperatur aufweisenden Mediums aus dem Verdichtungsendbereich (21) der Spiralen (6, 7) von der rotierenden Spirale (7) in die nicht drehbare Einrichtung (52) wird von einem mit dem Druckstutzen (26) wenigstens mittelbar verbundenen Führungselement (29) gebildet;
    4. 4. 3.4 die Innenkonturen (44, 45) des Führungselementes (29) und des Mediumführungsrohres (31) begrenzen wenigstens einen Mediumführungskanal (27).
  4. 4. Spiralverdichter (4) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
    1. 1. 4.1 das Mediumführungsrohr (31) umschließt das Führungselement (29) in einem Umschließungsbereich (30) in Umfangsrichtung auf einem Teil von dessen axialer Erstreckung;
    2. 2. 4.2 die berührungsfreie Dichtung (33) ist in radialer Richtung zwischen wenigstens einer Teilfläche (39) der vom Innenumfang des Mediumführungsrohres (31) im Umschließungsbereich (30) gebildeten Innenfläche (40) und einem Teilbereich (37) der vom Außenumfang des Führungselementes (29) im Umschließungsbereich (30) gebildeten Außenfläche (38) angeordnet.
  5. 5. Spiralverdichter (4) nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
    1. 1. 5.1 die berührungsfreie Dichtung (33) ist als axiale Labyrinthdichtung (34), umfassend zwei Dichtflächen - eine erste Dichtfläche (35) und eine zweite Dichtfläche (36) - ausgeführt;
    2. 2. 5.2 die erste Dichtfläche (35) wird von einer Teilfläche (37) der Außenfläche (38) des Führungselementes (29) im Umschließungsbereich (30) gebildet;
    3. 3. 5.3 die zweite Dichtfläche (36) wird von einer Teilfläche (39) der vom Innenumfang des Mediumführungsrohres (31) im Umschließungsbereich (30) gebildeten Innenfläche (40) gebildet;
    4. 4. 5.4 die Dichtflächen (35, 36) werden durch eine Vielzahl von Eindrehungen (46, 47) an den jeweiligen Oberflächen von Führungselement (29) und/oder Mediumführungsrohr (31) gebildet.
  6. 6. Spiralverdichter (4) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
    1. 1. 6.1 das Führungselement (29) umschließt das Mediumführungsrohr in einem Umschließungsbereich in Umfangsrichtung auf einem Teil von dessen axialer Erstreckung;
    2. 2. 6.2 die berührungsfreie Dichtung ist in radialer Richtung zwischen wenigstens einer Teilfläche der vom Innenumfang des Führungselementes im Umschließungsbereich gebildeten Innenfläche und einem Teilbereich der vom Außenumfang des Mediumführungsrohres gebildeten Außenfläche vorgesehen.
  7. 7. Spiralverdichter (4) nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
    1. 1. 7.1 die berührungsfreie Dichtung ist als axiale Labyrinthdichtung, umfassend zwei Dichtflächen - eine erste Dichtfläche und eine zweite Dichtfläche - ausgeführt;
    2. 2. 7.2 die erste Dichtfläche wird von einer Teilfläche der Außenfläche des Führungselementes im Umschließungsbereich gebildet;
    3. 3. 7.3 die zweite Dichtfläche wird von einer Teilfläche der vom Innenumfang des Mediumführungsrohres im Umschließungsbereich gebildeten Innenfläche gebildet;
    4. 4. 7.4 die Dichtflächen (35, 36) werden durch eine Vielzahl von Eindrehungen (46, 47) an den jeweiligen Oberflächen von Führungselement (29) und Mediumführungsrohr (31) gebildet.
  8. 8. Spiralverdichter (4) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtwirkung durch die Auslegung der Länge der Dichtflächen (35, 36), der Anzahl der Eindrehungen und deren Geometrie im Umschließungsbereich (30) einstellbar ist.
  9. 9. Spiralverdichter (4) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden miteinander in in Wirkverbindung tretenden Dichtflächen von einer Werkstoffpaarung mit geringer Freßneigung gebildet werden.
  10. 10. Spiralverdichter (4) nach Anspruch 1 bis 9, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
    1. 1. 10.1 die im Betrieb rotierende Spirale (7) stützt sich über eine Lageranordnung (9) wenigstens mittelbar am Gehäuse (5) oder einem anderen nicht rotierenden Bauelement ab;
    2. 2. 10.2 die sich über die Lageranordnung (9) abstützende Spirale (7) bildet mit einer als Hohlwelle ausgeführten Welle (8) eine bauliche Einheit (11);
    3. 3. 10.3 die Mittel (25) zur Führung des verdichteten und eine hohe Temperatur aufweisenden Mediums sind in der Welle (8) angeordnet.
  11. 11. Spiralverdichter (4) nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
    1. 1. 11.1 die Lageranordnung (9) umfaßt ein nicht drehbares Lagergehäuse (10), welches die Lager (12, 13) der Lageranordnung (9) wenigstens in Umfangsrichtung umschließt;
    2. 2. 11.2 das Lagergehäuse (10), die Welle (8) und die nicht drehbare Einrichtung (52) begrenzen einen Lagergehäuse-Innenraum (41);
    3. 3. 11.3 mit dem Lagergehäuse-Innenraum (41) verbundene und im Lagergehäuse (10) und/oder der Einrichtung (52) angeordnete Verbindungskanäle (43) zur Umgebung (42) vorgesehen.
  12. 12. Spiralverdichter (4) nach einem der Ansprüche 10 oder 11, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
    1. 1. 12.1 die erste Spirale (6) ist mit einer Antriebsmaschine gekoppelt;
    2. 2. 12.2 die zweite Spirale (7) wird während des Betriebs durch die erste Spirale (6) angetrieben;
    3. 3. 12.3 die Mittel (25) zur Führung des verdichteten und eine hohe Temperatur aufweisenden Mediums aus einem Verdichtungsendbereich (21) der Spiralen (6, 7) sind zwischen zweiter Spirale (7) und der nicht drehbaren Einrichtung (52) vorgesehen.
  13. 13. Verwendung eines Spiralverdichters (4) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Drucklufterzeugung in einem Schienenfahrzeug.






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