Die Erfindung betrifft einen Spiralverdichter nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.

Bei der Drucklufterzeugung, insbesondere bei der ölfreien Drucklufterzeugung in Schienenfahrzeugen, sind infolge der großen, zu erzeugenden Luftmengen und der extrem rauhen Bedingungen besondere Anforderungen an die Verdichtertechnik zu stellen. Selbst unter rauhen Umgebungsbedingungen (Temperatur, Schwingungen, Stöße etc.) ist stets volle Betriebsfähigkeit zu gewährleisten.

In zunehmendem Maße wird im Bereich der Schienenfahrzeuge ölfreien Spiralverdichtern erhöhte Aufmerksamkeit gewidmet, insbesondere um den Anfall ölhaltigen Kondensats zu vermeiden und um die Wartung zu vereinfachen. Aufgrund der gegenüber heutigen handelsüblichen, ölfreien Spiralverdichtern im Schienenfahrzeugeinsatz stark zu vergrößernden Leistung (z.B. Ansaugvolumen¬ strom von ca. 1600 l/min) und der damit verbundenen hohen Belastungen des Spiralverdichters ist eine einfache Vergrößerung derartiger Verdichter nicht möglich, insbesondere im Hinblick auf die sehr hohen Axialkräfte, welche die Neigung besitzen, die Spiralen des Verdichters auseinanderzudrücken. Bei sogenannter einseitiger Spiralanordnung ist insbesondere die Abstützung derartiger Axialkräfte problematisch, da sehr große Lager erforderlich sind. Verschärft wird diese Problematik durch die geforderte ölfreie Verdichtung, aufgrund welcher die Reibleistung der Lager nur sehr schwer abführbar ist. Verdichter mit einseitiger Spiralanordnung wurden bis dato aus den vorgenannten Gründen im Schienenfahrzeugbereich als nicht einsetzbar angesehen.

Davon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen vorzugsweise vollständig ölfrei arbeitenden Spiralverdichter mit einseitiger Spiralanordnung bei großem Ansaugvolumenstrom als auch bei großen Verdichtungsverhältnissen so auszugestalten, daß den vorgenannten Problemen hoher Axialkräfte Rechnung getragen wird; im besonderen soll trotz der geforderten Volumen- und Verdichtungsgrößen ein von hohen Axialkräften freier und somit möglichst verschleißfreier Lauf des Verdichters ermöglicht sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale nach dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruches 1.

Bei einseitiger Anordnung der Spiralen, nämlich der antreibenden und der geschleppten Spirale, ist durch die von den Verdichtungstaschen des Spiralverdichters gespeisten Druckkammern in sehr einfacher Weise eine Vorrichtung geschaffen, mittels welcher den sehr hohen, auf die Lager wirkenden Axialkräften entgegengewirkt werden kann; es ist mithin eine Kompensation dieser Axialkräfte erzielbar. Trotz der hohen Umlaufgeschwindigkeiten der beiden Spiralen ist die Funktion der Druckkammern bei insbesondere Trocken laufeigenschaften der die Druckkammern begrenzenden Dichtungen sichergestellt, da nur eine geringe Relativgeschwindigkeit zwischen den Spiralen, also auch im Bereich des Druckkranzes und der mit dem Druckkranz die Druckkammern bildenden Ringscheibe besteht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in weiteren Patentansprüchen aufgeführt.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte einzige Zeichnung erläutert. Diese zeigt in Schnittansicht den Spiralverdichter nach der Erfindung.

In der Zeichnung ist ein mit einer einseitigen Spiralanordnung versehener Spiralverdichter 1 dargestellt, welcher eine erfindungsgemäße Anordnung zur Kompensation der hohen, gegenüber den Lagern des Verdichters wirkenden

Axialkräfte aufweist. Der Spiralverdichter 1 ist mit einem Gehäuse 3 versehen, in welchem zwei ineinandergreifende Spiralen laufen, nämlich eine mittels einer Welle 5 angetriebene Spirale 7 und eine durch die Spirale 7 geschleppte Spirale 9. Die beiden Spiralen führen jeweils eine reine Rotationsbewegung aus; durch die rein rotatorische Bewegung der Spiralen treten keine Unwuchtkräfte auf, sofern die Spiralen jeweils in sich ausgewuchtet sind.

Die für eine Verdichtungswirkung erforderliche Relativbewegung beider Spiralen zueinander wird erzeugt, indem die Rotationsachsen 11 und 13 beider Spiralen einen gewissen Abstand zueinander aufweisen. Fernerhin ist die geschleppte Spirale 9 von einem Druckkranz 15 umgriffen, welcher mit der angetriebenen Spirale 7 (über nicht dargestellte Befestigungsmittel) fest verschraubt oder auf sonstige Weise verbunden ist. Um die Funktion des sogenannten „co-rotating"-Prinzips beider Spiralen zu gewährleisten, d.h. um jederzeit die korrekte Relativstellung der beiden Spiralen zueinander sicherzustellen, wirkt zwischen den beiden Spiralen ein „Antirotationsmechanismus" in Form einer Zwangsführung, welche z.B. aus drei von der geschleppten Spirale 9 getragenen Stützrollen 17 besteht, die in unter gleichem Winkelabstand zueinander angeordneten Bohrungen 19 im Druckkranz 15 laufen. Demnach sind drei unter einem Winkelabstand von jeweils 120° zueinander angeordneten Stützrollen drei unter gleichem Winkelabstand zueinander angeordnete Bohrungen 19 zugeordnet. Da sich der Druckkranz 15 mit der angetriebenen Spirale 7 dreht, nimmt dieser mittels der Wandungen der Bohrungen und die Stützrollen 17 die Spirale 9 mit, d.h. diese wird geschleppt, wobei die beiden Spiralen infolge der Versetzung der Rotationsachsen 11 und 13 innerhalb des Freiheitsgrades der Bohrungen „orbitierende" Bewegungen zueinander ausführen. Diese orbitierenden Bewegungen der Spiralen zueinander erzeugen zwischen diesen im Volumen sich verändernde Spiraltaschen, welche zur Verdichtung des über den Ansaugkanal 21 angesaugten Gas- bzw. Luftvolumens beitragen. Die verdichtete Luft wird durch eine im Zentrum der Spirale 9 liegende Axialbohrung 23 und einen Druckstutzen 25 aus dem Verdichtungsraum 27 ausgeschoben. Die angetriebene Welle 5 der Spirale 7 läuft in einem Lager 29, während die Welle 31 der geschleppten Spirale 9 in einem Lager 33 läuft.

Bei einem Spiralverdichter der vorstehend beschriebenen einseitigen Spiralenanordnung ist es bei komplett ölfreiem Lauf erwünscht, ein großes Verdichtungsverhältnis zu erreichen, ohne daß es infolge der daraus resultierenden Axialkräfte an den Spiralen zu einer zu starken Belastung der Lager kommt. Um diesem Problem zu begegnen, ist gemäß der Erfindung eine Vorrichtung zur Axialkraftkompensation vorgesehen. Diese Vorrichtung besteht aus Druckkammern 35, welche zwischen der Innenseite des Druckkranzes 5 und einer auf der Rückseite der Spirale 9 angebrachten Ringscheibe 37 vorgesehen sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den Druckkammern 35 um die sehr niedrigen Volumina, welche jeweils zwischen der Ringscheibe 37 und der zugewandten Innenfläche des Druckkranzes 15 bestehen. Die Größe und die Formgebung der Druckkammern ist durch trockenlaufende Dichtungen 39 bestimmt, welche die Druckkammern gegenüber Außenluft d.h. gegenüber dem Außenluftvolumen zwischen Kühllufteintritt 40 und Kühlluftaustritt 41 der Spirale 9 abdichten. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind unter gleichem Winkelabstand von 120° zueinander jeweils zwischen den Bohrungen 19 befindlich drei Druckkammern 35 vorgesehen, welche jeweils über Bohrungen 43 mit Druckluft aus den Verdichtungstaschen 45 der Spiralen versorgt werden.

Bei Betrieb des Spiralverdichters baut sich infolge der vorstehend beschriebenen Druckversorgung der Druckkammern 35 in diesen ein Druck auf, welcher die beiden Spiralen einander zugewandt drückt, da der Druckkranz 15 mit der Spirale 7 verbunden ist und die Ringscheibe 37 im rückwärtigen Bereich der Spirale 9 von dieser getragen wird, z.B. durch mit der Spirale 9 verbundene, radiale Kühlrippen 47 bzw. durch die Lagerzapfen der Stützrollen 17, welche unter Winkelabstand zueinander die Ringscheibe 37 durchsetzen, wie in der oberen Schnitthälfte der Zeichnung ersichtlich ist. Da die Spiralen 7 und 9 mittels der vorstehend beschriebenen Vorrichtung zur Axialkraftkompensation aufeinander zugewandt gedrückt werden, werden die Lager 29 und 33 in gleichem Maße von Axialkräften entlastet, weshalb ölfrei arbeitende Spiralverdichter der beschriebenen Art auch mit großem Verdichtungsverhältnis bei großem Ansaugvolumen arbeiten können.

Außer der vorgenannten Kühlluftanordnung für die Spirale 9 ist auch an der Spirale 7 ein entsprechendes Kühlsystem vorgesehen, d.h. es besteht ein Kühllufteintritt 49 und ein Kühlluftaustritt 51; desweiteren sind mit der Spirale 7 verbundene, radiale Kühlrippen 53 vorgesehen.

Bezugszeichenliste

Spiralverdichter 51 Kühlluftaustritt

Gehäuse 53 Kühlrippen

Welle

Spirale

Spirale

Rotationsachse

Rotationsachse

Druckkranz

Stützrolle

Bohrung

Ansaugkanal

Axialbohrung

Druckstutzen

Verdichtungsraum

Lager

Welle

Lager

Druckkammer

Ringscheibe

Dichtung

Kühllufteintritt

Kühlluftaustritt

Bohrung

Verdichtungstasche

Kühlrippen

Kühllufteintritt