DE102007019126A1

DE102007019126A1 - Schallgekapselte Kompressoranordnung

Info

Publication number: DE102007019126A1
Application number: DE200710019126
Authority: DE
Inventors: Michael Hartl; Corneliu Popescu; Klaus-Michael Schneider; Gerhard Pröll
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2007-04-23
Filing date: 2007-04-23
Publication date: 2008-10-30
Anticipated expiration: 2027-04-24
Also published as: DE102007019126B4

Abstract

Schallgekapselte Kompressoranordnung, umfassend eine Verdichtereinheit (1) zum Komprimieren von Umgebungsluft, an der eine Antriebseinheit (2) zur Erzeugung einer Drehbewegung angeflanscht ist, wobei die Verdichtereinheit (1) und die Antriebseinheit (2) in einem schallschluckenden Einbauraum (6) mit Lüftungsöffnungen (7 bis 9) untergebracht sind, denen Lüftermittel zur Erzeugung eines Kühlluftstromes zugeordnet sind, wobei die Lüftermittel mindestens zwei Lüftereinheiten (10, 20) umfassen, von denen eine erste Lüftereinheit (10) zur Zuführung frischer Kühlluft als ein Axiallüfter ausgebildet ist und eine koaxial oder achsparallel hierzu angeordnete zweite Lüftereinheit (20) zur Abführung verbrauchter Kühlluft als ein Radiallüfter ausgebildet ist, um den Kühlluftstrom im Einbauraum (6) umzulenken.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine schallgekapselte Kompressoranordnung, insbesondere für Schienenfahrzeuge, umfassend eine Verdichtereinheit zum Komprimieren von Umgebungsluft, an der eine Antriebseinheit zur Erzeugung einer Drehbewegung angeflanscht ist, wobei die Verdichtereinheit und die Antriebseinheit in einem schallschluckenden Einbauraum mit Lüftungsöffnungen untergebracht sind, denen Lüftermittel zur Erzeugung eines Kühlluftstroms zugeordnet sind.
Das Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf den Fahrzeugbau, insbesondere Schienenfahrzeugbau. Hier werden Systemmodule, bestehend aus Verdichtereinheit mit angeflanschter Antriebseinheit in einem zumindest teilweise geschlossenen Raum, innerhalb des Fahrzeugs untergebracht. Bei derartigen Anwendungsfällen ist es erforderlich, die Kompressoranordnung aus Umweltschutzgründen schallgekapselt zu montieren. Im Bereich der Personenbeförderung herrschen besonders hohe Anforderungen in Bezug auf die maximal zulässige Schallabstrahlung. Andererseits wird von einer schallgekapselten Kompressoranordnung während des Betriebs ständig Energie auch in Wärme umgesetzt. Da einerseits Energie aus dem Prozessgas abgeführt werden muss, andererseits die maximal zulässigen Bauteiltemperaturen eingehalten werden müssen, gestaltet sich die insoweit erforderliche Wärmeabfuhr gekapselter Kompressoranordnungen konstruktiv schwierig.
Immer steigendere Anforderungen bezüglich Lärmschutz, insbesondere bei Schienenfahrzeugen, welche in Wohngebieten fahren oder abgestellt und in Betriebsbereitschaft gehalten werden müssen, erfordern einen immer höheren Aufwand zur Schalloptimierung der Kompressoranordnungen. Insbesondere im Schienenfahrzeugbau kommen in jüngster Zeit vermehrt ölfreie Kolbenverdichter zur Anwendung, welche gegenüber in der Vergangenheit üblichen ölgeschmierten Kolben- oder Schraubenkompressoren eine höhere Wärmeemission aufweisen. Denn es steht bei ölfreien Kolbenverdichtern nicht ein Ölkreislauf zur Ableitung überschüssiger Wärme zur Verfügung.
Es ist aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt, insbesondere in Schienefahrzeugen Schallkapseln in der Regel für Rotationsverdichter einzusetzen, bei denen ein zwischen Antriebseinheit und Verdichtereinheit angebrachter Radiallüfter Kühlluft durch einen Prozessgas und/oder Ölkühler aus dem schallschluckenden Einbauraum ins Freie bläst. Eine Umsetzung dieses Prinzips für größere, insbesondere ölfreie Verdichtereinheiten hätte jedoch einen recht geringen Wirkungsgrad der Kühlung zur Folge.
Aus der EP 1 031 727 A2 geht eine technische Lösung zur Erzeugung eines Kühlluftstroms bei einem schallgekapselten Kolbenkompressor hervor. Die Verdichtereinheit besteht hier aus zwei Zylindern in Boxeranordnung. Eine vertikal gerichtete Kurbelwelle der Verdichtereinheit wird von einer elektromotorischen Antriebseinheit in Drehbewgung versetzt, welche unterhalb der Zylinder der Verdichtereinheit angeordnet ist. Durch diese kühlstromoptimierte Bauteilanordnung wird eine bessere Kühlwirkung erzielt. Die Kühlluft strömt aufwärts, zunächst am Antriebsmotor vorbei, um anschließend an den Zylindern der Verdichtereinheit entlang zu strömen und auch diese zu kühlen. Der Kühlluftstrom wird hier erzeugt durch einen weiter unterhalb der Antriebseinheit in eine hier vorgesehene untere Öffnung des Einbauraums angeordnete Lüftereinheit, welche als Radiallüfter ausgebildet ist. Der Radiallüfter beansprucht einen recht hohen Platzbedarf innerhalb des Einbauraums. Zudem ist dessen erzeugter Luftstrom durch geeignete Umlenkmittel in Richtung der Kompressoranordnung zu lenken. Die verbrauchte Kühlluft gelangt oberhalb des Einbauraums über eine hier vorgesehene seitliche Öffnung nach außen. Zwar wird mit dieser technischen Lösung ein hinreichender Wirkungsgrad für die Kühlung erzielt, jedoch ist hierfür ein recht großer Platzbedarf und ein hoher Bauteilaufwand erforderlich.
Aus der WO 01/02727 geht eine weitere technische Lösung für eine schallgekapselte Kompressoranordnung hervor. Der schallschluckende Einbauraum besteht im Wesentlichen aus einer inneren kastenförmigen Kapsel, welche beabstandet von einer äußeren kastenförmigen Kapsel umgeben ist. Durch die hieraus resultierende verschachtelte Anordnung wird eine Kühlluftführung erreicht, die wegen des Spalts zwischen beiden Kapseln gleichzeitig auch der Schalldämmung dient. Allerdings erscheint ein derart aufgebauter schallschluckender Einbauraum relativ großbauend. Der Lüfter der Verdichtereinheit sorgt für den Kühlluftstrom die Abführung verbrauchter Kühlluft erfolgt über die Öffnungen und wird bewirkt durch den Überdruck, der durch die Lüftereinheit erzeugt wird. Hierbei entstehen Toträume, in denen sich heiße Luft ansammelt. Dies kann zu lokalen Überhitzungen führen und insgesamt zu einem Anstieg der Umgebungstemperatur der Kompressoranordnung.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine schallgekapselte Kompressoranordnung zu schaffen, welche trotz kompaktbauendem und schallschluckendem Einbauraum eine wirksame Kühlung der hierin integrierten Kompressoranordnung gewährleistet.
Die Aufgabe wird ausgehend von einer schallgekapselten Kompressoranordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst.
Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Lüftermittel einer schallgekapselten Kompressoranordnung mindestens zwei Lüftereinheiten umfassen, von denen eine erste Lüftereinheit zur Zuführung frischer Kühlluft als ein Axiallüfter ausgebildet ist und eine koaxial oder achsparallel hierzu angeordnete zweite Lüftereinheit zur Abführung verbrauchter Kühlluft als ein Radiallüfter ausgebildet ist, um den Kühlluftstrom im Einbauraum umzulenken.
Der Vorteil einer effizienten Kühlwirkung der erfindungsgemäßen Lösung resultiert insbesondere aus der Kombination der speziellen Lüftereinheiten. Die hiermit bewirkte Umlenkung des Kühlluftstromes innerhalb des Einbauraums vermeidet wirkungsvoll lokale Überhitzungszonen, wie Versuche ergeben haben. Ausschlaggebend hierfür ist insbesondere die zweite, als Radiallüfter ausgebildete Lüftereinheit, welche den durch den Einbauraum fließenden Kühlluftstrom zusätzlich beschleunigt. Die Abfuhr verbrauchter Kühlluft hängt somit nicht allein von dem durch eine für die Zuführung frischer Kühlluft sorgende Lüftereinheit und den von dieser im Einbauraum erzeugten Überdruck ab. Da die erfindungsgemäße Lösung einen hohen Wirkungsgrad für die Kühlung bewirkt, kann der schallschluckende Einbauraum für die Kompressoranordnung recht kleinbauend bemessen werden, was der Kompaktheit der schallgekapselten Kompressoranordnung zu Gute kommt.
Vorzugsweise ist die erste Lüftereinheit derart anzuordnen, dass diese eine benachbart hierzu angeordnete und mit der Verdichtereinheit gekoppelte Kühlereinheit durchsaugt. Da diese Anordnung der Lüftereinheit zwischen Kühlereinheit und Verdichtereinheit bei Kompressoranordnungen zum Schutz der Lüftereinheit recht gebräuchlich ist, kann hierauf vorteilhafterweise ohne konstruktiven Änderungsaufwand auch bei der Erfindung Gebrauch gemacht werden.
Hinsichtlich der zweiten Lüftereinheit wird vorgeschlagen, diesen vorzugsweise benachbart zu einer Kühlereinheit der Verdichtereinheit derart angeordnet wird, dass die zweite Lüftereinheit diese Kühlereinheit durchbläst. Hierdurch kann die im verbrauchten Kühlluftstrom enthaltene Restkühlwirkung noch für die Kühlereinheiten oder eine weitere Kühlereinheit nutzbar gemacht werden.
Gemäß einer weiteren, die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die Kompressorordnung, bestehend aus Verdichtereinheit und Antriebseinheit ein Systemmodul bildet, d. h. als Baueinheit vormontiert ist. Dieses Systemmodul lässt sich anschließend auf einfache Weise über elastische Lagermittel im kastenförmigen Einbauraum zwecks Schallkapselung montieren. Es ist jedoch auch denkbar, dass der Einbauraum für die Kompressoranordnung direkt durch einen Teil des Fahrzeuginnenraums gebildet wird. Bei dieser Variante entfällt eine weitere, den Einbauraum bildende Baueinheit. Alternativ hierzu ist es jedoch auch denkbar, die Kompressoranordnung innerhalb des Einbauraums fest – also nicht elastisch – zu montieren und den eine Art Kasten darstellenden Einbauraum seinerseits über eine elastische Lagerung mit einer Trägerkonstruktion zu verbinden, beispielsweise der Chassis eines Fahrzeuges.
Für die Kompressoranordnung lässt sich als Verdichtereinheit vorzugsweise ein Kolbenverdichter oder auch ein Schraubenverdichter einsetzen. Die hiermit gekoppelte Antriebseinheit ist vorzugsweise ein Elektromotor. Es ist jedoch auch denkbar, einen Verbrennungsmotor als Antriebseinheit einzusetzen oder den Verbrennungsmotor des Fahrzeuges über eine Welle als Antriebseinheit für die Verdichtereinheit nutzbar zu machen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erste Lüftereinheit zum Antrieb an die eingangsseitige Welle der Verdichtereinheit angekoppelt. Die zweite Lüftereinheit wird dagegen von der ausgangsseitigen Welle der Antriebseinheit angetrieben. Die zweite, als Radiallüfter ausgebildete Lüftereinheit kann zwischen der Verdichtereinheit und der Antriebseinheit platziert sein. Insbesondere bei dieser Anordnung kann seitens des stirnseitigen Endes der Antriebseinheit eine weitere Lüftereinheit vorgesehen werden, beispielsweise der Axiallüfter eines Elektromotors, welcher sowieso Bestandteil einer solchen Baueinheit ist.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
1 eine perspektivische Darstellung einer Kompressoranordnung mit einer Verdichtereinheit und einer Antriebseinheit und
2 eine Seitenansicht der in einem schallgekapselten Einbauraum untergebrachten Kompressoranordnung nach 1.
Gemäß 1 besteht die Kompressoranordnung aus einer Verdichtereinheit 1, die von einer hieran angekoppelten Antriebseinheit 2 in Drehbewegung versetzt wird. Die Verdichtereinheit 1 ist als mehrstufiger Kolbenverdichter ausgebildet. Zur Kühlung der von der Verdichtereinheit 1 erzeugten Druckluft ist stirnseitig der Verdichtereinheit 1 eine Kühlereinheit 3 vorgesehen. Die Kühlung für die Kühlereinheit 3 wird mittels einer Lüftereinheit 10 erzeugt, welche zwischen der Kühlereinheit 3 und der Verdichtereinheit 1 angeordnet sind und damit die Kühlereinheit 3 durchsaugt. Die zur Erzeugung der Druckluft zu komprimierende Umgebungsluft gelangt über eine Filtereinheit 4 in die Verdichtereinheit 1. Eine – nicht weiter dargestellte – Kurbelwelle der Verdichtereinheit 11 wird über die Antriebseinheit 2 in Drehbewegung versetzt. Die Antriebseinheit 2 ist hier nach Art eines Elektromotors ausgestaltet. Zwischen der Verdichtereinheit 1 und der Antriebseinheit 2 ist eine weitere Lüftereinheit 20 platziert, deren Funktion an späterer Stelle eingehender erläutert wird.
Die aus Verdichtereinheit 1 und Antriebseinheit 2 bestehende Kompressoranordnung bildet ein Systemmodul, welches über elastische Lagermittel 5 an einer Trägerkonstruktion befestigbar ist.
Gemäß 2 bildet ein Einbauraum 6 für die Kompressoranordnung eine solche Trägerkonstruktion. Der Einbauraum 6 ist mit einer stirnseitigen Lüftungsöffnung 7 für die erste Lüftereinheit 10 ausgestattet, welche hier als Axiallüfter ausgebildet ist. Weiterhin weist der Einbauraum 6 eine andere Lüftungsöffnung 8 für die zweite Lüftereinheit 20 auf, die als Radiallüfter ausgebildet ist. Die erste Lüftungseinheit 10 dient der Zuführung frischer Kühlluft aus der Umgebung in den Einbauraum 6 hinein, wogegen die zweite Lüftereinheit 20 wegen der Bauform als Radiallüfter den Kühlluftstrom lenkt und die verbrauchte Kühlluft aus dem Einbauraum 6 ausstößt.
Der Einbauraum 6 dient der Schallkapselung der hierin untergebrachten Kompressoranordnung. Zu diesem Zwecke ist der Einbauraum 6 mit einem Schalldämmmaterial ausgebildet. Wegen der hohen Betriebstemperaturen der Kompressoranordnung ist das Schalldämmmaterial sicherheitshalber feuerhemmend.
Darüber hinaus ist der Einbauraum 6 mit einer weiteren Lüftungsöffnung 9 versehen, durch welche weitere frische Kühlluft von außen her in den Einbauraum 6 eintritt, was durch den in der elektromotorischen Antriebseinheit 2 standardgemäß integrierten stirnseitigen Axiallüfter erfolgt.
Die Erfindung ist in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel beschrieben. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, anstelle des Elektromotors einen Verbrennungsmotor oder dergleichen als Antriebseinheit zu nutzen. Weiterhin kann alternativ zu der als Kolbenverdichter ausgeführten Verdichtereinheit auch ein Schraubenverdichter zum Einsatz kommen. Schließlich sei darauf hingewiesen, dass die Anzahl der Lüftermittel auch variabel sein kann. Es sind mindestens zwei Lüftereinheiten vorzusehen, um den erfindungsgemäßen Effekt einer aktiven Kühlstromumleitung im Einbauraum einer schallgekapselten Kompressoranordnung zu bewirken.

1: Verdichtereinheit
2: Antriebseinheit
3: Kühlereinheit
4: Filtereinheit
5: Lagermittel
6: Einbauraum
7: erste Lüftungsöffnung
8: zweite Lüftungsöffnung
9: dritte Lüftungsöffnung
10: erste Lüftereinheit
20: zweite Lüftereinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1031727 A2 [0005]
- WO 01/02727 [0006]

Claims

Schallgekapselte Kompressoranordnung, umfassend eine Verdichtereinheit (1) zum Komprimieren von Umgebungsluft, an der eine Antriebseinheit (2) zur Erzeugung einer Drehbewegung angeflanscht ist, wobei die Verdichtereinheit (1) und die Antriebseinheit (2) in einem schallschluckenden Einbauraum (6) mit Lüftungsöffnungen (7 bis 9) untergebracht sind, denen Lüftermittel zur Erzeugung eines Kühlluftstromes zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüftermittel mindestens zwei Lüftereinheiten (10, 20) umfassen, von denen eine erste Lüftereinheit (10) zur Zuführung frischer Kühlluft als ein Axiallüfter ausgebildet ist, und eine koaxial oder achsparallel hierzu angeordnete zweite Lüftereinheit (20) zur Abführung verbrauchter Kühlluft als ein Radiallüfter ausgebildet ist, um den Kühlluftstrom im Einbauraum (6) umzulenken.
Schallgekapselte Kompressoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lüftereinheit (10) eine benachbart hierzu angeordnete und mit der Verdichtereinheit (1) gekoppelte Kühlereinheit (3) durchsaugt.
Schallgekapselte Kompressoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lüftereinheit (20) eine benachbart hierzu angeordnete und mit der Verdichtereinheit (1) gekoppelte Kühlereinheit (3) durchbläst.
Schallgekapselte Kompressoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtereinheit (1) mit der Antriebseinheit (2) ein Systemmodul bildet, das über elastische Lagermittel (5) im Einbauraum (6) montiert ist.
Schallgekapselte Kompressoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einbauraum (6) durch einen Teil eines Fahrzeuginnenraums gebildet ist.
Schallgekapselte Kompressoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass das die Verdichtereinheit (1) nach Art eines Kolben- oder Schraubenverdichters ausgebildet ist.
Schallgekapselte Kompressoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Antriebseinheit (2) ein Elektromotor oder ein Verbrennungsmotor ist.
Schallgekapselte Kompressoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schallschlucken die Innenwandung des Einbauraums (6) mit feuerhemmendem Schalldämmmaterial ausgekleidet ist.
Schallgekapselte Kompressoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lüftereinheit (10) zum Antrieb stirnseitig an die Verdichtereinheit (1) angekoppelt ist, und dass die zweite Lüftereinheit (20) zwischen der Verdichtereinheit (1) und der Antriebseinheit (2) angeordnet ist.
Schienenfahrzeug, umfassend eine Kompressoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche.