ÖLEINGESPRITZTER VERDICHTER MIT TEMPERATURSCHALTER

Öleingespritzter Verdichter mit Temperaturschalter

Die vorliegende Erfindung betrifft einen öleingespritzten Verdichter, insbesondere einen öleingespritzten Schraubenverdichter, mit einer motorbetriebenen Verdichtereinheit zur Erzeugung von Druckluft, die mit einem Ölkreislauf zur Schmierung zusammenwirkt, dem eine Ölabscheidereinrichtung zum Trennen des Öls von der Druckluft nachgeschaltet ist, wobei im Bereich des Eintritts der ölhaltigen Druckluft in die Ölabscheidereinrichtung ein selbstrückstellender Temperaturschalter zum Abschalten der Verdichtereinheit bei Erreichen einer maximalen Temperaturgrenze des einströmenden LufWÖlgemisches vorgesehen ist.

Die vorliegende Erfindung wird neben öleingespritzten Schraubenverdichtern auch bei anderen Arten von öleingespritzten Verdichtern, wie beispielsweise auch

Flügelzellenverdichtern verwendet. Bei den Verdichtern der hier interessierenden Art wird mittels eines Ölkreislaufs Öl in den Bereich der bewegten Verdichterbauteile sowie an deren Lagerstellen eingespritzt, um zum Einen die hier vorhandenen, sich mit hoher Geschwindigkeit drehenden Wälzlager zu schmieren, und um zum Anderen ein unzulässiges Aufheizen im Bereich der bewegten Verdichterbauteile in Folge Reibung zu verhindern. Des Weiteren dient das Öl auch zum Abdichten der Luftseite gegenüber anderen Bereichen des Verdichters. Das Einsatzgebiet derartiger öleingespritzter Verdichter erstreckt sich sowohl auf stationäre Druckluftversorgungsanlagen als auch auf mobile Anwendungen wie Schienenfahrzeugbau oder auch auf den Nutzfahrzeugbau, wo Kompressoren zur Erzeugung von Druckluft für das Druckluft-Bordnetz verwendet werden.

Aus dem allgemeinen Stand der Technik gehen öleingespritzte Verdichter, wie öleingespritzte Schraubenverdichter, hervor. Ein öleingespritzter Schraubenverdichter besteht im Wesentlichen aus einer Verdichtereinheit mit mindestens einem Paar von gegenläufig zueinander sich drehenden und ineinander verzahnten walzenförmigen Verdichterschrauben. Diese Verdichterschraubenanordnung dient der Erzeugung von Druckluft, in dem von einer Seite her von der Atmosphäre angesaugte Luft durch kontinuierliche Verdichtung in Druckluft umgewandelt wird, welche die Verdichtereinheit über ein federrückgestelltes Auslassventil verlässt. Der Antrieb der

Verdichterschraubenanordnung erfolgt dabei über eine abgedichtet aus der Verdichtereinheit nach außen geführte Antriebswelle mittels einen hier angeflanschten Motor, meist Elektromotor. Zum Schmieren, Abdichten und Kühlen der Verdichtereinheit ist diese mit einem Ölkreislauf ausgestattet, welcher ausgehend von einem Ölsumpf Öl an den Mittelbereich der Verdichterschraubenanordnung sowie auch an in den Bereich der stirnseitig der Verdichterschraubenanordnung angeordneten Wälzlager liefert. Das hier eingespritzte Öl verlässt diesen Wirkbereich in Richtung eines Ölsumpfes, welcher den Vorrat des Ölkreislaufs darstellt. Der Ölsumpf befindet sich meist innerhalb einer dem Ölkreislauf nachgeschalteten Ölabscheidereinrichtung. Die Ölabscheidereinrichtung ist erforderlich, um die Druckluft wieder von dem Öl zu befreien, so dass ölfreie Druckluft ausgangsseitig zur Verfügung steht. Die Ölabscheidereinrichtung besteht gewöhnlich im Wesentlichen aus einem Ölabscheider, der in an sich bekannter Weise nach dem Schwerkraftprinzip arbeitet. Das Öl, welches sich von der im Ölabscheider aufsteigenden ölhaltigen Druckluft trennt, wird im Ölsumpf gesammelt. Die im Ölabscheider aufgestiegene, bereits teilweise ölfreie Druckluft wird nachfolgend meist einem patronenartigen Feinabscheider zugeführt und verlässt anschließend die Ölabscheidereinrichtung über ein ausgangsseitig angeordnetes Druckhalteventil.

Für einen sicheren Betrieb eines solchen öleingespritzten Verdichters ist gemäß der Norm EN 1012-1 eine Überschreitung der Öltemperatur von 120° C am Eintrittsbereich der ölhaltigen Druckluft in die Ölabscheidereinrichtung nicht zulässig. Zur Erfüllung dieser Norm wird gewöhnlich ein Temperaturschalter in den besagten Bereich angeordnet. Der Temperaturschalter schaltet bei Erreichen einer Temperatur von 120° C durch und setzt durch Abschalten des Motors den Antrieb der Verdichtereinheit außer Betrieb. Sinkt die Temperatur wieder in den Bereich unterhalb 120° C, wird der Antrieb der Verdichtereinheit wieder freigegeben.

Aus der US 5,118,260 geht ein derartiger Temperaturschalter bei einem

Schraubenverdichter, welcher hier allerdings nicht als öleingespritzter Schraubenverdichter ausgebildet ist, hervor. Der Temperaturschalter ist am Auslass des Schraubenverdichters innerhalb einer Auslasskammer angeordnet. Die durch den Schraubenverdichter aufgeheizte Druckluft strömt hieran vorbei. Der Temperaturschalter enthält ein elektrisches Bimetallelement, welches den Antrieb des Schraubenverdichters unterbricht, wenn die Temperatur der erzeugten Druckluft einen bestimmten Maximalwert erreicht. Neben diesem im Bereich der aus der Verdichtereinheit abströmenden Druckluft angeordneten

Temperaturschalter befindet sich ein weiterer Temperaturschalter im Bereich des den Schraubenverdichter antreibenden Elektromotors, welcher die gesamte Baueinheit vor Motorüberhitzung schützt.

Wird eine solche motorbetriebene Verdichtereinheit mit einer Öleinspritzung versehen, so dass eine nachfolgende Ölabscheidereinrichtung zum Trennen des Öls von der Druckluft erforderlich ist, ergibt sich das Problem, dass trotz der vorstehend erläuterten Maßnahme zur Vermeidung einer Überhitzung innerhalb der Ölabscheidereinrichtung vereinzelt interne Brände oder Verpuff ungen auftreten können. Ein solches singuläres Ereignis tritt üblicherweise strömungsmäßig nach dem per eingangs genannter Norm vorgeschriebenen Temperaturschalter innerhalb der Ölabscheidereinrichtung auf. Der Auslöser eines solchen internen Brandes bzw. Verpuffung ist bislang nicht eindeutig geklärt. In Fachkreisen wird angenommen, dass dieses Ereignis die Folge elektrostatischer Entladungen innerhalb der Ölabscheidereinrichtung ist, welche elektrische Funken erzeugen. Auch Wartungsmängel und insbesondere Ölmangel kann als Verpuffungsursache in Betracht gezogen werden. In Folge des Brandes oder der Verpuff ung entstehen in der Ölabscheidereinrichtung und stromabwärts hiervon Temperaturen, die um ein Vielfaches höher als die vorgeschriebene Temperaturgrenze von 120° C sind. Da sich die einlassseitig der Ölabscheidereinrichtung herrschende Temperatur, insbesondere in Folge der örtlichen Nähe des Ölsumpfes, nur recht träge an das heiße Temperaturniveau anpasst, kann der vorgeschriebene Temperaturschalter im Bereich der einströmenden Druckluft nicht schnell genug auf das Ereignis eines Brandes oder einer Verpuffung innerhalb der Ölabscheidereinrichtung oder stromabwärts hiervon reagieren. In Folge des Brandes oder der Verpuffung können die gelegentlich auch aus Aluminium hergestellten Bauteile der Ölabscheidereinrichtung durchbrennen, des Weiteren kann die Lagerung der Verdichterschrauben in Folge Überhitzung oder Mangelschmierung festlaufen und bei üblichen Grau- oder Stahlgußgehäusen bis hin zu einer explosionsartigen Zerstörung des Verdichters führen. Des Weiteren gelangen auch Verbrennungsrückstände in die Abluft. Zusammenfassend kann das besagte singuläre Ereignis eine Personengefahrdung und Verdichter- bzw. Sachfolgeschäden herbeiführen, welche sich also mit dem per Norm vorgeschriebenen Temperaturschalter nicht verhindern oder zumindest begrenzen lassen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen öleingespritzten Verdichter der eingangs genannten Art dahingehend weiter zu verbessern, dass die negativen Auswirkungen eines Brandes oder einer Verpuffung innerhalb der Ölabscheidereinrichtung beherrschbar sind.

Die Aufgabe wird ausgehend von einem öleingespritzten Verdichter 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 im Innenbereich der einem öleingespritzten Verdichter nachgeschalteten Ölabscheidereinrichtung mindestens ein nicht- selbstrückstellender, zusätzlicher Temperaturschalter vorgesehen ist, der in Folge eines Brandes oder eine Verpuffung der in der Ölabscheidereinrichtung enthaltenen ölhaltigen Druckluft, die Verdichtereinheit umgehend abschaltet. Als Innenbereich der Ölabscheidereinrichtung wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung der das

Öl-/Luftgemisch enthaltende großvolumige Innenraum verstanden, insbesondere aber auch der Austrittsbereich der ölabgeschiedenen Druckluft aus der Ölabscheidereinrichtung bis maximal vor einem in Abströmungsrichtung gegebenenfalls nachgeschalteten Nachkühler.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass durch die spezielle Platzierung des zusätzlichen Temperaturschalters bei einem internen Brand oder einer Verpuffung ein umgehendes Außerbetriebsetzen des Verdichters sichergestellt ist. Hierdurch wird speziell bei Druckluftverdichtern die Sauerstoffzufuhr unterbunden, was den Brand sofort erstickt und Folgeschäden vermeidet. Üblicherweise wird unterstützend durch das Stillsetzen auch eine Druckentlasrung eingeleitet. Zusammenfassend wird durch das erfindungsgemäß ausgelöste zügige Stillsitzen des Verdichters der internen Verbrennung der Sauerstoff sehr schnell entzogen und der Brand erlischt. Somit setzt der zusätzliche Temperaturschalter den Verdichter im Ereignisfall schnell und dauerhaft außer Betrieb. Personenschäden oder auch ein Totalschaden am öleingespritzten Verdichter sowie Folgeschäden können wirksam verhindert werden. Da zumindest einige Bauteile des Verdichters im Ereignisfall vorgeschädigt werden, wird der Verdichter durch den erfindungsgemäßen nicht-selbstrückstellenden zusätzlichen Temperaturschalter solange außer Betrieb gesetzt, bis geeignetes Wartungspersonal eine Reparatur vorgenommen haben und nach Einsetzen eines neuen Thermoschalters eine Wiederinbetriebnahme des öleingespritzten Verdichters erfolgen kann.

Vorzugsweise sollte der zusätzliche Temperaturschalter nach Art einer Schmelzsicherung ausgeführt werden, um ein Wiedereinschalten des Verdichters erst nach der besagten fachmännischen Reparatur zuverlässig sicherzustellen. Denn eine Schmelzsicherung unterbricht dauerhaft in mit dem zusätzlichen Temperaturschalter überbrückten Stromkreis und wird nach Auslösen zuverlässig zerstört, so dass ein zufälliges Wiedereinschalten der Verdichtereinheit ausgeschlossen ist. Zudem sind nach Art von Schmelzsicherungen ausgebildete Temperaturschalter recht einfache Bauteile, welche als Massenartikel bezogen werden können. Hierunter existieren auch besonders schnell reagierende Schmelzsicherungen, welche sich besonders für die erfindungsgegenständliche Anwendung eignen.

Damit der erfindungsgemäße zusätzliche Temperaturschalter im Ereignisfall zuverlässig auslöst, ist dieser vorzugsweise im Austrittsbereich des vorstehend definierten Innenbereichs der Ölabscheidereinrichtung angeordnet, in welchem üblicherweise eine hohe Strömungsgeschwindigkeit der hieraus abströmenden Druckluft herrscht. Daher ist in diesem Bereich im Fall eines Brandes oder einer Verpuffung ein besonders schneller Temperaturanstieg zu beobachten, welcher dann zuverlässig vom zusätzlichen Temperaturschalter erkannt werden kann. Ein besonders geeigneter Ort zur Anordnung des zusätzlichen Temperaturschalters liegt im Bereich zwischen einem auslassseitig der Ölabscheidereinrichtung gewöhnlich angeordneten Druckhalteventil und einer vorgeschalteten Feinabscheidereinheit. Es ist auch optimal, den zusätzlichen

Temperaturschalter ^' im unmittelbaren Bereich nach dem besagten Druckhalteventil auslassseitig im Druckluftstrom anzuordnen. Gemäß einer weiteren, die Erfindung verbessernden'Maßnahme ist vorgesehen, dass bei Auslösen des zusätzlichen Temperaturschalters, welcher ein Stilllegen des öleingespritzten Verdichters durch Abschalten des Antriebs bewirkt, zusätzlich ein Einpressen von Verlöschungsstoffen in den Innenbereich der Ölabscheidereinrichtung erfojgt. Als Verlöschungsstoffe eignen sich allgemein bekannte brandhemmende Substanzen, welche ihrer Umgebung bei Erhitzung durch entsprechende chemische Reaktion Sauerstoff entzieht. Diese Substanzen können pulverformig, schaumartig und dergleichen sein.

Gemäß einer anderen, die Erfindung verbessernden Maßnahme können optische Anzeigemittel vorgesehen werden, welche im Ereignisfall das Auslösen des zusätzlichen Temperaturschalters signalisieren. Der Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, dass der seltene Ereignisfall eines Brandes oder einer Verpufrung innerhalb der Ölabscheidereinrichtung eindeutig vom Wartungspersonal diagnostiziert werden kann, so dass eine zielgerichtete Reparatur möglich ist.

Die vorliegende Erfindung ist nicht allein für einen einstufigen öleingespritzten Verdichter vorgesehen. Es ist dementsprechend möglich, den Verdichter auch als mehrstufige Verdichtereinheit mit je nachgeschalteter Ölabscheidereinrichtung auszubilden, wobei dann an der Ölabscheidereinrichtung jeder Verdichterstufe zusätzliche erfindungsgemäße Temperaturschalter vorzusehen sind.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausfuhrungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

Fig.l einen Längsschnitt durch einen öleingespritzten Verdichter mit nachgeschalteter Ölabscheidereinrichtung, und

Fig.2 einen Längsschnitt durch einen zusätzlichen Temperaturschalter der Ölabscheidereinrichtung. Gemäß Fig.l besteht ein öleingespritzter Schraubenverdichter im Wesentlichen aus einer Verdichtereinheit 1, welche von einem Motor 2 angetrieben wird. Eine innerhalb der Verdichtereinheit über Wälzlageranordnungen drehbar gelagerte Verdichterschraubenanordnung 3 komprimiert in Folge der vom Motor 2 erzeugten Drehbewegung aus der Umgebung angesaugte Luft, welche über einen Einlasskanal 4 zugeführt wird. Im axialen Mittelbereich der Verdichterschraubenanordnung 3 wird aus einem Ölkreislauf 5 Öl zur Schmierung eingespritzt. Das hier zu Schmierungs-, Kühlungsund Dichtungszwecken erforderliche Öl gelangt dabei teilweise in die die Verdichterschraubenanordnung 3 ausgangsseitig verlassende Druckluft. Zum Trennen des Öls von der Druckluft ist der Verdichtereinheit 1 eine Ölabscheidereinrichtung 6 nachgeschaltet.

Die Ölabscheidereinrichtung 6 umfasst einen Ölsumpf 7, in dessen Bereich die von der Verdichtereinheit 1 erzeugte ölhaltige Druckluft in die Ölabscheidereinrichtung 6 einströmt. Diese gelangt zunächst in den Bereich eines Ölvorabscheiders 8. Der Ölvorabscheider 8 trennt Öl von der Druckkraft in Folge einer Schwerkraftwirkung. Das so getrennte Öl gelangt in den Ölsumpf 7. Nach Passieren des Ölvorabscheiders 8 gelangt die bereits teilweise ölfreie Druckluft in einen Feinabscheider 9. Der Feinabscheider 9 ist patronenartig ausgebildet und filtert die teilweise ölfreie Druckluft über den außenradialen Wandungsbereich nach radial innen. Von hier aus gelangt die nun ölfreie Druckluft an einen Auslass 10 der Ölabscheidereinrichtung 6 und von hier aus in das — nicht weiter dargestellte - Druckluftnetz.

Im Bereich des Eintritts der von der Verdichtereinheit 1 erzeugten ölhaltigen Druckluft in die Ölabscheidereinrichtung selbst, ist ein selbstrückstellender Temperaturschalter 11 angeordnet. Der Temperaturschalter 11 schaltet bei Überschreiten einer Grenztemperatur von 120° C die motorbetriebene Verdichtereinheit 1 außer Betrieb. Dies erfolgt durch ein Abschalten des Motors 2. Hierdurch wird ein Eindringen von überhitzter ölhaltiger Druckluft in die Ölabscheidereinrichtung 6 verhindert. Sinkt die Temperatur der einströmenden ölhaltigen Druckluft unter den besagten Temperaturgrenzwert, so wird die Verdichtereinheit 1 wieder in Betrieb genommen. Neben dieser, eine Überhitzung vermeidenden sicherheitstechnischen Einrichtung, ist im Innenbereich der Ölabscheidereinrichtung 6 ein zusätzlicher Temperaturschalter 12 vorgesehen. Der zusätzliche Temperaturschalter 12 erkennt einen in Folge eines Brandes oder einer Verpuffung innerhalb der Ölabscheidereinrichtung 6 ausgelösten Temperaturanstieg und schaltet daraufhin die Verdichtereinheit 1 ab, damit weitere

Folgeschäden vermieden werden. Zu diesem Zwecke ist der zusätzliche Temperaturschalter entgegen dem anderen Temperaturschalter 11 nicht-selbstrückstellend, um eine Wiederinbetriebnahme nach dem besagten, seltenen Ereignisfall zu unterbinden.

Der zusätzliche Temperaturschalter 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel im Bereich zwischen einem auslassseitigen Druckhalteventil 13 und dem vorgeschalteten Feinabscheider 9 im Druckluftstrom angeordnet. Diese Platzierung des zusätzlichen Temperaturschalters 12 ist für den erfmdungsgemäßen Zweck besonders geeignet, da aufgrund der dort herrschenden hohen Strömungsgeschwindigkeit der abströmenden Druckluft und der Nähe zum Feinabscheider 9 der Temperaturanstieg am schnellsten erfolgt und der zusätzliche Temperaturschalter 12 in Folge dessen recht zügig auslöst.

Gemäß Fig.2 besteht der für das hier beschriebene exemplarische Ausführungsbeispiel zum Einsatz kommende zusätzliche Temperaturschalter 12 aus einem druckdichten äußeren Rohr 14, an dessen proximalem Ende eine Verschraubung 15 ausgebildet ist. Die

Verschraubung 15 dient dem Einschrauben des Temperaturschalters 12 in das Gehäuse der - hier nicht weiter dargestellten - Ölabscheidereinrichtung. Innerhalb des druckdichten Rohres 14 ist an dessen distalem Ende eine thermische Schmelzsicherung 16 untergebracht, welche bei Überschreiten einer zu definierenden zulässigen Grenztemperatur öffnet und somit den über die beiden Anschlussleitungen 17 geführten Stromkreis unterbricht. Der Innenraum des druckdichten Rohres 14 ist mit einer Füllmasse 18 versiegelt. Der nicht-selbstrückstellende Temperaturschalter 12 befindet sich mit seinem Wirkbereich 19 innerhalb der aus der Ölabscheidereinrichtung 6 abströmenden Druckluft.

Die vorliegende Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es können auch Abwandlungen hiervon durch den Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche umfasst sein. So ist es beispielsweise auch möglich, einen anderen Typ eines öleingespritzten Verdichters, wie ^' beispielsweise einen Flügelzellenverdichter, zu verwenden, soweit dieser eine ήachgeschaltete Ölabscheidereinrichtung besitzt, welche natürlich nicht unmittelbar der Verdichtereinheit nachgeschaltet zu werden braucht. Des Weiteren kann die öleinspritzende Verdichtereinheit auch als eine mehrstufige Verdichtereinheit mit je einer nachgeschalteten Ölabscheidereinrichtung ausgeführt werden. In diesem Falle wäre jede Ölabscheidereinrichtung mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten zusätzlichen Temperaturschalter zu versehen.

Bezugszeichen liste

1 Verdichtereinheit

2 Motor 3 Verdichterschraubenanordnung

4 Einlasskanal

5 Ölkreislauf

6 Ölabscheidereinrichtung

7 Ölsumpf 8 Ölvorabscheider

9 Feinabscheider

10 Auslass

11 Temperaturschalter

12 zusätzlicher Temperaturschalter 13 Druckhalteventil

14 Rohr

15 Verschraubung

16 Schmelzsicherung

17 Anschlussleitungen 18 Füllmasse

19 Wirkbereich