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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schraubenkompressor für ein Nutzfahrzeug mit wenigstens einer weiblichen Schraube, wenigstens einer männlichen Schraube, die mit der weiblichen Schraube kämmt und mit wenigstens einem Schraubenkompressorantrieb.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits Schraubenkompressoren für Nutzfahrzeuge bekannt. Derartige Schraubenkompressoren werden verwendet, um die notwendige Druckluft für beispielsweise das Bremssystem des Nutzfahrzeugs bereitzustellen.
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In diesem Zusammenhang sind insbesondere Öl befüllte Kompressoren, insbesondere auch Schraubenkompressoren bekannt, bei denen sich als Aufgabe stellt, die Öltemperatur zu regulieren. Dies wird in der Regel dadurch bewerkstelligt, dass ein externer Ölkühler vorhanden ist, der mit dem Öl befüllten Kompressor und dem Ölkreislauf über ein Thermostatventil verbunden ist. Der Ölkühler ist dabei ein Wärmetauscher, der zwei voneinander getrennte Kreisläufe aufweist, wobei der erste Kreislauf für die heiße Flüssigkeit, also das Kompressoröl, vorgesehen ist und der zweite für die Kühlflüssigkeit. Als Kühlflüssigkeit können beispielsweise Luft, Wassergemische mit einem Frostschutzmittel oder einem anderen Öl verwendet werden.
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Dieser Ölkühler muss sodann mit dem Kompressorölkreislauf über Rohre oder Schläuche verbunden werden und der Ölkreislauf muss gegen Leckagen gesichert werden.
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Dieses externe Volumen muss des Weiteren mit Öl befüllt werden, so dass auch die Gesamtmenge an Öl vergrößert wird. Dadurch wird die Systemträgheit vergrößert. Darüber hinaus muss der Ölkühler mechanisch untergebracht und befestigt werden, entweder durch umliegend befindliche Halterungen oder durch eine gesonderte Halterung, was zusätzliche Bestigungsmittel, aber auch Bauraum benötigt.
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Aus der
DE 41 11 110 C2 ist bereits eine Rotationsverdrängungsmaschine in schraubenbauweise sowie ein Verfahren zur Oberflächenbeschichtung ihrer Rotoren bekannt. Die Rotationsverdrängungsmaschine, die als Schraubenkompressor ausgebildet sein kann, weist dabei eine Anordnung auf, in der beide Rotoren angetrieben werden können.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schraubenkompressor für ein Nutzfahrzeug der eingangs genannten Art in vorteilhafter Weise weiterzubilden, insbesondere dahingehend, dass ein Schraubenkompressor für ein Nutzfahrzeug vergleichsweise effizient und bei geringer Geräuschentwicklung betrieben werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Schraubenkompressor für ein Nutzfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Danach ist vorgesehen, dass ein Schraubenkompressor für ein Nutzfahrzeug wenigstens eine weibliche Schraube, wenigstens eine männliche Schraube, die mit der weiblichen Schraube kämmt, und wenigstens einen Schraubenkompressorantrieb aufweist, wobei der Schraubenkompressorantrieb die weibliche Schraube antreibt.
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Die Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, dass üblicherweise die weibliche Schraube bei einem Schraubenkompressor langsamer dreht als die männliche Schraube. Die Drucklufterzeugungsleistung hängt jedoch von der Drehzahl der Schrauben ab, was wiederum die Drehzahl des Antriebs beeinflusst. Bei gewissen Drehzahlen des Schraubenkompressorantriebs, insbesondere bei Überschreiten bestimmter Drehzahlen, verhält es sich jedoch so, dass die Geräuschentwicklung des Schraubenkompressorantriebs deutlich zunimmt. Durch den Antrieb der langsam drehenderen Schraube kann erreicht werden, dass bei gleicher Drehzahl des Schraubenkompressorantriebs eine höhere Drehzahl der nicht angetriebenen männlichen Schraube erreicht wird, wodurch insgesamt bei gleicher Geräuschentwicklung eine höhere Verdichterleistung des Schraubenkompressors erzielt werden kann.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Anzahl der Zähne der weiblichen Schraube höher ist als die der männlichen Schraube. Hierdurch wird es möglich, dass Verhältnis der Drehgeschwindigkeiten der weiblichen Schraube und der männlichen Schraube entsprechend zueinander einstellen zu können.
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Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass das Übersetzungsverhältnis von weiblicher Schraube zu männlicher Schraube zwei zu drei beträgt. Somit wird es möglich, die Geschwindigkeitsverhältnisse ebenfalls im Verhältnis zwei zu drei einstellen zu können.
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Dabei kann die weibliche Schraube 6 Zähne und die männliche Schraube 4 Zähne aufweisen. Hierdurch wird es möglich, eine vergleichsweise einfache Gestaltung und ein sehr effektives Übersetzungsverhältnis zu erreichen. Eine einfache Herstellung ist möglich und ein vergleichsweise geräuscharmer Betrieb bei hoher Verdichterleistung kann erreicht werden.
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Die weibliche Schraube und die männliche Schraube können im Wesentlichen denselben Nenndurchmesser aufweisen. Hierdurch wird das Kämmen der männlichen Schraube und der weiblichen Schraube miteinander vereinfacht. Außerdem wird auch die Lagerung der Schrauben im Gehäuse des Schraubenkompressors hierdurch verbessert.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die männliche Schraube ausschließlich durch die weibliche Schraube angetrieben wird. Hierdurch wird eine einfache Ausgestaltung des Schraubenkompressors erreicht. Auch die Effizienz des Schraubenkompressors insgesamt wird hierdurch verbessert.
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Die Drehmomentübertragung vom Schraubenkompressorantrieb auf die weibliche Schraube kann im Wesentlichen koaxial erfolgen. Hierdurch wird es möglich, dass der Eintrag von Radialkräften und radial eingreifenden Momenten auf die weibliche Schraube verringert wird. Eine Verbesserung der Lebensdauer wird hierdurch möglich. Außerdem können so besser höhere Drehgeschwindigkeiten und Drehzahlen realisiert werden.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nun anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Schnittzeichnung durch einen erfindungsgemäßen Schraubenkompressor;
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2 eine schematische Frontansicht auf die miteinander kämmenden männliche und weibliche Schraube des Schraubenkompressors; und
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3 eine perspektivische Ansicht auf die männliche und weibliche Schraube gemäß 2.
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1 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung einen Schraubenkompressor 10 im Sinne eines Ausführungsbeispiels für die vorliegende Erfindung.
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Der Schraubenkompressor 10 weist einen Befestigungsflansch 12 zur mechanischen Befestigung des Schraubenkompressors 10 an einem hier nicht näher gezeigten Elektromotor auf.
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Gezeigt ist jedoch die Eingangswelle 14, über die das Drehmoment vom Elektromotor auf eine der beiden Schrauben 16 und 18, nämlich die Schraube 16 übertragen wird.
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Die Schraube 18 kämmt mit der Schraube 16 und wird über diese angetrieben.
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Der Schraubenkompressor 10 weist ein Gehäuse 20 auf, in dem die wesentlichen Komponenten des Schraubenkompressors 10 untergebracht sind.
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Das Gehäuse 20 ist mit Öl 22 befüllt.
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Lufteingangsseitig ist am Gehäuse 20 des Schraubenkompressors 10 ein Einlassstutzen 24 vorgesehen. Der Einlassstutzen 24 ist dabei derart ausgebildet, dass an ihm ein Luftfilter 26 angeordnet ist. Außerdem ist radial am Lufteinlassstutzen 24 ein Lufteinlass 28 vorgesehen.
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Im Bereich zwischen Einlassstutzen 24 und der Stelle, an dem der Einlassstutzen 24 am Gehäuse 20 ansetzt, ist ein federbelasteter Ventileinsatz 30 vorgesehen, hier als Axialdichtung ausgeführt.
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Dieser Ventileinsatz 30 dient als Rückschlagventil.
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Stromabwärts des Ventileinsatzes 30 ist ein Luftzuführkanal 32 vorgesehen, der die Luft den beiden Schrauben 16, 18 zuführt.
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Ausgangsseitig der beiden Schrauben 16, 18 ist ein Luftauslassrohr 34 mit einer Steigleitung 36 vorgesehen.
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Im Bereich des Endes der Steigleitung 36 ist ein Temperaturfühler 38 vorgesehen, mittels dessen die Öltemperatur überwachbar ist.
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Weiter vorgesehen ist im Luftauslassbereich ein Halter 40 für ein Luftentölelement 42.
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Der Halter 40 für das Luftentölelement weist im montierten Zustand im dem Boden zugewandten Bereich (wie auch in 1 gezeigt) das Luftentölelement 42 auf.
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Weiter vorgesehen ist im Inneren des Luftentölelements 42 ein entsprechendes Filtersieb bzw. bekannte Filter- und Ölabscheidevorrichtungen 44, die nicht näher im Einzelnen spezifiziert werden.
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Im zentralen oberen Bereich, bezogen auf den montierten und betriebsfertigen Zustand (also wie in 1 gezeigt), weist der Halter für das Luftentölelement 40 eine Luftausgangsöffnung 46 auf, die zu einem Rückschlagventil 48 und einem Mindestdruckventil 50 führen. Das Rückschlagventil 48 und das Mindestdruckventil 50 können auch in einem gemeinsamen, kombinierten Ventil ausgebildet sein.
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Nachfolgend des Rückschlagventils 48 ist der Luftauslass 51 vorgesehen.
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Der Luftauslass 51 ist mit entsprechend bekannten Druckluftverbrauchern in der Regel verbunden.
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Um das im Luftentölelement 42 befindliche und abgeschiedene Öl 22 wieder in das Gehäuse 20 zurückzuführen, ist eine Steigleitung 52 vorgesehen, die ausgangs des Halters 40 für das Luftentölelement 42 beim Übertritt in das Gehäuse 20 ein Filter- und Rückschlagventil 54 aufweist.
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Stromabwärts des Filter- und Rückschlagventils 54 ist in einer Gehäusebohrung eine Düse 56 vorgesehen. Die Ölrückführleitung 58 führt zurück in etwa den mittleren Bereich der Schraube 16 oder der Schraube 18, um dieser wieder Öl 22 zuzuführen.
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Im im montierten Zustand befindlichen Bodenbereich des Gehäuses 20 ist eine Ölablassschraube 59 vorgesehen. Über die Ölablassschraube 59 kann eine entsprechende Ölablauföffnung geöffnet werden, über die das Öl 22 abgelassen werden kann.
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Im unteren Bereich des Gehäuses 20 ist auch der Ansatz 60 vorhanden, an dem der Ölfilter 62 befestigt wird. Über einen Ölfiltereinlasskanal 64, der im Gehäuse 20 angeordnet ist, wird das Öl 22 zunächst zu einem Thermostatventil 66 geleitet.
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Anstelle des Thermostatventils 66 kann eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung vorgesehen sein, mittels derer die Öltemperatur des im Gehäuse 20 befindlichen Öls 22 überwachbar und auf einen Sollwert einstellbar ist.
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Stromabwärts des Thermostatventils 66 ist sodann der Öleinlass des Ölfilters 62, der über eine zentrale Rückführleitung 68 das Öl 22 wieder zurück zur Schraube 18 oder zur Schraube 16, aber auch zum ölgeschmierten Lager 70 der Welle 14 führt. Im Bereich des Lagers 70 ist auch eine Düse 72 vorgesehen, die im Gehäuse 20 im Zusammenhang mit der Rückführleitung 68 vorgesehen ist.
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Der Kühler 74 ist am Ansatz 60 angeschlossen.
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Im oberen Bereich des Gehäuses 20 (bezogen auf den montierten Zustand) befindet sich ein Sicherheitsventil 76, über das ein zu großer Druck im Gehäuse 20 abgebaut werden kann.
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Vor dem Mindestdruckventil 50 befindet sich eine Bypassleitung 78, die zu einem Entlastungsventil 80 führt. Über dieses Entlastungsventil 80 das mittels einer Verbindung mit der Luftzuführung 32 angesteuert wird kann Luft in den Bereich des Lufteinlasses 28 zurückgeführt werden. In diesem Bereich kann ein nicht näher gezeigtes Entlüftungsventil und auch eine Düse (Durchmesserveringerung der zuführenden Leitung) vorgesehen sein.
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Darüber hinaus kann ungefähr auf Höhe der Leitung 34 in der Außenwand des Gehäuses 20 ein Öllevelsensor 82 vorgesehen sein. Dieser Öllevelsensor 82 kann beispielsweise ein optischer Sensor sein und derart beschaffen und eingerichtet, dass anhand des Sensorsignals erkannt werden kann, ob der Ölstand im Betrieb oberhalb des Öllevelsensors 82 ist oder ob der Öllevelsensor 82 frei liegt und hierdurch der Ölstand entsprechend gefallen ist.
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Im Zusammenhang mit dieser Überwachung kann auch eine Alarmeinheit vorgesehen sein, die eine entsprechende Fehlermeldung oder Warnmeldung an den Nutzer des Systems ausgibt bzw. weiterleitet.
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Die Funktion des in 1 gezeigten Schraubenkompressors 10 ist dabei wie folgt:
Luft wird über den Lufteinlass 28 zugeführt und gelangt über das Rückschlagventil 30 zu den Schrauben 16, 18, wo die Luft komprimiert wird. Das komprimierte Luft-Öl-Gemisch, das mit einem Faktor zwischen 5- bis 16facher Komprimierung nach den Schrauben 16 und 18 durch die Auslassleitung 34 über das Steigrohr 36 aufsteigt, wird direkt auf den Temperaturfühler 38 geblasen.
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Die Luft, die noch teilweise Ölpartikel trägt, wird sodann über den Halter 40 in das Luftentölelement 42 geführt und gelangt, sofern der entsprechende Mindestdruck erreicht wird, in die Luftauslassleitung 51.
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Das im Gehäuse 20 befindliche Öl 22 wird über den Ölfilter 62 und ggf. über den Wärmetauscher 74 auf Betriebstemperatur gehalten.
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Sofern keine Kühlung notwendig ist, wird der Wärmetauscher 74 nicht verwendet und ist auch nicht zugeschaltet.
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Die entsprechende Zuschaltung erfolgt über das Thermostatventil 68. Nach der Aufreinigung im Ölfilter 64 wird über die Leitung 68 Öl der Schraube 18 oder der Schraube 16, aber auch dem Lager 72 zugeführt. Die Schraube 16 oder die Schraube 18 wird über die Rückführleitung 52, 58 mit Öl 22 versorgt, hier erfolgt die Aufreinigung des Öls 22 im Luftentölelement 42.
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Über den nicht näher gezeigten Elektromotor, der sein Drehmoment über die Welle 14 auf die Schraube 16 überträgt, die wiederum mit der Schraube 18 kämmt, werden die Schrauben 16 und 18 des Schraubenkompressors 10 angetrieben.
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Über das nicht näher gezeigte Entlastungsventil 80 wird sichergestellt, dass im Bereich der Zuleitung 32 nicht der hohe Druck, der im Betriebszustand beispielsweise ausgangsseitig der Schrauben 16, 18 herrscht, eingesperrt werden kann, sondern dass insbesondere beim Anlaufen des Kompressors im Bereich der Zuleitung 32 stets ein niedriger Eingangsdruck, insbesondere Atmosphärendruck, besteht. Andernfalls würde mit einem Anlaufen des Kompressors zunächst ein sehr hoher Druck ausgangsseitig der Schrauben 16 und 18 entstehen, der den Antriebsmotor überlasten würde.
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2 zeigt in Frontaldarstellung die miteinander kämmende weibliche Schraube 16 und die männliche Schraube 18.
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Wie dies gut aus 2 ersichtlich ist, weist die weibliche Schraube 16 sechs identisch aufgebaute gleichmäßig über den Umfang verteilte Schraubenzähne 100 auf.
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Demgegenüber weist die männliche Schraube 18 vier ebenfalls gleichmäßig über den Umfang verteilte Schraubenzähne 102 auf.
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Die Anzahl der Zähne 100 der weiblichen Schraube 16 ist damit höher als die der männlichen Schraube 18.
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Durch eine derartige Ausgestaltung wird ein Übersetzungsverhältnis von weiblicher Schraube 16 zu männlicher Schraube 18 von zwei zu drei ausgebildet.
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Die weibliche Schraube 16 und die männliche Schraube 18 weisen im Wesentlichen den selben Nenndurchmesser auf.
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Wie dies weiter aus 3 ersichtlich ist, die eine perspektivische Ansicht auf die Schrauben 16, 18 zeigt, wird die männliche Schraube 18 ausschließlich durch die weibliche Schraube 16 angetrieben.
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Die weibliche Schraube 16 ist mit einer Axialkupplung 104 versehen, über die die Eingangswelle 14 der weiblichen Schraube 16 axial vom Schraubenkompressorantrieb, hier ein nicht näher dargestellter E-Motor, angetrieben wird.
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Der Schraubenkompressorantrieb treibt somit ausschließlich die weibliche Schraube 16 an.
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Die Drehmomentübertragung vom Schraubenkompressorantrieb auf die weibliche Schraube 16 erfolgt im Wesentlichen koaxial.
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Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, dass die Drehzahl der weiblichen Schraube 16 beispielsweise bei ca. 1.000 Umdrehungen pro Minute liegt, wohingegen die Drehzahl der männlichen Schraube 18 bei ca. 1.500 Umdrehungen pro Minute liegt (Drehzahlverhältnisse bei höherer oder niedrigerer Drehzahl verhalten sich entsprechend).
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Somit wird also erreicht, dass die Drehzahl von dem Schraubenkompressorantrieb und der weiblichen Schraube 16 identisch ist, wohingegen die Drehzahl der männlichen Schraube 18 deutlich höher ist. Um die Drucklufterzeugungsleistung möglichst hoch zu gestalten, muss die sog. tip speed, also die Geschwindigkeit der Zahnspitzen möglichst hoch gewählt sein, was durch die gewählte Ausgestaltung erreicht werden kann.
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Durch die koaxiale Drehmomentübertragung vom Schraubenkompressor auf die weibliche Schraube 16 wird dieses noch weiter unterstützt und zudem auch die Lagerung der weiblichen und männlichen Schrauben 16, 18 bedeutend vereinfacht.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Schraubenkompressor
- 12
- Befestigungsflansch
- 14
- Eingangswelle
- 16
- Schrauben
- 18
- Schrauben
- 20
- Gehäuse
- 22
- Öl
- 24
- Einlassstutzen
- 26
- Luftfilter
- 28
- Lufteinlass
- 30
- Ventileinsatz
- 32
- Luftzuführkanal
- 34
- Luftauslassrohr
- 36
- Steigleitung
- 38
- Temperaturfühler
- 40
- Halter für ein Luftentölelement
- 42
- Luftentölelement
- 44
- Filtersieb bzw. bekannte Filter- bzw. Ölabscheidevorrichtungen
- 46
- Luftausgangsöffnung
- 48
- Rückschlagventil
- 50
- Mindestdruckventil
- 51
- Luftauslass
- 52
- Steigleitung
- 54
- Filter- und Rückschlagventil
- 56
- Düse
- 58
- Ölrückführleitung
- 59
- Ölablassschraube
- 60
- Ansatz
- 60a
- äußerer Ring
- 60b
- innerer Ring
- 62
- Ölfilter
- 64
- Ölfiltereinlasskanal
- 66
- Thermostatventil
- 68
- Rückführleitung
- 70
- Lager
- 72
- Düse
- 74
- Kühler, Wärmetauscher
- 76
- Sicherheitsventil
- 78
- Bypassleitung
- 80
- Entlastungsventil
- 82
- Öllevelsensor
- 100
- Schraubenzähne
- 102
- Schraubenzähne
- 104
- Axialkupplung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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