DE102017106525A1

DE102017106525A1 - Drehzahlerhöher und Zentrifugalkompressor

Info

Publication number: DE102017106525A1
Application number: DE102017106525.3A
Authority: DE
Inventors: Ryosuke FUKUYAMA; Kaho TAKEUCHI
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2016-03-28
Filing date: 2017-03-27
Publication date: 2017-09-28
Also published as: US20170276144A1; US10760584B2

Abstract

Ein Drehzahlerhöher beinhaltet eine hochtourige Welle, eine die hochtourige Welle umgebende und durch eine Rotation einer niedertourigen Welle rotierbare ringförmige Umfangswand, wobei die Umfangswand eine innere Umfangsoberfläche und eine Erhebung aufweist, die sich von der inneren Umfangsoberfläche in einer Radialrichtung der hochtourigen Welle nach innen erstreckt, und eine Rolle, die zwischen der hochtourigen Welle und der Umfangswand angeordnet ist und eine äußere Umfangsoberfläche aufweist, die sowohl mit der Erhebung als auch einer äußeren Umfangsoberfläche der hochtourigen Welle in Kontakt ist. Ein Zentrifugalkompressor beinhaltet den Drehzahlerhöher, einen die niedertourige Welle zu einer Rotation antreibenden Elektromotor und einen an der hochtourigen Welle angeordneten Impeller.

Description

TECHNISCHER HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehzahlerhöher und einen mit dem Drehzahlerhöher ausgestatteten Zentrifugalkompressor.
Ein Drehzahlerhöher, der die Rotation einer niedertourigen Welle auf eine hochtourige Welle überträgt, ist dem der vorliegenden Erfindung zugehörigen Stand der Technik bekannt. Die Druckschrift JP 2003-314446 offenbart einen Drehzahlerhöher mit einer Umfangswand, die durch die Drehung einer niedertourigen Welle rotierbar ist, einer hochtourigen Welle, innerhalb der die Umfangswand angeordnet ist, und einer Rolle, die zwischen der Umfangswand und der hochtourigen Welle angeordnet ist und eine äußere Umfangsoberfläche hat, die mit der inneren Umfangsoberfläche der Umfangswand und der äußeren Umfangsoberfläche der hochtourigen Welle in Kontakt steht. Die Rolle und die hochtourige Welle werden durch eine Verengung der Umfangswand gehalten.
Gemäß dem Drehzahlerhöher des oben angeführten Dokuments wird ein Ölfilm (elastohydrodynamischer Schmierfilm) an einem Kontaktbereich zwischen der Umfangswand und der Rolle und an einem Kontaktbereich zwischen der Rolle und der hochtourigen Welle bei der Rotation der Umfangswand gebildet, und die Rotation wird durch den Ölfilm übertragen.
Damit der Ölfilm während der Rotation stabil gebildet werden kann, muss ein gewisser Druck auf den Kontaktbereich der inneren Umfangsoberfläche der Umfangswand und der äußeren Umfangsoberfläche der Rolle und auch auf den Kontaktbereich zwischen der äußeren Umfangsoberfläche der Rolle und der äußeren Umfangsoberfläche der hochtourigen Welle aufgebracht werden.
Da die hochtourige Welle und die Rolle an ihren äußeren Randoberflächen miteinander in Kontakt stehen, neigt der Flächenbereich des Kontaktbereichs dazu, klein zu werden. Andererseits stehen die Umfangswand und die Rolle an der inneren Umfangsoberfläche der Umfangswand und der äußeren Umfangsoberfläche der Rolle in Kontakt, so dass der Kontaktbereich zwischen der Umfangswand und der Rolle größer ist als der Kontaktbereich zwischen der hochtourigen Welle und der Rolle. Folglich neigt der Druck an dem Kontaktbereich zwischen der Umfangswand und der Rolle dazu, klein zu werden.
In einem solchen Fall, wenn eine Verengung der Umfangswand erhöht wird, um den Druck in dem Kontaktbereich zwischen der Umfangswand und der Rolle zu erhöhen, besteht die Gefahr, dass sich der Leistungsverlust zwischen der hochtourigen Welle und der Rolle erhöhen und die hochtourige Welle einer erhöhten Last ausgesetzt sein könnte.
Die vorliegende Erfindung, die angesichts vorstehender Probleme gemacht wurde, ist darauf gerichtet, einen Drehzahlerhöher, welcher Leistung erfolgreich von der Umfangswand auf die hochtourige Welle überträgt, und einen mit einem solchen Drehzahlerhöher ausgestatteten Zentrifugalkompressor bereitzustellen.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Drehzahlerhöher bereitgestellt, aufweisend: eine hochtourige Welle, eine die hochtourige Welle umgebende und mit einer Rotation einer niedertourigen Welle rotierbare ringförmige Umfangswand, wobei die Umfangswand eine innere Umfangsoberfläche und eine Erhebung aufweist, die sich von der inneren Umfangsoberfläche in einer Radialrichtung der hochtourigen Welle nach innen erstreckt und eine Rolle, die zwischen der hochtourigen Welle und der Umfangswand angeordnet ist und eine äußere Umfangsoberfläche aufweist, die sowohl mit der Erhebung als auch einer äußeren Umfangsoberfläche der hochtourigen Welle in Kontakt ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Zentrifugalkompressor bereitgestellt, aufweisend: eine niedertourige Welle, einen die niedertourige Welle zu einer Rotation antreibenden Elektromotor, einen Drehzahlerhöher mit einer hochtourigen Welle, einer die hochtourige Welle umgebenden und mit einer Rotation einer niedertourigen Welle rotierbaren ringförmigen Umfangswand, wobei die Umfangswand eine innere Umfangsoberfläche und eine Erhebung aufweist, die sich von der inneren Umfangsoberfläche in einer Radialrichtung der hochtourigen Welle nach innen erstreckt und einer Rolle, die zwischen der hochtourigen Welle und der Umfangswand angeordnet ist und eine äußere Umfangsoberfläche aufweist, die sowohl mit der Erhebung als auch einer äußeren Umfangsoberfläche der hochtourigen Welle in Kontakt ist und einen an der hochtourigen Welle montierten Impeller.
Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenschau mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlich werden, welche die Grundprinzipien der Erfindung beispielhaft veranschaulichen.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist ein schematischer Längsschnitt eines Drehzahlerhöhers und eines Zentrifugalkompressors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2A ist ein Querschnitt entlang der Linie II-II der 1;
2B ist eine vergrößerte Teildarstellung der 2A;
3 ist ein fragmentarischer vergrößerter schematischer Querschnitt, der einen ersten ringförmigen Kontaktbereich gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt;
4 ist ein fragmentarischer vergrößerter schematischer Querschnitt, der einen ersten ringförmigen Kontaktbereich gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt;
5 ist ein fragmentarischer vergrößerter schematischer Querschnitt, der eine Erhebung eines Drehzahlerhöhers gemäß einem weiteren Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden ein Drehzahlerhöher und ein mit einem solchen Drehzahlerhöher ausgestatteter Zentrifugalkompressor gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Der Zentrifugalkompressor der vorliegenden Ausführungsform ist an einem Brennstoffzellenfahrzeug (FCV) mit einer Brennstoffzellenbatterie montiert und fördert Luft zu der Brennstoffzellenbatterie.
Mit Bezugnahme auf 1 ist ein Zentrifugalkompressor 10 gezeigt, der eine niedertourige Welle 11, eine hochtourige Welle 12, einen die niedertourige Welle 11 zu einer Rotation antreibenden Elektromotor 13, einen die Drehgeschwindigkeit einer niedertourigen Welle 11 erhöhenden und auf die hochtourige Welle 12 übertragenden Drehzahlerhöher 14 und ein ein Fluid (in der vorliegenden Ausführungsform Luft) mittels der Rotation der hochtourigen Welle 12 verdichtendes Verdichtungsteil 15 aufweist. Der Anschaulichkeit halber sind die niedertourige und die hochtourige Welle 11, 12 in 1 in einer Seitenansicht gezeigt. Die niedrigtourige und die hochtourige Welle 11, 12 sind aus einem Metall wie einem Stahl oder einer Stahllegierung gemacht.
Der Zentrifugalkompressor 10 weist ein Gehäuse 20 auf, das die äußere Schale des Zentrifugalkompressors 10 bildet. Das Gehäuse 20 beherbergt die niedrigtourige und die hochtourige Welle 11, 12, den Elektromotor 13, den Drehzahlerhöher 14 und das Verdichtungsteil 15. Das Gehäuse 20 hat eine im Wesentlichen zylindrische Form und hat Stirnflächen 20a, 20b an den jeweiligen Axialenden des Gehäuses 20.
Das Gehäuse 20 weist ein den Elektromotor 13 beherbergendes Motorgehäuse 21, ein den Drehzahlerhöher 14 beherbergendes Drehzahlerhöhergehäuse 22 und ein Kompressorgehäuse 23 mit einem Ansaugkanal 23a, durch welchen ein Fluid angesaugt wird, auf. Der Ansaugkanal 23a ist in einem Endabschnitt des Kompressorgehäuses 23 an der Stirnfläche 20a ausgebildet. Das Kompressorgehäuse 23, das Drehzahlerhöhergehäuse 22 und das Motorgehäuse 21 sind vom Ansaugkanal 23a aus gesehen in dieser Reihenfolge in Axialrichtung des Gehäuses 20 angeordnet. Das Gehäuse 20 beinhaltet weiter eine zwischen dem Drehzahlerhöhergehäuse 22 und dem Kompressorgehäuse 23 angeordnete Platte 24.
Der Zentrifugalkompressor 10 der vorliegenden Ausführungsform ist derart in einer horizontalen Position des Fahrzeugs montiert, dass die Axialrichtung des Gehäuses 20 mit der Horizontalrichtung des Fahrzeugs korrespondiert. Zudem korrespondiert die in 1 gezeigte Vertikalrichtung mit der Vertikalrichtung des Fahrzeugs.
Das Motorgehäuse 21 hat eine bodenseitig geschlossene im Wesentlichen zylindrische Form und weist einen Bodenabschnitt 21a auf. Die Außenfläche des Bodenabschnitts 21a des Motorgehäuses 21 bildet die Stirnfläche 20b des Gehäuses 20, welche an dem den Ansaugkanal 23a aufweisenden Stirnfläche 20a gegenüberliegenden Ende angeordnet ist. Das Drehzahlerhöhergehäuse 22 hat ebenfalls eine im Wesentlichen zylindrische Form und beinhaltet einen Bodenabschnitt 22a.
Das Motorgehäuse 21 und das Drehzahlerhöhergehäuse 22 sind so verbunden, dass das offene Ende des Motorgehäuses 21 mit dem Bodenabschnitt 22a des Drehzahlerhöhergehäuses 22 einen Stoß bildend angeordnet ist. Die Innenfläche des Motorgehäuses 21 und die dem Motorgehäuse 21 zugewandte Fläche des Bodenabschnitts 22a des Drehzahlerhöhergehäuses 22 wirken zusammen, um eine Motorkammer S1 zu formen, in welcher der Elektromotor 13 angeordnet ist. Die niedertourige Welle 11 ist derart in der Motorkammer S1 untergebracht, dass die Rotationsachse der niedertourigen Welle 11 sich in Axialrichtung des Gehäuses 20 erstreckt.
Die niedertourige Welle 11 ist rotierbar an dem Gehäuse 20 gelagert. Ein zylindrischer erster Lagerdom 31 erstreckt sich vom Bodenabschnitt 21a des Motorgehäuses 21 aus zum Drehzahlerhöhergehäuse 22. Der erste Lagerdom 31 hat einen größeren Durchmesser als der Durchmesser eines Endes 11a der niedertourigen Welle 11, welches zur Stirnfläche 20b des Gehäuses 20 benachbart angeordnet ist. Das eine Ende 11a der niedertourigen Welle 11 ist in den ersten Lagerdom 31 eingefügt, und ein erstes Lager 32 ist in dem ersten Lagerdom 31 montiert und lagert die niedertourige Welle 11 rotierbar an ihrem einen Ende 11a.
Ein Loch 22b mit einem größeren Durchmesser als das andere Ende 11b der niedertourigen Welle 11 wird durch den Bodenabschnitt 22a des Drehzahlerhöhergehäuses 22 ausgebildet. Der Bodenabschnitt 22a hat einen zylindrischen zweiten Lagerdom 33, der sich von dem äußeren Rand des Lochs 22b aus zum Motorgehäuse 21 oder dem ersten Lagerdom 31 hin erstreckt. Das andere Ende 11b der niedertourigen Welle 11 ist in den zweiten Lagerdom 33 eingefügt, und ein zweites Lager 34, welches die niedertourige Welle 11 rotierbar lagert, ist zwischen der Innenfläche des zweiten Lagerdoms 33 und dem anderen Ende 11b der niedertourigen Welle 11 angeordnet. Der zweite Lagerdom 33 des Bodenabschnitts 22a hat einen vorkragenden Abschnitt 35, der sich an einer Grenze zwischen der inneren Umfangsoberfläche des Lochs 22b und der inneren Umfangsoberfläche des zweiten Lagerdoms 33 radial nach Innen erstreckt. Das zweite Lager 34 ist in dem durch den zweiten Lagerdom 33 und den vorkragenden Abschnitt 35 gebildeten Raum angeordnet.
Wie in 1 gezeigt ist das andere Ende 11b der niedertourigen Welle 11 in das Loch 22b des Drehzahlerhöhergehäuses 22 eingefügt, so dass ein Teil der niedertourigen Welle 11 in dem Drehzahlerhöhergehäuse 22 angeordnet ist. Ein Dichtelement 36 ist zwischen der inneren Umfangsoberfläche des Lochs 22b des Drehzahlerhöhergehäuse 22 und dem anderen Ende 11b der niedertourigen Welle 11 angeordnet, um ein Ausfließen von Öl aus dem Drehzahlerhöhergehäuse 22 in die Motorkammer S1 hinein zu verhindern. Das Dichtelement 36 ist auf der dem zweiten Lager 34 gegenüberliegenden Seite des vorkragenden Abschnitts 35 und in dem Bereich zwischen der inneren Umfangsoberfläche des Lochs 22b des Drehzahlerhöhergehäuses 22 und dem anderen Ende 11b der niedertourigen Welle 11 angeordnet.
Wie in 1 gezeigt ist ein Positionierelement 37 an der niedertourigen Welle 11 fixiert, um die niedertourige Welle 11 relativ zum Gehäuse 20 zu positionieren. Das Positionierelement 37 ist an der zum Elektromotor 13 benachbarten Seite des zweiten Lagers 34 angeordnet. Das Positionierelement 37 hat eine sich von der äußeren Umfangsoberfläche der niedertourigen Welle 11 aus nach radial auswärts erstreckende Scheibenform. Das Positionierelement 37 steht in Kontakt mit dem zweiten Lager 34. Ein solcher Kontakt des zweiten Lagers 34 mit dem Positionierelement 37 verhindert eine Verschiebung der niedertourigen Welle 11 in deren Axialrichtung, welche auftreten kann, wenn die niedertourige Welle 11 einer von dem einen Ende 11a zu dem anderen Ende 11b gerichteten Axialkraft ausgesetzt ist.
Der Elektromotor 13 beinhaltet einen Rotor 41, der an der niedertourigen Welle 11 fixiert ist, und einen Stator 42, der radial auswärts des Rotors 41 angeordnet und an der inneren Umfangsoberfläche des Motorgehäuses 21 fixiert ist. Der Rotor 41 und der Stator 42 sind koaxial mit der niedertourigen Welle 11 angeordnet. Der Rotor 41 und der Stator 42 liegen einander in Radialrichtung der niedertourigen Welle 11 gegenüber.
Der Stator 42 beinhaltet einen zylindrischen Statorkern 43 und eine um den Statorkern 43 gewundene Spule 44. Mittels der durch eine elektrische Spannung erregten Spule 44 werden Rotor 41 und die niedertourige Welle 11 gemeinsam rotiert.
Die Platte 24 des Gehäuses 20 hat eine Scheibenform mit einem Durchmesser, der im Wesentlichen derselbe ist, wie der des Drehzahlerhöhergehäuses 22. Die Platte 24 ist an deren ersten Fläche 24a mit dem offenen Ende des bodenseitig geschlossenen zylindrischen Drehzahlerhöhergehäuses 22 verbunden. Eine Drehzahlerhöherkammer S2 wird durch die erste Fläche 24a der Platte 24 und die Innenfläche des Drehzahlerhöhergehäuses 22 ausgebildet.
Die Platte 24 hat ein Loch 24b, in welches die hochtourige Welle 12, welche einen Teil des Drehzahlerhöhers 14 bildet, eingefügt ist. Ein Teil der hochtourigen Welle 12 erstreckt sich aus dem Loch 24b heraus und ist in dem Kompressorgehäuse 23 angeordnet. Es wird angemerkt, dass die hochtourige Welle 12 einen Teil des Drehzahlerhöhers bildet.
Ein Dichtelement 50 ist zwischen der inneren Umfangsoberfläche des Lochs 24b und der hochtourigen Welle 12 angeordnet, um zwischen diesen abzudichten, und hindert dabei Öl daran aus dem Drehzahlerhöhergehäuse 22 heraus und in das Kompressorgehäuse 23 hineinzufließen.
Das Kompressorgehäuse 23 hat eine im Wesentlichen zylindrische Form und hat ein Loch 51, das sich axial durch das Kompressorgehäuse 23 erstreckend ausgebildet ist. Die Stirnfläche 23b des Kompressorgehäuses 23 bildet die Stirnfläche 20a des Gehäuses 20. Das Ende des Lochs 51 ist zur Stirnfläche 23b angeordnet und dient als der Ansaugkanal 23a.
Das Kompressorgehäuse 23 und die Platte 24 sind mit der der Stirnfläche 23b gegenüberliegenden Stirnfläche 23c des Kompressorgehäuses 23 und der der ersten Fläche 24a gegenüberliegenden zweiten Fläche 24c der Platte 24 in Kontakt stehend zusammengefügt. Durch die derart mit dem Kompressorgehäuse 23 zusammengefügte Platte 24 bilden die innere Umfangsoberfläche des Lochs 51 und die zweite Oberfläche 24c eine Impellerkammer S3. Die Impellerkammer S3 beherbergt einen Impeller 52. In anderen Worten dient das Loch 51 als der Ansaugkanal 23a und bildet zudem einen Teil der Impellerkammer S3. Der Ansaugkanal 23a und die Impellerkammer S3 stehen miteinander in Verbindung.
Der Durchmesser des Lochs 51 ist von seinem zur Stirnfläche 23b des Kompressorgehäuses 23 benachbarten Ende zu einer mittleren axialen Position des Lochs 51 konstant und erhöht sich allmählich von der mittleren axialen Position zum zur zweiten Fläche 24c der Platte 24 benachbarten Ende des Lochs 51 hin. In anderen Worten hat das Loch 51 von der mittleren axialen Position bis zu dem zu der zweiten Fläche 24c der Platte 24 benachbarten Ende eine Form ähnlich der Form eines abgeschnittenen Kreiskonus. Folglich hat die Impellerkammer S3 im Wesentlichen die Form eines abgeschnittenen Kreiskonus.
Der Impeller 52 hat eine Form ähnlich der Form eines abgeschnittenen Kreiskonus und hat eine Basisstirnfläche 52a und eine Frontstirnfläche 52b. Der Durchmesser des Impellers 52 nimmt von der Basisstirnfläche 52a aus in Richtung der Frontstirnfläche 52b ab. Der Impeller 52 hat ein in diesem durchgehend ausgebildetes Einfügeloch 52c, das sich in dessen Axialrichtung erstreckt und in welches die hochtourige Welle 12 eingefügt wird. Der Impeller 52 ist an der hochtourigen Welle 12 montiert, um mit einem Teil derselben mitzurotieren, welcher in das Einfügeloch 52c eingefügt wird und in das Loch 51 hinausragt. Mit der Rotation der hochtourigen Welle 12 rotiert der Impeller 52 und verdichtet dabei ein durch den Ansaugkanal 23a angesaugtes Fluid.
Der Zentrifugalkompressor 10 hat einen Diffusordurchgang 53, durch welchen das durch den Impeller 52 verdichtete Fluid geströmt wird, und eine Ablasskammer 54, in welche das den Diffusordurchgang 53 passierende Fluid abgelassen wird. Der Diffusordurchgang 53 wird durch die zweite Fläche 24c der Platte 24 und die fortlaufend mit dem inneren Ende des Lochs 51 und der zweiten Fläche 24c der Platte 24 gegenüberliegende Fläche des Kompressorgehäuses 23 gebildet. Der Diffusordurchgang 53 hat eine Ringform und ist radial auswärts der Impellerkammer S3 angeordnet, um den Impeller 52 und die Impellerkammer S3 zu umgeben. Die Impellerkammer S3 und die Entladungskammer 54 stehen durch den Diffusordurchgang 53 miteinander in Verbindung. Das durch den Impeller 52 verdichtete Fluid wird beim Durchströmen des Diffusordurchgangs 53 in Richtung der Ablasskammer 54 weiter verdichtet und von der Ablasskammer 54 abgelassen (ausgestoßen).
Im Folgenden wird der Drehzahlerhöher 14 gemäß einer ersten Ausführungsform beschrieben. Der Drehzahlerhöher 14 der vorliegenden Ausführungsform ist ein Drehzahlerhöher der sogenannten Friktionsgetriebebauart (Reibradbauart). Wie in 1 gezeigt weist der Drehzahlerhöher 14 ein Ringelement 60 auf, das mit dem anderen Ende 11b der niedertourigen Welle 11 verbunden ist. Das Ringelement 60 ist aus Metall gefertigt.
Das Ringelement 60 weist einen scheibenförmigen Boden 61, der mit dem anderen Ende 11b der niedertourigen Welle 11 verbunden ist, und eine sich von dem äußeren Rand des Bodens 61 in Richtung der Platte 24 erstreckende Umfangswand 62 auf. Der Boden 61 und die Umfangswand 62 sind durch eine Rotation der niedertourigen Welle 11 rotierbar.
Die Umfangswand 62 hat eine Ringform. Die Umfangswand 62 hat eine innere Umfangsoberfläche 63 und die äußere Umfangsoberfläche 64. Die Umfangswand 62 hat einen bodenseitigen Endabschnitt 65, der zum Boden 61 benachbart angeordnet ist und einen distalen Endabschnitt 66, der vom Boden 61 abgewandt angeordnet ist.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform, hat die Umfangswand 62 an jeder Position in der Axialrichtung Z einen im Wesentlichen konstanten inneren Durchmesser. Der innere Durchmesser der Umfangswand 62 ist größer als der Durchmesser des anderen Endes 11b der niedertourigen Welle 11. Zum Zwecke der Beschreibung wird der Teil der Umfangswand 62, der im Wesentlichen die selbe Wanddicke hat wie der bodenseitige Endabschnitt 65, im Folgenden als Körperabschnitt 67 bezeichnet und der Teil der Umfangswand 62, der den Körperabschnitt 67 mit dem distalen Endabschnitt 66 verbindet, wird im Folgenden als Verbindungsabschnitt 68 bezeichnet.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind das Ringelement 60 und die niedertourige Welle 11 so verbunden, dass die Rotationsachse des Bodens 61 des Ringelements 60 und die Rotationsachse der niedertourigen Welle 11 miteinander übereinstimmen. In diesem Fall ist die Rotationsachse der Umfangswand 62 koaxial mit der Rotationsachse der niedertourigen Welle 11 angeordnet. Der innere Durchmesser und der äußere Durchmesser der Umfangswand 62 sind in Bezug auf die Rotationsachse der niedertourigen Welle 11 konzentrisch.
Da das Ringelement 60 mit der niedertourigen Welle 11 verbunden ist, kann das Positionierelement 37, das die niedertourige Welle 11 relativ zum Gehäuse 20 positioniert als ein Positionierelement des Ringelements 60 dienen. In anderen Worten positioniert das Positionierelement 37 das Ringelement 60 in seiner axialen Position relativ zum Gehäuse 20.
Der Drehzahlerhöher 14 beinhaltet die hochtourige Welle 12 und ein Teil der hochtourigen Welle 12 ist innerhalb der Umfangswand 62 angeordnet. In anderen Worten umgibt die Umfangswand 62 die hochtourige Welle 12. Wie in den 2A und 2B gezeigt beinhaltet der Drehzahlerhöher 14 eine Anzahl an Rollen und zwar die erste Rolle 71, die zweite Rolle 72 und die dritte Rolle 73, welche zwischen der hochtourigen Welle 12 und der Umfangswand 62 angeordnet sind. Konkret stehen die Rollen 71, 72, 73 sowohl mit der Erhebung 69 der Umfangswand 62, welche später beschrieben werden wird, und einer äußeren Umfangsoberfläche 12a der hochtourigen Welle 12 in Kontakt. Die Rollen 71, 72, 73 haben eine zylindrische Form. Die Rotationsachsen der Rollen 71, 72, 73 verlaufen parallel zueinander in die Axialrichtung Z der hochtourigen Welle 12. Zur Veranschaulichung ist die Erhebung 69 in 1 bis 3 vergrößert dargestellt.
Die Rollen 71, 72, 73 sind in der Umfangsrichtung der hochtourigen Welle 12 in einem gleichmäßigen Intervall winkelbeabstandet (120 Grad in der vorliegenden Ausführungsform). Die Rollen 71, 72, 73 sind aus Metall gefertigt. Konkret sind die Rollen 71, 72, 73 aus demselben Material wie die hochtourige Welle 12 und das Ringelement 60 (Umfangswand 62) gefertigt. Die hochtourige Welle 12, die Umfangswand 62 und die Rollen 71, 72, 73 werden mit Öl versorgt.
Wie in 1 und 2 gezeigt beinhaltet der Drehzahlerhöher 14 ein Lagerelement 80 das die Rollen 71, 72, 73 in Zusammenwirkung mit der Platte 24 rotierbar lagert. Das Lagerelement 80 ist radial einwärts der Umfangswand 62 des Ringelements 60 angeordnet. Das Lagerelement 80 beinhaltet einen scheibenförmigen Lagerboden 81 mit einem kleineren Durchmesser als der innere Durchmesser der Umfangswand 62 und drei säulenartige Lagerabschnitte 82, 83, 84 die sich vom Lagerboden 81 aus axial in Richtung der Platte 24 erstrecken. Der Lagerboden 81 ist an seiner einen Seite dem Boden 61 des Ringelements 60 gegenüberliegend und an seiner anderen Seite der Platte 24 gegenüberliegend angeordnet. Die Lagerabschnitte 82, 83, 84 erstrecken sich von einer Fläche 81a des Lagerbodens 81, die der ersten Fläche 24a gegenüberliegt, ausgehend und sind in den jeweils durch die innere Umfangsoberfläche 63 der Umfangswand 62 und die äußeren Randflächen zweier benachbarter Rollen 71, 72, 73 definierten Räumen angeordnet.
Wie in 2A gezeigt ist, ist der erste Lagerabschnitt 82 in einem durch die innere Umfangsoberfläche 63 der Umfangswand 62, die äußere Umfangsoberfläche 71a der ersten Rolle 71 und die äußere Umfangsoberfläche 72a der zweiten Rolle 72 gebildeten Raum angeordnet, wobei jeweils ein einheitlicher Abstand zwischen den Rollen ausgebildet ist.
Der zweite Lagerabschnitt 83 ist in einem durch die innere Umfangsoberfläche 63 der Umfangswand 62, die äußere Umfangsoberfläche 72a der zweiten Rolle 72 und die äußere Umfangsoberfläche 73a der dritten Rolle 73 gebildeten Raum angeordnet, wobei jeweils ein einheitlicher Abstand zwischen den Rollen ausgebildet ist.
Der dritte Lagerabschnitt 84 ist in einem durch die innere Umfangsoberfläche 63 der Umfangswand 62, die äußere Umfangsoberfläche 71a der ersten Rolle 71 und die äußere Umfangsoberfläche 73a der dritten Rolle 73 gebildeten Raum angeordnet, wobei jeweils ein einheitlicher Abstand zwischen den Rollen ausgebildet ist.
Wie in 1 und 2A gezeigt ist, ist für jeden der Lagerabschnitte 82, 83, 84 eine Gewindebohrung 92 zur Verbindung mit einem Bolzen 91, der als Befestigungsmittel dient, vorgesehen. Für jede Gewindebohrung 92 ist eine Gewindebohrung 93 in der Platte 24 ausgebildet. Die Gewindebohrungen 93 in der Platte 24 sind jeweils in Übereinstimmung mit den Gewindebohrungen 92 in den Lagerabschnitten 82, 83, 84, und den zur ersten Fläche 24a der Platte 24 benachbarten Stirnflächen der Lagerabschnitte 82, 83, 84 angeordnet, wobei die Bolzen 91 sowohl in die Gewindebohrungen 92 der Lagerabschnitte 82, 83, 84 und die dazu korrespondierenden Gewindebohrungen 93 der Platte 24 eingreifen, so dass die Lagerabschnitte 82, 83, 84 jeweils an der Platte 24 fixiert sind.
Die erste, zweite und dritte Rolle 71, 72, 73 sind zwischen der Platte 24 und dem Lagerboden 81 des Lagerelements 80 angeordnet und durch ein erstes an der Platte 24 fixiertes Rollenlager 94 bzw. durch ein zweites an dem Lagerboden 81 fixiertes Rollenlager 95 rotierbar gelagert.
Wie insbesondere in 1 gezeigt ist, hat die erste Rolle 71 erste und zweite Erhebungen 101, 102, die eine zylindrische Form haben und sich vom Zentrum der ersten Rolle 71 aus jeweils in gegenüberliegende Richtungen in die Axialrichtung Z erstrecken.
Die Platte 24 hat eine Ausnehmung 103, die in der ersten Fläche 24a der Platte 24 ausgenommen ist. Die Ausnehmung 103 hat einen Durchmesser, der größer als der der ersten Erhebung 101 und kleiner als der der ersten Rolle 71 ist. Die Platte 24 hat einen zylindrischen Abschnitt 104, der vom äußeren Rand der Ausnehmung 103 auskragt. Der zylindrische Abschnitt 104 hat im Wesentlichen denselben Innendurchmesser wie die Ausnehmung 103. Die erste Erhebung 101 ist in einem Raum angeordnet, der durch den zylindrischen Abschnitt 104 und die Ausnehmung 103 gebildet wird. Das erste Rollenlager 94 ist zwischen der ersten Erhebung 101 und der durch den zylindrischen Abschnitt 104 und die Ausnehmung 103 ausgebildeten inneren Umfangsoberfläche angeordnet. Das erste Rollenlager 94 ist, die erste Erhebung 101 rotierbar lagernd, an der Platte 24 fixiert.
Der Lagerboden 81 hat auf der zur ersten Rolle 71 benachbarten Seite eine Ausnehmung 105, die in die Fläche 81a des Lagerbodens 81 eingebracht ist. Die Ausnehmung 105 hat einen Durchmesser, der größer als der der zweiten Erhebung 102 und kleiner als der der ersten Rolle 71 ist. Die zweite Erhebung 102 ist in der Ausnehmung 105 angeordnet. Das zweite Rollenlager 95 ist zwischen der zweiten Erhebung 102 und der Randfläche der Ausnehmung 105 angeordnet und, die zweite Erhebung 102 rotierbar lagernd, an das Lagerelement 80 fixiert.
Die zweite und dritte Rolle 72, 73 sind in derselben Weise rotierbar gelagert wie die erste Rolle 71. Wie in 2A gezeigt ist, sind die Durchmesser der Rollen 71, 72, 73 größer als der Durchmesser der hochtourigen Welle 12. Die Durchmesser der jeweiligen Rollen 71, 72, 73 sind kleiner als der Innenradius der Umfangswand 62, um innerhalb der Umfangswand 62 angeordnet zu sein.
Es ist anzumerken, dass der Durchmesser der ersten Rolle 71 sich von dem der zweiten und dritten Rolle 72, 73 unterscheidet, wie in 2A gezeigt ist. Genauer gesagt ist die erste Rolle 71 mit einem Durchmesser, welcher größer als der der zweiten und dritten Rolle 72, 73 ist, ausgebildet. Deshalb ist die durch die Rollen 71, 72, 73 gepresst gelagerte hochtourige Welle 12 mit Bezug zur Achse der Umfangswand 62 exzentrisch angeordnet. In anderen Worten stimmen die Rotationsachse der hochtourigen Welle 12 und die Rotationsachse der Umfangswand 62 nicht überein.
Wie in 1 gezeigt hat die hochtourige Welle 12 ein Paar von Flanschen 96, die sich von deren äußeren Umfangsoberfläche 12a radial nach außen erstrecken. Die Flansche 96 sind zueinander in die Axialrichtung Z der hochtourigen Welle 12 beabstandet. Die erste, zweite und dritte Rolle 71, 72, 73 sind in Axialrichtung Z zwischen dem Flanschpaar 96 angeordnet. Dies verhindert ein Verschieben der ersten, zweiten und dritten Rolle 71, 72, 73 und der hochtourigen Welle 12 in die Axialrichtung Z. Insbesondere wird bspw. die erste Rolle 71, deren Stirnfläche auf der zum Impeller 52 benachbarten Seite mit dem ihr zugeordneten Flansch 96 in Kontakt steht, daran gehindert durch eine durch Rotation des Impellers 52 verursachte Schubkraft in Axialrichtung bewegt zu werden.
Der Abstand zwischen dem Flanschpaar 96 in Axialrichtung Z ist geringfügig größer als die axiale Dimension der ersten, zweiten und dritten Rolle 71, 72, 73. Entsprechend werden jeweils Öffnungen zwischen den Flanschen 96 und den Stirnflächen der ersten, zweiten und dritten Rolle 71, 72, 73, ausgebildet, in welche Öl eintreten kann.
Der Lagerboden 81 des Lagerelements 80 hat in seinem Zentrum ein (Rund-)Loch 81b mit einem größeren Durchmesser als der des Flansches 96, so dass der zum Boden 61 benachbart angeordnete Flansch 96 in dem (Rund-)Loch 81b angeordnet ist. Der andere zum Impeller 52 benachbart angeordnete Flansch 96 ist in dem Loch 24b der Platte 24 angeordnet.
Im Folgenden wird die Umfangswand 62 des Ringelements 60 mit Bezugnahme auf 1 bis 3 detailliert beschrieben. Der Anschaulichkeit halber zeigt 3 nur den Kontakt der ersten Rolle 71 mit der Umfangswand 62. Es wird angemerkt, dass die zweite und dritte Rolle 72, 73 mit der Umfangswand 62 im Wesentlichen in derselben Weise in Kontakt stehen. Falls nicht anders angegeben wird die folgende Beschreibung unter der Annahme, dass die Welle 11, 12 und die Rollen 71, 72, 73 angehalten sind, gemacht.
Wie in 1 bis 3 gezeigt weist die Umfangswand 62 des Ringelements 60 die Erhebung 69 auf, die sich von der inneren Umfangsoberfläche 63 der Umfangswand 62 in Radialrichtung R der hochtourigen Welle 12 nach innen erstreckend ausgebildet. Wie in 2A gezeigt hat die Erhebung 69 eine sich in Umfangsrichtung der Umfangswand 62 erstreckende Ringform. Wie in den 1 und 3 gezeigt hat die Erhebung 69 eine Halbkreisform, wie im Längsschnitt des Drehzahlerhöhers 14 oder wenn die Erhebung 69 in einer zur Umfangsrichtung der Umfangswand 62 senkrechten Ebene genommen wird zu sehen ist. Die Erhebung 69 der Umfangswand 62 steht mit den jeweiligen äußeren Umfangsoberflächen 71a, 72a, 73a der ersten, zweiten und dritten Rollen 71, 72, 73 in Kontakt.
Da die Erhebung 69 der Umfangswand 62 mit den äußeren Umfangsoberflächen 71a, 72a, 73a der ersten, zweiten und dritten Rolle 71, 72, 73 in Kontakt steht, ist die innere Umfangsoberfläche 63 der Umfangswand 62 von den äußeren Umfangsoberflächen 71a, 72a, 73a der ersten, zweiten und dritten Rolle 71, 72, 73 beabstandet.
Wie in 3 gezeigt hat der distale Endabschnitt 66 der Umfangswand 62 eine Wanddicke, die größer ist als die des Körperabschnitts 67. Die Wanddicke des distalen Endabschnitts 66 und die Wanddicke des Körperabschnitts 67 sind jeweils an jeder Position in Axialrichtung Z im Wesentlichen konstant.
Der den distalen Endabschnitt 66 und den Körperabschnitt 67 verbindende Verbindungsabschnitt 68 der Umfangswand 62 hat entlang der Axialrichtung Z eine variierende Wanddicke. Genauer gesagt nimmt die Wanddicke des Verbindungsabschnitts 68 in Richtung hin zum distalen Endabschnitt 66 zu. Der Verbindungsabschnitt 68 hat ebenfalls eine größere Wanddicke als der Körperabschnitt 67. Der distale Endabschnitt 66 sowie der Verbindungsabschnitt 68 entsprechen jeweils dem dicken Wandabschnitt und der Körperabschnitt 67 sowie der bodenseitige Endabschnitt 65 entsprechen jeweils dem dünnen Wandabschnitt der vorliegenden Erfindung. Der dicke Wandabschnitt hat eine größere Wanddicke als der dünne Wandabschnitt.
Die äußere Umfangsoberfläche 64 der Umfangswand 62 ist der variierten Wanddicke der Umfangswand 62 in Axialrichtung Z entsprechend gestuft ausgebildet. Die innere Umfangsoberfläche 63 der Umfangswand 62 hat dagegen keinen gestuften Abschnitt.
Wie in 3 gezeigt beinhaltet die innere Umfangsoberfläche 63 der Umfangswand 62 eine erste dem distalen Endabschnitt 66 entsprechende Innenfläche 63a. Die erste Innenfläche 63a der inneren Umfangsoberfläche 63 ist bezüglich der Axialrichtung der hochtourigen Welle 12 einem mittleren axialen Teil der äußeren Umfangsoberflächen 71a, 72a, 73a der jeweiligen ersten, zweiten und dritten Rolle 71, 72, 73 zugewandt. Die innere Umfangsoberfläche 63 der Umfangswand 62 beinhaltet weiter eine zweite Innenfläche 63b und eine dritte Innenfläche 63c, die dem Körperabschnitt 67 bzw. dem Verbindungsabschnitt 68 entsprechen. Die erste, zweite und dritte Innenfläche 63a, 63b, 63c sind in demselben Kreis (mit demselben Durchmesser) ausgebildet. Die erste und dritte Innenfläche 63a, 63c entsprechen dem vorstehend genannten Abschnitt der inneren Umfangsoberfläche, der dem dicken Wandabschnitt gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht.
Die äußere Umfangsoberfläche 64 der Umfangswand 62 beinhaltet eine erste Außenoberfläche 64a, die dem distalen Endabschnitt 66 entspricht, eine zweite Außenoberfläche 64b, die dem Körperabschnitt 67 entspricht, und eine dritte Außenoberfläche 64c, die dem Verbindungsabschnitt 68 entspricht. Die zweite Außenoberfläche 64b erstreckt sich entlang der Axialrichtung Z der hochtourigen Welle 12. In anderen Worten erstrecken sich die zweite Außenoberfläche 64b und die Axialrichtung Z im Wesentlichen parallel zueinander. Die Distanz von der Achse der hochtourigen Welle 12 zu der zweiten Außenoberfläche 64b ist im Wesentlichen konstant.
Die erste Außenoberfläche 64a ist eine Umfangsfläche, die in Radialrichtung R der hochtourigen Welle 12 außerhalb der zweiten Außenoberfläche 64b angeordnet ist. Die erste Außenoberfläche 64a erstreckt sich entlang der Axialrichtung Z der hochtourigen Welle 12. Die Distanz von der Achse der hochtourigen Welle 12 zu der ersten Außenoberfläche 64a ist an jeder Position entlang der Axialrichtung Z konstant.
Die dritte Außenoberfläche 64c ist eine Oberfläche, die die erste Außenoberfläche 64a und die zweite Außenoberfläche 64b verbindet. Die Distanz von der Achse der hochtourigen Welle 12 zu der dritten Außenoberfläche 64c nimmt in Richtung hin zum distalen Endabschnitt 66 zu. In anderen Worten verjüngt sich die dritte Außenoberfläche 64c in Richtung hin zum bodenseitigen Endabschnitt 65.
In der derart ausgebildeten Umfangswand 62 ist die Erhebung 69 in dem distalen Endabschnitt 66, der eine größere Wanddicke als der Körperabschnitt 67 hat, ausgebildet. In anderen Worten ist die Erhebung 69 aus der inneren Umfangswand, welche dem dicken Wandabschnitt entspricht, hervorstehend ausgebildet. Genauer gesagt ist die Erhebung 69 sich von der ersten dem axial mittleren Teil der äußeren Umfangsoberflächen 71a, 72a, 73a der jeweiligen Rollen 71, 72, 73 zugewandten Innenfläche 63a aus in die Radialrichtung R der hochtourige Welle 12 erstreckend ausgebildet.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform steht die Erhebung 69 mit dem axial mittleren Teil der äußeren Umfangsoberflächen 71a, 72a, 73a der jeweiligen Rollen 71, 72, 73 in Kontakt. Es wird jedoch angemerkt, dass die Erhebung 69 mit jedem geeigneten Teil der äußeren Umfangsoberflächen 71a, 72a, 73a der ersten, zweiten und dritten Rolle 71, 72, 73 in Kontakt gesetzt werden kann.
Wie in 1 gezeigt ragen Teile der Rollen 71, 72, 73 in Richtung der Platte 24 aus der Umfangswand 62 heraus. In anderen Worten ist ein Teil der äußeren Umfangsoberflächen 71a, 72a, 73a der ersten, zweiten und dritten Rolle 71, 72, 73 freigelegt, ohne der inneren Umfangsoberfläche 63 der Umfangswand 62 in Radialrichtung R der hochtourigen Welle 12 gegenüberzuliegen. Es wird jedoch angemerkt, dass die Rollen 71, 72, 73 so angeordnet sein können, dass die gesamten äußeren Umfangsoberflächen 71a, 72a, 73a der ersten, zweiten und dritten Rolle 71, 72, 73 der inneren Umfangsoberfläche 63 der Umfangswand 62 gegenüberliegen.
Wie in 2B gezeigt sind die Rollen 71, 72, 73, das Ringelement 60 und die hochtourige Welle 12 derart zu einer Einheit zusammengefügt, dass die hochtourige Welle 12 durch die Rollen 71, 72, 73 rotierbar gelagert wird. Diese Komponenten werden durch Verengung der Umfangswand 62 zu einer Einheit fixiert. Die Erhebung 69 wird an ersten, zweiten und dritten Ringkontaktbereichen Pa1, Pa2, Pa3 mit der äußeren Umfangsoberflächen 71a, 72a, 73a der jeweiligen Rollen 71, 72, 73 in Kontakt gesetzt. Von der Erhebung 69 wird an den Ringkontaktbereichen Pa1, Pa2, Pa3 durch Verengung der Umfangswand 62 ein Druck F1 auf jede der Rollen 71, 72, 73 aufgebracht. Wie in 2B gezeigt werden die äußeren Umfangsoberflächen 71a, 72a, 73a der ersten, zweiten und dritten Rolle 71, 72, 73 an ersten, zweiten und dritten Wellenkontaktbereichen Pb1, Pb2, Pb3 mit der äußeren Umfangsoberfläche 12a der hochtourigen Welle 12 in Kontakt gesetzt. In den Wellenkontaktbereichen Pb1, Pb2, Pb3 wird ein Druck F2 auf die hochtourige Welle 12 aufgebracht.
Wie in 2A gezeigt ist die Dimension des Ringkontaktbereichs Pa1, Pa2, Pa3 in Umfangsrichtung der hochtourigen Welle 12 größer als der des Wellenkontaktbereichs Pb1, Pb2, Pb3. Wie in 1 gezeigt erstreckt sich der Wellenkontaktbereich Pb1, Pb2, Pb3 in Axialrichtung Z. Andererseits ist die Dimension des Ringkontaktbereichs Pa1, Pa2, Pa3 wegen der Gestaltung der Erhebung 69 in die Axialrichtung Z kleiner als die des Wellenkontaktbereichs Pb1, Pb2, Pb3.
Die Ringkontaktbereiche Pa1, Pa2, Pa3 können größer oder kleiner als die Wellenkontaktbereiche Pb1, Pb2, Pb3 ausgebildet sein, solange die Ringkontaktbereiche Pa1, Pa2, Pa3 relativ ähnlich zu den Wellenkontaktbereichen Pb1, Pb2, Pb3 sind, verglichen mit dem Fall, dass die innere Umfangswand des Ringelements in die Axialrichtung mit einem konstanten Krümmungsradius ausgebildet ist. Die Flächenbereiche der Ringkontaktbereiche Pa1, Pa2, Pa3 können im Wesentlichen gleich den Flächenbereichen der Wellenkontaktbereiche Pb1, Pb2, Pb3 sein.
Wenn die Umfangswand 62 durch Rotation der niedertourigen Welle 11 mit ausreichender Ölversorgung in den Wellenkontaktbereichen Pb1, Pb2, Pb3 rotiert wird, bildet sich ein Ölfilm (elastohydrodynamischer Schmierfilm oder EHL-Film) in den Freiräumen zwischen der Erhebung 69 und den äußeren Umfangsoberflächen 71a, 72a, 73a der jeweiligen Rollen 71, 72, 73 an den Ringkontaktbereichen Pa1, Pa2, Pa3 entsprechenden Positionen. Die Erhebung 69 liegt den äußeren Umfangsoberflächen 71a, 72a, 73a der Rollen 71, 72, 73 durch den Ölfilm hindurch gegenüber. Die Rotationskraft der Umfangswand 62 des Ringelements 60 wird durch den Ölfilm auf die Rollen 71, 72, 73 übertragen und dreht die Rollen 71, 72, 73 dabei in dieselbe Drehrichtung.
Wenn die Umfangswand 62 durch Rotation der niedertourigen Welle 11 mit ausreichender Ölversorgung in den Wellenkontaktbereichen Pb1, Pb2, Pb3 rotiert wird, bildet sich ein Ölfilm (elastohydrodynamischer Schmierfilm oder EHL-Film) in den Freiräumen zwischen der Erhebung 69 und den äußeren Umfangsoberflächen 71a, 72a, 73a der jeweiligen Rollen 71, 72, 73 an den den Wellenkontaktbereichen Pb1, Pb2, Pb3 entsprechenden Positionen. In anderen Worten liegt die äußere Umfangsoberfläche 12a der hochtourigen Welle 12 den äußeren Umfangsoberflächen 71a, 72a, 73a der Rollen 71, 72, 73 durch den Ölfilm hindurch gegenüber. Die rotatorische Energie der ersten, zweiten und dritten Rolle 71, 72, 73 wird durch den Ölfilm auf die hochtourige Welle 12 übertragen und regt die hochtourige Welle 12 deshalb zur Rotation an. In diesem Fall werden der Boden 61 und die Umfangswand 62 mit derselben Geschwindigkeit wie die niedertourige Welle 11 rotiert, während die erste, zweite und dritte Rolle 71, 72, 73 mit einer größeren Geschwindigkeit als die niedertourige Welle 11 rotiert werden. Die einen kleineren Durchmesser als die erste, zweite und dritte Rolle 71, 72, 73 aufweisende hochtourige Welle 12 wird mit einer Drehzahl, die hinsichtlich Umdrehungen pro Minute größer als die der ersten, zweiten und dritten Rolle 71, 72, 73 ist, gedreht.
Bei dem Drehzahlerhöher 14 wird eine Rotation der niedertourigen Welle 11 auf die hochtourige Welle 12 übertragen und die hochtourige Welle 12 rotiert mit einer größeren Geschwindigkeit als die niedertourige Welle 11.
In dem Zentrifugalkompressor 10 der vorliegenden Ausführungsform wird Öl innerhalb des Drehzahlerhöhergehäuses 22 zirkuliert. Eine Einlassöffnung 111 ist in dem oberen Teil des Drehzahlerhöhergehäuses 22 ausgebildet und eine Auslassöffnung 112 ist in dem unteren Teil des Drehzahlerhöhergehäuses 22 ausgebildet. Öl wird durch die Einlassöffnung 111 eingelassen und zu den Kontaktbereichen Pa1, Pa2, Pa3, Pb1 Pb2, Pb3 in dem Drehzahlerhöher 14 geführt. Dann wird das Öl durch die Auslassöffnung 112 ausgelassen. In anderen Worten soll dem Drehzahlerhöher 14 Öl zugeführt werden.
Die vorliegende Erfindung bietet die folgenden Effekte. Zur Veranschaulichung werden die Effekte nur mit Bezug auf die Beziehung zwischen der erste Rolle 71 und der Umfangswand 62 beschrieben, obwohl die Effekte der vorliegenden Erfindung auch in der zweiten und dritten Rolle 72, 73 gesehen werden können.

(1) Der Drehzahlerhöher 14 beinhaltet die ringförmige Umfangswand 62, die durch Rotation der niedertourigen Welle 11 rotierbar ist, die hochtourige Welle 12, die in Radialrichtung innerhalb der Umfangswand 62 angeordnet ist, und die erste Rolle 71, die zwischen der Umfangswand 62 und der hochtourigen Welle 12 angeordnet ist.

Der Drehzahlerhöher 14 hat die sich radial von der inneren Umfangsoberfläche 63 der Umfangswand 62 aus erstreckende Erhebung 69. Die äußere Umfangsoberfläche 71a der ersten Rolle 71 steht in Kontakt mit der Erhebung 69 und der äußeren Umfangsoberfläche 12a der hochtourigen Welle 12, wenn die erste Rolle 71 angehalten ist.
Bei dem Drehzahlerhöher 14 mit einer solchen Konfiguration, in welcher die Erhebung 69 und die äußere Umfangsoberfläche 71a der ersten Rolle 71 miteinander in Kontakt gesetzt sind, kann der Ringkontaktbereich Pa1 verglichen mit einem Fall, in welchem die Umfangswand einen konstanten Durchmesser in die Axialrichtung Z der hochtourigen Welle 12 hat, reduziert werden. Entsprechend kann der auf den ersten Ringkontaktbereich Pa1 aufgebrachte Druck erhöht werden. Ein Ölfilm kann sich leicht an dem ersten Ringkontaktbereich Pa1 bilden, wenn die erste Rolle 71 mit relativ kleiner Verengungskraft der Umfangswand 62 rotiert wird.
Zusätzlich neigt gemäß der vorliegenden Ausführungsform, in welcher die hochtourige Welle 12 und die erste Rolle 71 an ihren jeweiligen äußeren Umfangsoberflächen 12a, 71a miteinander in Kontakt stehen, der erste Kontaktbereich Pb1 dazu, klein zu werden und entsprechend entsteht ein relativ hoher Druck an den Kontaktbereichen Pa1, Pb1. Die äußere Umfangsoberfläche 71a der ersten Rolle 71 und die äußere Umfangsoberfläche 12a der hochtourigen Welle 12 sind um den ersten Wellenkontakt Pb1 herum aufeinander zu, oder in gegensätzliche Richtungen, gekrümmt.
Andererseits sind in der Struktur, in welcher die erste Rolle 71 und die Umfangswand 62 des Ringelements 60 an der äußeren Umfangsoberfläche 71a und der inneren Umfangsoberfläche 63 miteinander in Kontakt stehen, die äußere Umfangsoberfläche 71a der ersten Rolle 71 und die innere Umfangsoberfläche 63 der Umfangswand 62 an dem ersten Ringkontaktbereich Pa1 in dieselbe Richtung gekrümmt. Der erste Ringkontaktbereich Pa1 ist größer als der erste Wellenkontaktbereich Pb1. Folglich wird der Druck auf den ersten Ringkontaktbereich Pa1 kleiner als der auf den ersten Wellenkontaktbereich Pb1. Niedriger Druck auf dem ersten Ringkontaktbereich Pa1 kann ein Versagen in der Bildung eines verfestigten Ölfilms durch die Rotation der ersten Rolle 71 verursachen, mit dem Resultat, dass ein Versagen in der effektiven Leistungsübertragung von der Umfangswand 62 auf die erste Rolle 71 auftreten kann.
Obwohl angedacht werden kann, die Verengungskraft der Umfangswand 62 zur Lösung des obenstehend beschriebenen Problems zu erhöhen, erhöht eine solche Anordnung die auf den ersten Wellenkontaktbereich Pb1 wirkende Druckkraft, was in einem erhöhten Leistungsverlust an dem ersten Wellenkontaktbereich Pb1 und der Aufbringung einer übermäßigen Last auf die hochtourige Welle 12 resultiert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, in welcher das Vorsehen der Erhebung 69 die Reduzierung des ersten Ringkontaktbereichs Pa1 ohne einen Effekt auf den ersten Wellenkontaktbereich Pb1 erlaubt, kann der Druck an dem ersten Ringkontaktbereich Pa1 erhöht werden, ohne eine übermäßige Last auf die hochtourige Welle 12 aufzubringen. Folglich bildet die Rotation der ersten Rolle 71 den Ölfilm an den den Kontaktbereichen Pa1, Pb1 entsprechenden Bereichen, so dass Energie der Umfangswand 62 effektiv von der Umfangswand 62 auf die hochtourige Welle 12 übertragen werden kann.

(2) Das Vorsehen der Erhebung 69 mit einer sich in Umfangsrichtung der Umfangswand 62 erstreckenden ringförmigen Form erlaubt es, den Druck F1 ohne Rücksicht auf die Drehposition der Umfangswand 62 stetig auf die erste Rolle 71 aufzubringen, so dass eine stabile Druckbeaufschlagung an dem ersten Ringkontaktbereich Pa1 aufrechterhalten werden kann.
(3) Das Vorsehen der Erhebung 69 mit einer im Längsschnitt bzw. im in einer senkrecht zur Umfangsrichtung der Umfangswand 62 ausgerichteten Ebene liegenden Querschnitt halbkreisförmigen Form hilft den ersten Ringkontaktbereich Pa1 zu reduzieren, so dass der Druck an dem ersten Ringkontaktbereich Pa1 erhöht werden kann.
(4) Die Struktur, in welcher die Umfangswand 62 den Körperabschnitt 67 und den distale Endabschnitt 66, welcher eine Wanddicke hat, die größer ist als der Körperabschnitt 67, beinhaltet und die Erhebung 69 ausgebildet ist, sich von der ersten Innenfläche 63a zu erstrecken, zugehörig dem distalen Endabschnitt 66 in der inneren Umfangsoberfläche 63 der Umfangswand 62. Dies erlaubt eine Abnahme des Gewichts der Umfangswand 62, während die Drücke F1, F2 gesichert werden.
(5) Das Vorsehen der Erhebung 69, die in Kontakt ist mit dem axialen Zwischenpart der äußeren Umfangsoberfläche 71a der ersten Rolle 71 in der Axialrichtung Z der hochtourigen Welle 12. Dies hilft, die unausgeglichene Beaufschlagung von Druck auf den ersten Wellenkontaktbereich Pb1 zu verhindern, wie beispielsweise dass der Druck an einem Ende größer ist als an dem anderen Ende des ersten Wellenkontaktbereichs Pb1 in der Axialrichtung Z.

Weiterhin ist eine Last gleichmäßig auf das erste und zweite Rollenlager 94, 95 verteilt, die die erste Rolle 71 rotatorisch stützen. Dies verhindert, dass sich eines der Rollenlager 94, 95 verfrüht verschlechtert.

(6) Der Zentrifugalkompressor 10 beinhaltet den Elektromotor 13, der die niedertourige Welle 11 rotiert, den Impeller 52, der auf die hochtourige Welle 12 montiert ist, und den Drehzahlerhöher 14. Diese Anordnung des Zentrifugalkompressors 10 ermöglicht, dass der Impeller 52 bei einer Geschwindigkeit rotiert wird, die größer ist als die Drehgeschwindigkeit des Elektromotors 13. Der Zentrifugalkompressor 10 kann optimal betrieben werden durch eine effektive Übertragung der Rotation der Umfangswand 62 auf die hochtourige Welle 12.

Im Folgenden wird der Drehzahlerhöher 14 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Der Drehzahlerhöher 14 der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem der ersten Ausführungsform in der Form der Erhebung. Aus Beschreibungsgründen zeigt 4 nur den Kontakt der ersten Rolle 71 mit der Umfangswand 62 des Ringelements 60. Es sei bemerkt, dass die zweite und dritte Rolle 72, 73 mit der Umfangswand 62 im Wesentlichen in der gleichen Weise in Kontakt sind. Es sei bemerkt, dass eine Erhebung der zweiten Ausführungsform, der das Bezugszeichen 120 zugeordnet ist, in vergrößerter Größe in 4 dargestellt ist.
Wie in 4 gezeigt hat die Erhebung 120 eine ringförmige Form, die sich in der Umfangsrichtung der Umfangswand 62 erstreckt, und eine Stirnfläche 121 und ein Paar von ersten und zweiten Seitenflächen 122, 123. Es sei bemerkt, dass die Umfangsrichtung der Umfangswand 62 der Umfangsrichtung der hochtourigen Welle 12 entspricht.
Die Stirnfläche 121 der Erhebung 120 ist radial innerhalb der Umfangsoberfläche 63 der Umfangswand 62 (die erste Innenfläche 63a gemäß der vorliegenden Ausführungsform) angeordnet. Die Stirnfläche 121 erstreckt sich in Umfangsrichtung der Umfangswand 62 und auch in die Axialrichtung Z der hochtourigen Welle 12. Die Stirnfläche 121 ist in Kontakt mit der äußeren Umfangsoberfläche 71a der ersten Rolle 71 an dem ersten Ringkontaktbereich Pa11.
Der Ringkontaktbereich Pa11 erstreckt sich in der Umfangsrichtung der Umfangswand 62 und auch in die Axialrichtung Z der hochtourigen Welle 12. Da der Ringkontaktbereich Pa11 eine Dimension hat, die sich in die Axialrichtung Z der hochtourigen Welle 12 erstreckt, ist der Ringkontaktbereich Pa11 der zweiten Ausführungsform größer als der Ringkontaktbereich Pa1 der ersten Ausführungsform.
Es sei bemerkt, dass die Axialrichtung der hochtourigen Welle 12 der Breitenrichtung der Erhebung 120 entspricht. Die Stirnfläche 121 ist eine Umfangsoberfläche, die sich bezüglich der Achse der Umfangswand 62 oder der niedertourigen Welle 11 umlaufend erstreckt, und hat eine Breite Zx, die sich in der Axialrichtung Z der hochtourigen Welle 12 erstreckt.
Die Stirnfläche 121 der Erhebung 120 hat eine Flachheit. Beispielsweise ist die Stirnfläche so gebildet, dass die Oberflächenrauheit geringer ist als die Dicke des Ölfilms, der an dem Ringkontaktbereich Pa11 gebildet ist.
Die Breite Zx der Stirnfläche 121 ist bestimmt basierend auf dem Druck (der Druckladung) F1, der von der Umfangswand 62 auf die erste Rolle 71 wirkt, einem ersten E-Modul E1 und einer ersten Poissonzahl v1 der Umfangswand 62 und einem zweiten E-Modul E2 und einer zweiten Poissonzahl v2 der ersten Rolle 71. Genauer gesagt ist die Breite Zx der Stirnfläche 121 bestimmt, um der Form des Kontaktbereichs zu entsprechen, der sich aus der Gleichung ergibt, die auf der Hertzschen Kontakttheorie (Hertzsche Pressung) basiert, wobei angenommen ist, dass die Erhebung 120 eine halbkreisförmige Form mit dem Radius r1 hat und die erste Rolle 71 den Radius r2 hat.
Das erste E-Modul E1 und die erste Poissonzahl v1 sind charakteristische Werte, die von dem Material der Umfangswand 62 bestimmt sind und das zweite E-Modul E2 und die zweite Poissonzahl v2 sind charakteristische Werte, die von dem Material der ersten Rolle 71 bestimmt sind. Der Druck F1 ist ein Parameter, der von der Einengung der Umfangswand 62 bestimmt ist. Somit kann gesagt werden, dass die Breite Zx der Stirnfläche 121 der zweiten Ausführungsform von der Einengung der Umfangswand 62, den Materialien der Umfangswand 62 und der erste Rolle 71 und dem Radius r1 der Stirnfläche 121 und dem Radius r2 der ersten Rolle 71 bestimmt ist.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die Umfangswand 62 und die erste Rolle 71 aus dem gleichen Material hergestellt, so dass das erste und zweite E-Modul E1, E2 denselben Wert haben und die erste und zweite Poissonzahls v1, v2 denselben Wert haben. Die Umfangswand 62 und die erste Rolle 71 brauchen nicht zwangsläufig aus dem gleichen Material hergestellt sein.
Wie in 4 gezeigt ist, ist das Seitenflächenpaar 122, 123 fortlaufend mit den entgegengesetzten Enden 121a, 121b der Stirnfläche 121 in der Breitenrichtung davon oder in der Axialrichtung Z der hochtourigen Welle 12 gebildet, und entsprechend auch mit der inneren Umfangsoberfläche 63 der Umfangswand 62. Genauer gesagt ist die erste Seitenfläche 122 fortlaufend mit dem ersten Ende 121a der Stirnfläche 121 und der inneren Umfangsoberfläche 63 der Umfangswand 62 gebildet und die zweite Seitenfläche 123 ist fortlaufend mit dem zweiten Ende 121b der Stirnfläche 121 und der inneren Umfangsoberfläche 63 der Umfangswand 62 gebildet.
Die Seitenflächen 122, 123 sind gekrümmt, so dass die Breite der Erhebung 120 oder die Dimension der Erhebung 120 in der Axialrichtung Z der hochtourigen Welle 12 zur Stirnfläche 121 hin graduell verringert ist. In anderen Worten hat die Erhebung 120 generell eine Balligkeitsform in dem Längsabschnitt des Drehzahlerhöhers 14, wobei sie die Stirnfläche 121 radial innerhalb der inneren Umfangsoberfläche 63 der Umfangswand 62 und des Paares von Seitenflächen 122, 123 angeordnet hat.
Die gepaarten Seitenflächen 122, 123 sind konvex bezüglich der hochtourigen Welle 12. Die gepaarten Seitenflächen 122, 123 haben eine logarithmische Kurvenform in dem Längsabschnitt des Drehzahlerhöhers 14 oder wenn die Erhebung 120 in einer Ebene senkrecht zu der Umfangsrichtung der Umfangswand 62 betrachtet ist, so dass sich Geraden, welche tangential zu den Teilen der Seitenflächen 122, 123 angrenzend an die Stirnfläche 121 sind, generell in die gleiche Richtung wie die Axialrichtung der hochtourigen Welle 12 erstrecken. Auf diese Weise sind die entgegengesetzten Enden 121a, 121b der Stirnflächen 121 und der Seitenflächen 122, 123 an den entsprechenden Grenzen dazwischen weich verbunden ohne spitz zulaufend zu sein. In anderen Worten schneiden sich die entgegengesetzten Enden 121a, 121b und die Geraden tangential zu dem Teil der Seitenflächen 122, 123, der angrenzend an die Stirnflächen 121 angeordnet ist, in einem Winkel größer als 90 Grad.
Die vorstehend beschriebene zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den nachstehenden Effekt ebenso wie die Effekte (1), (2), (4) bis (6) die unter Bezugnahme auf die erste Ausführungsform beschrieben worden sind. Aus Beschreibungsgründen werden die Effekte ausschließlich unter Bezugnahme auf die Beziehung zwischen der ersten Rolle 71 und der Umfangswand 62 beschrieben, obwohl die Effekte der vorliegenden Erfindung auch in der zweiten und dritten Rolle 72, 73 gesehen werden können.

(7) Die Erhebung 120, welche sich radial nach innen von der inneren Umfangsoberfläche 63 der Umfangswand 62 erstreckt, hat die Stirnfläche 121, die sich in der Umfangsrichtung der Umfangswand 62 und auch in die Axialrichtung Z der hochtourigen Welle 12 erstreckt, und die Stirnfläche 121 der Erhebung 120 ist in Kontakt mit der äußeren Umfangsoberfläche 71a der ersten Rolle 71 gesetzt. Da die Stirnfläche 121 sich in die Axialrichtung Z der hochtourigen Welle 12 erstreckt, ist der erste Ringkontaktbereich Pa11 größer als der erste Ringkontaktbereich Pa1 der ersten Ausführungsform. Dies verhindert, dass der Druck an dem ersten Ringkontaktbereich Pa11 exzessiv hoch wird.

Der Druck an dem ersten Ringkontaktbereich Pa11 nimmt mit einer Abnahme des ersten Ringkontaktbereichs Pa11 zu. Exzessiv hoher Druck an dem ersten Ringkontaktbereich Pa11 kann ein Problem, wie eine Verformung der Umfangswand 62 und der ersten Rolle 71 und ein Festfressen der Umfangswand 62 und der erste Rolle 71 durch Reibungswärme verursachen.
Gemäß der zweiten Ausführungsform, in welcher die Stirnfläche 121, die sich in der Axialrichtung Z der hochtourigen Welle 12 erstreckt, in Kontakt mit der äußeren Umfangsoberfläche 71a der ersten Rolle 71 gesetzt ist, ist der erste Ringkontaktbereich Pa11 größer als der erste Ringkontaktbereich Pa1 der ersten Ausführungsform. In anderen Worten ist die Erhebung 69 in einem Linienkontakt mit der äußeren Umfangsoberfläche 71a der ersten Rolle 71, während die Erhebung 120 der zweiten Ausführungsform in einem Flächenkontakt mit der äußeren Umfangsoberfläche 71a der ersten Rolle 71 ist. Dies verhindert, dass Druck an dem ersten Kontaktbereich Pa11 exzessiv hoch wird.
Des Weiteren, da sich der erste Ringkontaktbereich Pa11 in die Axialrichtung Z der hochtourigen Welle 12 erstreckt, neigt die Umfangswand 62 nicht dazu, relativ zur Axialrichtung Z der hochtourigen Welle 12 geneigt zu sein, mit dem Ergebnis, dass die Umfangswand 62 stabil positionierbar ist, wodurch eine von der geneigten Umfangswand 62 verursachte Vibration vermieden wird.

(8) Das Vorsehen der generell flachen Stirnfläche 121 ermöglicht es, die Erhebung 120 ohne Schwierigkeiten herzustellen.

In dem Drehzahlerhöher 14, in dem Leistung mittels des Ölfilms (EHL), der zwischen der Erhebung 120 der Umfangswand 62 und der äußeren Umfangsoberfläche 71a der ersten Rolle 71 gebildet ist, übertragen wird, sollten die Oberflächenrauigkeit der Erhebung 120 und die äußere Umfangsoberfläche 71a der ersten Rolle 71 klein sein. Die Stirnfläche 121, die eine flache Oberfläche hat, die sich in die Axialrichtung Z der hochtourigen Welle 12 erstreckt, ermöglicht, passende Oberflächenrauigkeiten einfacher zu erreichen, verglichen mit der Erhebung 69 der ersten Ausführungsform, die eine Bogenform in dem Längsabschnitt aufweist. Auf diese Weise kann eine Herstellung der Erhebung leicht erreicht werden.

(9) Die Erhebung 120 hat das Seitenflächenpaar 122, 123, die fortlaufend mit den entgegengesetzten Enden 121a, 121b der Stirnfläche 121 und der inneren Umfangsoberfläche 63 der Umfangswand 62 geformt sind. Die gepaarten Seitenflächen 122, 123 sind gekrümmt, so dass die Breite der Erhebung 120 von der inneren Umfangsoberfläche 63 der Umfangswand 62 zu der Stirnfläche 121 verringert ist, und die Seitenflächen 122, 123 sind konvex bezüglich der hochtourigen Welle 12.

Das Vorsehen einer Erhebung 120 mit einer solchen Form ermöglicht ein weiches Verbinden der entgegengesetzten Enden 121a, 121b der Stirnfläche 121 mit der ersten bzw. zweiten Seitenfläche 122, 123. In anderen Worten bildet die Kreuzung der Gerade, die tangential zur Seitenfläche 122 ist, und der Stirnfläche 121 an der Grenze dazwischen einen stumpfen Winkel, und bildet die Kreuzung der Gerade, die tangential zur Seitenfläche 123 ist, und das Ende 121b der Stirnfläche 121 an der Grenze dazwischen einen stumpfen Winkel. Das Vorsehen einer Erhebung 120 mit einer solchen Form verhindert eine Konzentration des Drucks an den entgegengesetzten Enden 121a, 121b der Stirnfläche 121, durch welche Konzentration es Öl ermöglicht würde, geströmt zu werden, um sich von dem Ringkontaktbereich Pa11 zu trennen, der der Mitte der Stirnfläche 121 in der Breitenrichtung davon entspricht, was von der Konzentration des Drucks an den entgegengesetzten Enden 121a, 121b der Stirnfläche 121 verhindert werden kann.

(10) Das Vorsehen einer Erhebung 120 in welcher das Seitenflächenpaar 122, 123 in einer logarithmischen Kurve in dem Längsbereich gekrümmt ist, ermöglicht ein weiches Verbinden des ersten bzw. zweiten Endes 121a, 121b der Stirnfläche 121 mit den Seitenflächen 122, 123, wodurch ein stumpfer Winkel an der Kreuzung der Geraden tangential zu der Seitenfläche 122 und dem Ende 121a der Stirnfläche 121 an der Grenze zwischen der Seitenfläche 122 und dem Ende 121a der Stirnfläche 121 gebildet ist, und auch an der Kreuzung der Geraden tangential zu der Seitenfläche 123 und dem Ende 121b der Stirnfläche 121 an der Grenze zwischen der Seitenfläche 123 und dem Ende 121b der Stirnfläche 121. Das Vorsehen einer Erhebung 120 mit einer logarithmischen Kurve verhindert eine Konzentration von Druck an den entgegengesetzten Enden 121a, 121b der Stirnfläche 121 effektiver.
(11) Die Breite Zx der Stirnfläche 121 wird bestimmt basierend auf dem Druck F1, der von der Umfangswand auf die erste Rolle 71 wirkt, dem ersten E-Modul E1 und der ersten Poissonzahl v1 der Umfangswand 62, dem zweiten E-Modul E2 und der zweiten Poissonzahl v2 der ersten Rolle 71, dem Radius r1 der Stirnfläche 121 und dem Radius r2 der ersten Rolle 71, mit dem Ergebnis, dass ein angemessener Druck an dem ersten Kontaktbereich Pa11 gesichert ist.

Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann auf verschiedene Arten verändert werden, wie nachstehend beispielhaft beschrieben ist.
Die Erhebung braucht nicht zwingend eine halbkreisförmige Form oder generell eine Balligkeitsform/Kronenform in dem Längsabschnitt haben, wie in der ersten bzw. zweiten Ausführungsform. Wie in 5 beispielhaft gezeigt ist, kann die Erhebung, welcher das Bezugszeichen 130 zugeordnet ist, eine rechteckige Querschnittsform haben. In diesem Fall soll die Stirnfläche 131 der Erhebung 130 in Kontakt mit der äußeren Umfangsoberfläche 71a, 72a, 73a der ersten, zweiten und dritten Rolle 71, 72, 73 gesetzt werden. Die Stirnfläche 131 erstreckt sich in der Umfangsrichtung der Umfangswand 62 und auch in die Axialrichtung Z der hochtourigen Welle 12.
Hinsichtlich der Herabsetzung des Kontaktbereichs jedoch sollte die Erhebung vorzugsweise eher eine halbkreisförmige Form im Querschnitt als eine rechteckige haben. Hinsichtlich des Verhinderns einer Belastungskonzentration an den entgegengesetzten Enden der Stirnfläche in deren Breitenrichtung, sollte die Erhebung vorzugsweise eine Balligkeitsform im Querschnitt haben wie die Erhebung 120 der zweiten Ausführungsform.
Die Erhebung 69 der ersten Ausführungsform muss nicht notwendigerweise eine Ringform aufweisen, die sich in der Umfangsrichtung der Umfangswand 62 erstreckt, sondern kann eine Halbkugelform aufweisen. In diesem Fall kann eine Anzahl an diskreten Erhebungen in der Umfangsrichtung der Umfangswand 62 gebildet sein. Dies ermöglicht eine weitere Reduzierung des Kontaktbereichs Pa1, Pa2, Pa3. Ähnlich hierzu muss die Erhebung 120 der zweiten Ausführungsform nicht notwendigerweise eine Ringform aufweisen, die sich in der Umfangsrichtung der Umfangswand 62 erstreckt, sondern kann von einer Anzahl an diskreten Erhebungen gebildet sein, die entlang der der Umfangsrichtung der Umfangswand angeordnet sind.
Die Wanddicke der Umfangswand 62 kann konstant sein. In anderen Worten müssen der dicke Wandabschnitt und der dünne Wandabschnitt nicht notwendigerweise gebildet werden.
Die dritte Außenoberfläche 64c muss nicht notwendigerweise von einer schrägen Oberfläche gebildet sein sondern kann von einer Oberfläche gebildet sein, die sich senkrecht zur Axialrichtung Z erstreckt.
Die Erhebung, wie 69 und 120, kann an jeder passenden Stelle angeordnet sein. Beispielsweise kann die Erhebung von der dritten Innenfläche 63c oder der zweiten Innenfläche 63b hervorstehend gebildet sein. Zusätzlich kann die Erhebung von einer Position der inneren Umfangsoberfläche 63 der Umfangswand 62 hervorstehend gebildet sein, die eher an dem Basisende als an dem Vorderende davon angrenzend ist.
Es kann so angepasst sein, dass der Boden 61 des Ringelements 60 und die niedertourige Welle 11 integral gebildet sind und die Umfangswand 62 an dem Boden 61 befestigt ist. Weiterhin können der Boden 61, die Umfangswand 62 und die niedertourige Welle 11 voneinander separat ausgebildet sein und zusammengebaut werden.
Jedwedes passendes Ölversorgungsmittel kann für den Zentrifugalkompressor 10 benutzt werden. Beispielsweise kann der Zentrifugalkompressor 10 mit einer Ölpumpe versehen werden, die dem Drehzahlerhöhergehäuse 22 Öl zuführt.
Die Anzahl an Rollen ist nicht auf drei beschränkt, sondern jede passende Anzahl kann verwendet werden.
Der Drehzahlerhöher 14 kann eine Ausgestaltung haben, in welcher zumindest eine der Rollen 71, 72, 73 in Einklang mit dem Drehmoment der niedertourigen Welle 11 angetrieben wird.
Die Rollen 71, 72, 73 können im Wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweisen. In diesem Fall kann die hochtourige Welle 12 koaxial mit dem Ringelement 60 oder der niedertourigen Welle 11 angeordnet sein.
Die Breite Zx der Stirnfläche 121 muss nicht zwingend mittels dem Radius r2 der ersten Rolle 71 als Parameter bestimmt werden. In anderen Worten kann der Radius der zweiten Rolle 72 oder der Radius der dritten Rolle 73 als Parameter benutzt werden, um die Breite Zx der Stirnfläche 121 zu bestimmen. Wenn der Drehzahlerhöher 14 die erste, zweite und dritte Rolle 71, 72, 73 beinhaltet, die unterschiedliche Durchmesser haben, können der kleinste Radius oder der größte Radius der ersten, zweiten und dritten Rolle 71, 72, 73 als Parameter benutzt werden, um die Breite Zx zu bestimmen.
Das Seitenflächenpaar 122, 123 kann in einer Bogenform anstelle einer logarithmischen Kurve geformt sein. Die gepaarten Seitenflächen 122, 123 können konkav sein hinsichtlich der hochtourigen Welle 12 oder hinsichtlich der Stirnfläche 121 der Erhebung 120 verjüngt sein.
Die Stirnfläche 121 kann jedwede passende Breite Zx annehmen.
Das Verdichtungsteil 15 muss nicht notwendigerweise nach Art eines Impellers gebildet sein. Beispielsweise können auch ein Flügelzellentyp oder ein Scrolltyp Verdichtungsteil in dem Zentrifugalkompressor 10 benutzt werden.
Der Einsatz des Drehzahlerhöhers 14 ist nicht auf einen Zentrifugalkompressor 10 beschränkt. Beispielsweise kann der Drehzahlerhöher 14 an eine Fluidmaschine, wie eine Pumpe, angeschlossen werden, in der keine Fluidkomprimierung durchgeführt wird.
Der Drehzahlerhöher 14 und der Zentrifugalkompressor 10 können an beliebige, von einem Fahrzeug verschiedene Einheiten montiert werden.
Der Zentrifugalkompressor 10 kann zur Kompression eines beliebigen Fluids eingesetzt werden. Beispielsweise kann der Zentrifugalkompressor 10 in einer Klimaanlage eingesetzt werden, um ein Kühlgas zu komprimieren.
Der Zentrifugalkompressor kann jedes der vorstehend genannten Merkmale beinhaltend hergestellt werden.
Ein Drehzahlerhöher beinhaltet eine hochtourige Welle, eine die hochtourige Welle umgebende und durch eine Rotation einer niedertourigen Welle rotierbare ringförmige Umfangswand, wobei die Umfangswand eine innere Umfangsoberfläche und eine Erhebung aufweist, die sich von der inneren Umfangsoberfläche in einer Radialrichtung der hochtourigen Welle nach innen erstreckt, und eine Rolle, die zwischen der hochtourigen Welle und der Umfangswand angeordnet ist und eine äußere Umfangsoberfläche aufweist, die sowohl mit der Erhebung als auch einer äußeren Umfangsoberfläche der hochtourigen Welle in Kontakt ist. Ein Zentrifugalkompressor beinhaltet den Drehzahlerhöher, einen die niedertourige Welle zu einer Rotation antreibenden Elektromotor und einen an der hochtourigen Welle angeordneten Impeller.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2003-314446 [0002]

Claims

Drehzahlerhöher (14), gekennzeichnet durch: eine hochtourige Welle (12); eine ringförmige, die hochtourige Welle (12) umgebende und durch eine Rotation einer niedertourigen Welle (11) rotierbare Umfangswand (62), die eine innere Umfangsoberfläche (63) und eine sich von der inneren Umfangsoberfläche (63) in einer Radialrichtung (R) der hochtourigen Welle (12) nach innen erstreckende Erhebung (69, 120) aufweist; und eine Rolle (71, 72, 73), die zwischen der hochtourigen Welle (12) und der Umfangswand (62) angeordnet ist und eine äußere Umfangsoberfläche (71a, 72a, 73a) aufweist, die sowohl mit der Erhebung (69, 120) als auch einer äußeren Umfangsoberfläche (12a) der hochtourigen Welle (12) in Kontakt ist.
Drehzahlerhöher (14) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangswand (62) einen dicken Wandabschnitt (66, 68) und einen dünnen Wandabschnitt (65, 67) aufweist, wobei der dicke Wandabschnitt (66, 68) eine Wanddicke hat, die größer ist als die des dünnen Wandabschnitts (65, 67), und die Erhebung (69, 120) sich von der dem dicken Wandabschnitt (66, 68) zugehörigen inneren Umfangsoberfläche (63) aus erstreckend ausgebildet ist.
Drehzahlerhöher (14) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der dicke Wandabschnitt (66, 68) einem bezüglich einer Axialrichtung (Z) der hochtourigen Welle (12) mittleren Teil der äußeren Umfangsoberfläche (71a, 72a, 73a) der Rolle (71, 72, 73) gegenüberliegt, und die Erhebung (69, 120) in Kontakt mit dem axial mittleren Teil der äußeren Umfangsoberfläche (71a, 72a, 73a) der Rolle (71, 72, 73) steht.
Drehzahlerhöher (14) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebung (69, 120) eine sich in eine Umfangsrichtung der Umfangswand (62) erstreckende Ringform hat.
Drehzahlerhöher (14) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebung (69) in einer zur Umfangsrichtung der Umfangswand (62) senkrechten Ebene eine halbkreisförmige Form hat.
Drehzahlerhöher (14) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebung (120) eine sich in der Umfangsrichtung der Umfangswand (62) und in der Axialrichtung (Z) der hochtourigen Welle (12) erstreckende Stirnfläche (121) hat, und die Stirnfläche (121) in Kontakt mit der äußeren Umfangsoberfläche (71a, 72a, 73a) der Rolle (71, 72, 73) ist.
Drehzahlerhöher (14) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebung (120) ein Seitenflächenpaar (122, 123) hat, das in der Axialrichtung (Z) der hochtourigen Welle (12) stetig mit den Enden (121a, 121b) der Stirnfläche (121) und der inneren Umfangsoberfläche (63) der Umfangswand (62) ausgebildet ist, wobei das Seitenflächenpaar (122, 123) derart gekrümmt ist, dass eine Dimension der Erhebung (120) in die Axialrichtung (Z) der hochtourigen Welle (12) von der inneren Umfangsoberfläche (63) zur Stirnfläche (121) der Umfangswand (62) reduziert wird, und das Seitenflächenpaar (122, 123) bezüglich der hochtourigen Welle (12) konvex ist.
Drehzahlerhöher (14) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Seitenflächenpaar (122, 123) in einer zur Umfangsrichtung der Umfangswand (62) senkrechten Ebene in der Form einer logarithmischen Kurve gekrümmt sind.
Zentrifugalkompressor (10) mit dem Drehzahlerhöher (14) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrifugalkompressor (10) einen die niedertourige Welle (11) zu einer Rotation antreibenden Elektromotor (13) und einen an der hochtourigen Welle (12) montierten Impeller (52) aufweist.