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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Gaskompressor vom Drehflügeltyp,
der mit einer elektromagnetischen Kupplung ausgestattet ist. Ein
solcher Kompressor ist aus der DE-A-198 31 792 bekannt.
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In
einem Gaskompressor vom Flügeltyp,
der für
eine Fahrzeugklimaanlage oder dergleichen verwendet wird, wird eine
Drehkraft von einer Motorkurbelwellen-Riemenscheibe auf eine Rotorwelle
durch einen Riemen 60 und eine elektromagnetische Kupplung 50 übertragen,
wie in 1 gezeigt.
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Die
elektromagnetische Kupplung 50 hat einen ringförmigen Elektromagneten 51,
eine Primärantriebsriemenscheibe 52 zum
Leiten des Magnetflusses des Elektromagneten 51, ein mehrreihiges
Kugellager 530 (siehe 8) zum drehbaren
koaxialen Halten der Primärantriebsriemenscheibe 52 an
dem Elektromagneten 51 sowie eine Ankerfolgerplatte 54,
die durch den Magnetfluss an eine Endfläche 52a der Primärantriebsriemenscheibe 52 angezogen
wird.
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Während der
Motordrehung werden die Primärantriebsriemenscheibe 52 und
das diese haltende Kugellager 530 durch einen Riemen 60 immer
drehend angetrieben.
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Wenn
der Gaskompressor 1 in Betrieb ist, wird der Elektromagnet 51 der
elektromagnetischen Kupplung 50 angeregt, um die Ankerfolgerplatte 54 an
eine Endfläche 52a der
Primärantriebsriemenscheibe 52 anzuziehen
und die Primärantriebsriemenscheibe 52 mit
der Rotorwelle 40 zu verbinden, um hierdurch die Rotorwelle 40 zu
drehen.
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Als
das Kugellager 530 der elektromagnetischen Kupplung 50 ist
herkömmlich
ein solches verwendet worden, das pro Reihe eine gerade Anzahl von
Kugeln 530a aufweist, z. B. vierzehn, wie in 10 gezeigt. Allgemein erzeugt das Kugellager
aufgrund der Drehung Vibration und Geräusch. Im Falle des Kugellagers 530,
das sich dreht, während
es aufgrund der Spannung des Riemens 60 einer radialen
Last unterliegt, treten beträchtliche
Vibration und Geräusch
auf. Insbesondere wenn andere Vibrations- und Geräuschpegel
während des
Motorleerlaufs geringer sind, ist die Vibration und das Geräusch des
Kugellagers 530; das auf den Fahrzeuginnenraum übertragen
wird, nicht vernachlässigbar.
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Die
US 44 255 20 beschreibt
eine elektromagnetische Kupplungsanordnung dieses Typs.
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Der
Erfinder hat verschiedene Experimente durchgeführt und darauf hingewiesen,
dass ein Faktor für einen
hohen Vibrations- und Geräuschpegel
eine gerade Anzahl von Kugeln des Kugellagers ist. In dem Kugellager 530,
das eine gerade Anzahl von Kugeln 530 pro Reihe aufweist,
sind die Kugeln 530a, 530a... in einer gegenüberliegend
angeordnet, so dass sie eine linear symmetrische Anordnung zwischen
der Innenlaufbahn 530b und der Außenlaufbahn 530c aufweisen.
Die Verformung und Vibration einer bestimmten regelmäßigen Frequenz
wird in den inneren und äußeren Laufbahnen
hervorgerufen. Man muss daran denken, dass die Vibration als Quelle
auch das Geräusch
erhöht.
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Die
US 33 929 80 offenbart eine
Rollenlageranordnung, die aufgebaut ist, um Vibration zu reduzieren, die
aus Welligkeiten der Kugeln und Laufbahn sowie Unrundheit der Laufbahn
entstehen. Das Lager ist so aufgebaut, dass das Verhältnis der
Außenringdicke
zur Differenz zwischen dem Außendurchmesser
des Außenrings
und dem Bohrungsdurchmesser des Innenrings gleich oder größer als
0,5 ist, und wenn das Produkt des Verhältnisses des Außendurchmessers
des Außenrings,
der kleiner ist als der Bohrungsdurchmesser des Innenrings, zur
Summe des Außendurchmessers
des Außenrings
und des Bohrungsdurchmessers des Innenrings und der Anzahl der Kugeln
gleich oder größer als
5 ist.
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Diese
Erfindung löst
das vorstehende Problem und gibt einen Kompressor vom Drehflügeltyp an,
der eine elektromagnetische Kupplung aufweist und dessen Vibration
und Geräusch
aufgrund des Kugellagers, das zum Tragen der elektromagnetischen
Kupplung verwendet wird, gering ist.
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Um
das obige Problem zu lösen,
sieht die vorliegende Erfindung einen Gaskompressor vom Drehflügeltyp vor,
umfassend:
eine elektromagnetische Kupplung mit einem Elektromagneten
in einer Ringform, einer Primärantriebsriemenscheibe
zum Leiten eines Magnetflusses des Elektromagneten, einem Kugellager
zum drehbaren Lagern der Primärantriebsriemenscheibe
koaxial zu dem Elektromagneten, und einer Folgerankerplatte, die
durch den Magnetfluss zu einer Endfläche der Primärantriebsriemenscheibe
hin anzuziehen ist; und
eine Rotorwelle zum Übertragen
einer Drehkraft zum Komprimieren von Gas durch die elektromagnetische Kupplung;
dadurch gekennzeichnet dass:
das Kugellager eine ungerade Anzahl
von Kugeln pro Reihe aufweist.
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Durch
das Vorsehen eines Kugellagers mit einer ungeraden Anzahl von Kugeln
sind die Kugeln nicht in einer gegenüberliegenden Beziehung angeordnet.
Die Verformung der inneren und äußeren Laufbahnen des
Kugellagers, das rotiert, während
es einer radialen Last unterliegt, wird unregelmäßig und kompliziert gemacht,
was die Verformung und Vibration mit einer regelmäßigen vorbestimmten
Frequenz eliminiert und den Vibrations- und Geräuschpegel senkt.
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Nun
werden Ausführungen
der vorliegenden Erfindung nur anhand eines weiteren Beispiels und
in Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, worin:
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1 ist
eine Längsschnittansicht
mit Darstellung einer Ausführung
dieser Erfindung.
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2 ist
eine Vorderansicht mit Darstellung eines Kugellagers des Gaskompressors
von 1.
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3 ist
eine Erläuterungsansicht
mit Darstellung eines empirischen Werts einer Beziehung zwischen der
Anzahl der Kugeln, des Kugellagers und von Geräusch/Vibration.
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4A ist
eine Draufsicht und 4B ist eine Seitenansicht mit
Darstellung einer Geräuschmessposition
eines erfindungsgemäßen Produkts
und eines herkömmlichen
Produkts in einem echten Fahrzeug.
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5A ist
eine Draufsicht und 5B ist eine Seitenansicht mit
Darstellung eines Installationspunkts von Vibrationsmessern eines
erfindungsgemäßen Produkts
und eines herkömmlichen
Produkts in einem echten Fahrzeug.
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6A und 6B sind
eine Grafik, die zum Vergleich Geräuschpegel des erfindungsgemäßen Produkts
und des herkömmlichen
Produkts zeigen.
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7A und 7B sind
eine Grafik, die zum Vergleich Vibrationspegel des erfindungsgemäßen Produkts
und des herkömmlichen
Produkts zeigen.
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8 ist
eine Vorderansicht eines Kugellagers verwandter Technik, das in
einem Gaskompressor verwendet wird.
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Eine
Ausführung
der Erfindung wird nachfolgend in Bezug auf 1 bis 7A und 7B erläutert. 1 ist
eine Längsschnittansicht
mit Darstellung einer Ausführung
dieser Erfindung, und 2 ist eine Vorderansicht mit
Darstellung eines Kugellagers eines Gaskompressors von 1.
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In 1 ist
der Gaskompressor 1 mit einer elektromagnetischen Kupplung 50 versehen.
Die elektromagnetische Kupplung 50 überträgt eine Antriebskraft zur Drehung
von einer Motorkurbelwelle durch einen Riemen 60, der über eine
Primärantriebsriemenscheibe 52 an
dessen Primärantriebsseite
gelegt ist.
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Wenn
die elektromagnetische Kupplung 50 erregt ist, wird eine
Ankerfolgerplatte 54 an einer mit der Rotorwelle 40 gekoppelten
Folgerseite an eine Endfläche 52a der
Primärantriebsriemenscheibe 52 angezogen und
damit integriert, um hierdurch eine Drehkraft auf die Rotorwelle 40 zu übertragen.
Diese dreht in einer Zylinderkammer 2 den Rotor 41,
der mit der Rotorwelle 40 integriert ist, und die Flügel 42 gleiten
in Radialnuten des Rotors 41, um das Gas in dem Zylinder 2 zu
verdichten.
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Übrigens
wird das komprimierte Gas zu einer Ausgabekammer 3 abgegeben,
wo es durch eine Auslassöffnung 3a zu
einem Rohrsystem, wie etwa einer Autoklimaanlage, nicht gezeigt,
geliefert wird, und kehrt zu einer Saugöffnung 4a zu einer
Saugkammer 4 zurück,
wobei es wieder in die Zylinderkammer 2 aufgenommen wird.
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In
der elektromagnetischen Kupplung 50 ist ein Elektromagnet 51 in
einer Ringform vorgesehen, der an einem vorderen Deckel (Rahmen)
des Gaskompressors 1 befestigt ist. Wenn die Wicklung 51a des
Elektromagneten 51 erregt wird, wird die elektromagnetische
Kupplung 50 erregt. Der Magnetfluss des Elektromagneten 51 tritt
durch eine Innenseite der Primärantriebsriemenscheibe 52 hindurch,
um die Ankerfolgerplatte 54 auf die Endfläche 52a der
Primärantriebsriemenscheibe 52 anzuziehen.
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Die
Primärantriebsriemenscheibe 52 wird
koaxial zu dem Elektromagneten 51 an dem Rahmen 5 des Gaskompressors 1 durch
mehrere Kugellagerreihen 53 drehbar gehalten. Insbesondere
ist die Innenlaufbahn 53b des Kugellagers 53 an
dem Rahmen 5 des Gaskompressors 1 angebracht,
und die Außenlaufbahn 53c hält die Primärantriebsriemenscheibe 52.
Das heißt,
ein drehender Außenlaufbahn-Strukturaufbau wird
vorgesehen durch Zusammenbauen der Innenlaufbahn 53b an
der Seite eines nicht drehbaren Stators und der Außenlaufbahn 53c an
der Seite eines drehbaren Rotors. Dieses Kugellager 53 wird,
zusätzlich
zu der Last aufgrund des Gewichts der Primärantriebsriemenscheibe 52,
mit Drehvibration und dergleichen, einer viel größeren Last in der radialen
Richtung aufgrund der Spannung, Vibration und dergleichen des Riemens 60 belastet.
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Die
vorstehende Struktur und der Betrieb ist ähnlich des Gaskompressors unter
Verwendung einer elektromagnetischen Kupplung. Als nächstes werden
die Merkmalsteile dieser Erfindung erläutert.
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Das
Kugellager 53 hat, wie in 2 gezeigt,
Kugeln 53a in einer ungeraden Anzahl von Kugeln pro Reihe,
dreizehn in dieser Ausführung,
die nahezu mit gleichem Abstand auf einem Laufkreis p durch einen
Halter (nicht gezeigt) zwischen der Innenlaufbahn 53b und
der Außenlaufbahn 53c angeordnet
sind.
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3 zeigt
ein Vergleichsergebnis zwischen Vibration und Geräusch an
dem Gaskompressor der Erfindung und Vibration und Geräusch an
einem herkömmlichen
Gaskompressor. In 3 ist das Erfindungsprodukt
ein Gaskompressor der Erfindung unter Verwendung des Kugellagers 53 mit
einer ungeraden Anzahl von Kugeln (dreizehn), in 2 auf
der elektromagnetischen Kupplung 50 gezeigt, während das
herkömmliche Produkt
ein herkömmlicher
Gaskompressor unter Verwendung eines Kugellagers 530 mit
einer geraden Anzahl von Kugellagern (vierzehn) ist, in 10 an der elektromagnetischen Kupplung 50 gezeigt.
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Die
Daten in 3 zeigen jeweilige Durchschnittswerte
von Vibration und Geräusch,
gemessen unter der gleichen Bedingung von jeweils fünf Sätzen, die
für das
Erfindungsprodukt und das herkömmliche
Produkt hergestellt wurden.
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Wie
in 3 gezeigt, hat ein Kugellager 53 der
Erfindung mit einer ungeraden Anzahl von Kugeln einen Geräuschpegel,
der etwas über
5 dB niedriger ist, und einen Vibrationspegel, der etwas über 0,2
G niedriger ist, im Vergleich zum Fall eines herkömmlichen
Kugellagers 530, das eine gerade Kugelanzahl aufweist.
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Dann
wurde das Erfindungsprodukt und das herkömmliche Produkt jeweils an
echten Fahrzeugen montiert, und es wurde ein Geräuschmesstest und ein Vibrationsmesstest
durchgeführt.
Die Messbedingungen in den Messtests waren wie folgt:
- Umgebungstemperatur
von 30°C
- stehender Fahrzeugzustand (Leerlaufzustand)
- Motordrehzahl Ne = 1100 upm (Kompressordrehzahl Nc = 1400 upm)
- Klimaanlage im EIN-Zustand (Kompressorkupplung EIN).
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Übrigens
ist das Erfindungsprodukt ein Gaskompressor der Erfindung unter
Verwendung eines Kugellagers 53, das eine ungerade Anzahl
(dreizehn) Kugeln aufweist, in 2 an der
elektromagnetischen Kupplung 50 gezeigt, während das
herkömmliche
Produkt ein herkömmlicher
Gaskompressor unter Verwendung des Kugellagers 530 mit
einer geraden Anzahl (vierzehn) von Kugeln ist, in 10 an
der elektromagnetischen Kupplung 50 gezeigt.
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Die
Geräuschmessposition
ist so, wie in den 4A und 4B gezeigt,
worin der Gaskompressor 1 an einem Motor 72 in
einem Motorraum 71 des Fahrzeugs 70 montiert ist
und ein Mikrofon (Geräuschmesser) 74 zur
Geräuschmessung
in einem Fahrzeuginnenraum 73 installiert ist.
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Dieses
Mikrofon 74 wird in einer Mittelposition der Vordersitze
aufgebaut, das heißt
an einer Zwischenposition zwischen dem Fahrersitz und dem Beifahrersitz,
in einer Höhe
angenähert
gleich der Ohrhöhe
eines typischen Fahrers.
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Die
Vibrationsmessposition ist so, wie in den 5A und 5B gezeigt,
worin der Gaskompressor an dem Motor 72 durch einen Kompressorhaltebeschlag 72a angebracht
ist, und ein Beschleunigungsaufnehmer (Vibrometer) 75 an
einem Gehäuseflansch 1a des
Gaskompressors 1 angebracht ist. Die Richtung der Vibrationsmessung
ist in eine Vorwärts-/Rückwärtsrichtung
des Gaskompressors 1 eingestellt, wie in 5A mit
dem Pfeil gezeigt.
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Dann
wird eine Frequenzanalyse (FFT-Analyse) durchgeführt.
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Das
Ergebnis der Geräuschmessung
ist für
das Erfindungsprodukt in der Grafik von 6A gezeigt und
das für
das herkömmliche
Produkt ist in der Grafik von 6B gezeigt
(Frequenz auf der horizontalen Achse, Geräusch auf der vertikalen Achse).
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Das
Ergebnis der Vibrationsmessung durch das an dem Gaskompressor 1 montierte
Vibrometer 75 ist für
das Erfindungsprodukt in dem Graph von 7A gezeigt,
und jenes für
das herkömmliche
Produkt ist in dem Graph von 7B gezeigt
(Frequenz auf der horizontalen Achse, Vibrationspegel auf der vertikale
Achse).
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Wie
entsprechend aus einem Vergleich zwischen den Graphen der 6A und 6B ersichtlich, welche
die Geräuschmessungsergebnisse
für das
vorliegende Produkt und das herkömmliche
Produkt betreffen, beträgt
der Geräuschpegel
des herkömmlichen
Produkts bei einer Frequenz von 240 Hz, die eine vernehmliche Geräuschfrequenz
ist, 52,53 dB, wohingegen der Geräuschpegel des Erfindungsprodukts
42,49 dB beträgt.
Hieraus versteht sich, dass der Geräuschpegel in etwa um etwa 10
dB abnimmt.
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Unterdessen
beträgt,
beim Vergleich der in den 7A und 7B gezeigten
Vibrationsmessergebnisse, der Vibrationspegel dieses Erfindungsprodukts
minus 37,98 dB = 0,13G im Vergleich zum Vibrationspegel des herkömmlichen
Produkts von –38,34
dB = 0,38G. Es versteht sich, dass die Vibration um 0,2G oder mehr
abnimmt. Übrigens
wird die Vibration als 0 dB = 10G durch Anwendung der folgenden
Rechenformel berechnet.
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Da
unterdessen der Ton bei etwa 240 Hz im Fahrzeuginnenraum vernehmlich
hörbar
war, werden die anderen Tonfrequenzen als vernachlässigbar
angesehen.
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Auf
diese Weise kann das Folgende als der Grund angenommen werden, warum
der Geräusch-Nibrationspegel
zwischen der vorliegenden Erfindung und dem herkömmlichen Produkt reduziert
werden kann.
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In
dem Kugellager 53 dieser Erfindung sind die ungeradzahligen
Kugeln 53a,... nicht einander gegenüberliegend angeordnet, und
Deformationen der Innenlaufbahn 35b, der Außenlaufbahn 35c des
Kugellagers 53 sind unregelmäßig und haben eine komplizierte
Form. Die Verformung/Vibration mit der regelmäßigen bestimmten Frequenz wird
eliminiert, um den Vibrations-/Geräuschpegel zu senken. Im Gegensatz
hierzu weisen in dem herkömmlichen
Kugellager 530 die geradzahligen Kugeln 530, 530a ...
aufeinander zu und sind linear symmetrisch angeordnet. Die Verformung/Vibration
bei der regelmäßigen bestimmten
Frequenz wird in der Innenlaufbahn 530b, der Außenlaufbahn 530c verursacht,
so dass ein hoher Vibrations-/Geräuschpegel erzeugt wird.
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Es
braucht nicht gesagt zu werden, dass die in der Erfindung verwendeten
Kugellager einen ähnlichen Betriebs-/Arbeitseffekt
haben, wenn sie in einem einreihigen Kugellager verwendet werden,
und daher keine Beschränkung
vorliegt, ein mehrreihiges Kugellager anzuwenden.
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Weil,
wie oben im Detail erläutert,
in dieser Erfindung die Anzahl an Kugeln pro Reihe des Kugellagers für die elektromagnetische
Kupplung als ungerade Anzahl ausgewählt ist, ergibt das Kugellager,
wenn es rotiert, reduzierte Vibrations-/ und Geräuschpegel, im Vergleich zu
bekannten Anordnungen.
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Die
vorstehende Beschreibung ist nur als Beispiel angegeben worden,
und es wird für
einen Fachmann ersichtlich, dass Modifikationen vorgenommen werden
können,
ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
