JP2019529795A - 商用車用のスクリュコンプレッサシステム - Google Patents
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Abstract
本発明は、少なくとも１つのスクリュコンプレッサ（１０）と、このスクリュコンプレッサ（１０）を駆動開ループ制御および／または駆動閉ループ制御するための少なくとも１つの開ループ制御ユニットおよび／または閉ループ制御ユニット（１１０）とを有している、商用車用のスクリュコンプレッサシステム（１００）に関し、開ループ制御ユニットおよび／または閉ループ制御ユニット（１１０）は、スクリュコンプレッサ（１０）の停止後、所定の期間は、スクリュコンプレッサ（１０）の再始動が阻止されるように構成されている。
Description
本発明は、少なくとも１つのスクリュコンプレッサと、このスクリュコンプレッサを駆動開ループ制御および／または駆動閉ループ制御するための少なくとも１つの開ループ制御ユニットおよび／または閉ループ制御ユニットとを有している、商用車用のスクリュコンプレッサシステムに関する。
従来技術により既に、商用車用のスクリュコンプレッサが公知である。このような形式のスクリュコンプレッサは、例えば商用車のブレーキシステムのために必要な圧縮空気を準備するために使用される。
しかしながら、ブレーキシステムのための圧縮空気の需要は商用車の運転状態に応じて変動するので、これに反応してスクリュコンプレッサは周期的に停止もしくは再始動する。
商用車の運転状態がスクリュコンプレッサの停止直後にスクリュコンプレッサの始動を要する場合、スクリュコンプレッサの停止直後の時点ではスクリュ室内に既に高い圧力が形成されている。スクリュ室の出口には、スクリュの停止状態で依然として作動圧がかけられているので、スクリュ室は高圧で負荷され、一方スクリュ室の入口には実質的に大気圧がかけられているので、空気は搬送方向に反して吸込側へと戻され、ここで圧力は高くなる。
上述した状況下でスクリュコンプレッサの再始動が開始されると、スクリュコンプレッサは大気圧の空気を圧縮するのではなく、上述した高い圧力レベルの空気を圧縮する。
このような望ましくない運転状態により、スクリュコンプレッサ内部で短時間の圧力ピークが生じ、かつ相応の駆動装置の短期間の付加的な負荷が生じるので、このような運転状態はできる限り阻止すべきである。
独国特許発明第１０２００４０６０４１７号明細書（DE 10 2004 060 417 B4）により冒頭で述べた形式のスクリュコンプレッサが既に公知である。
本発明の課題は、冒頭で述べた形式のスクリュコンプレッサシステムを改良して、特に、スクリュコンプレッサにおけるいわゆる負荷圧作用（Ladeeffekt）を阻止し、スクリュコンプレッサ内での過剰な圧力の形成を確実に回避することができるようにすることである。
この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴を備えたスクリュコンプレッサシステムにより解決される。これによると、少なくとも１つのスクリュコンプレッサと、このスクリュコンプレッサを駆動開ループ制御および／または駆動閉ループ制御するための少なくとも１つの開ループ制御ユニットおよび／または閉ループ制御ユニットとを有している、商用車用のスクリュコンプレッサシステムが設けられており、開ループ制御ユニットおよび／または閉ループ制御ユニットは、スクリュコンプレッサの停止後、所定の期間は、スクリュコンプレッサの再始動が阻止されるように構成されている。
本発明の根底を成す思想は、スクリュコンプレッサが放圧弁を有しており、この放圧弁を介してスクリュコンプレッサの停止後、スクリュコンプレッサ内の圧力を下げることができる、というものである。スクリュコンプレッサの停止直後は所定の期間の間スクリュコンプレッサの再始動を阻止することにより、スクリュコンプレッサ内の圧力をいずれにせよ減圧できることが保証される。そうでない場合は、いわゆる負荷圧作用が生じ、すなわち、作動圧下にある圧縮空気が上流に向かってスクリュ室の出口からスクリュ室内へと流入し、空気入口およびスクリュコンプレッサのスクリュの入口に到達し、これによりこの圧力は、スクリュコンプレッサの再始動により、さらに増圧される。この場合、極めて高い駆動モーメントが生じ、これは、電気的なスクリュコンプレッサ駆動装置では、過剰に高い始動電流として認められ、電気モータの過負荷につながる恐れがある。このような望ましくない運転状態は確実に阻止されるべきである。このような運転状態は、スクリュコンプレッサ内の圧力が減圧される所定の期間、敢えて待機させることにより回避することができる。
例えば、開ループ制御ユニットおよび／または閉ループ制御ユニットは、スクリュコンプレッサの構成部分であってよい。これによりコンパクトな構造が形成され、外部の構成要素に関与する必要はない。
基本的には、開ループ制御ユニットおよび／または閉ループ制御ユニットは、商用車の空気処理システムの構成部分であることも考えられる。この場合、簡単に一緒に使用することができる相応の制御装置が既に存在している。
開ループ制御ユニットおよび／または閉ループ制御ユニットは、商用車のエンジン制御装置または車両制御装置の構成部分であることも考えられる。この場合も、商用車の既存の構成要素を利用することができる。
基本的には、開ループ制御ユニットおよび／または閉ループ制御ユニットは、別個の開ループ制御ユニットおよび／または閉ループ制御ユニットとして形成されていることも考えられる。これにより、例えば簡単な組み立ておよび簡単な交換もしくは簡単なアップグレードも可能である。
前記期間は少なくとも約１０秒であって、特に少なくとも約１５秒であることが考えられる。このような期間は通常の放圧弁では、作動圧を、またはスクリュコンプレッサ内に存在している圧力を、スクリュ室内に危険な高い逆流圧が存在しない圧力レベルまで確実に減圧させるためには十分である。
さらに、スクリュコンプレッサは少なくとも１つの放圧弁を有していてよい。この放圧弁を介して、スクリュコンプレッサ内の圧力を簡単かつ確実に減じることができる。
放圧弁は、所定の期間内で、スクリュコンプレッサの内部が、大気圧近くの圧力まで、またはほぼ大気圧まで放圧され得るように設計されている。これによりスクリュコンプレッサの確実な作動が可能とされ、いわゆる負荷圧作用は確実に回避される。
本発明のさらなる詳細および利点は、図示した実施例につき詳しく説明される。
図１には、本発明の実施例によるスクリュコンプレッサ１０が概略的な断面図で示されている。
スクリュコンプレッサ１０は、このスクリュコンプレッサ１０を、ここには図示されていない電気モータの形態の駆動装置に機械的に取り付けるための取付けフランジ１２を有している。
しかしながら入力軸１４は示されており、この入力軸を介して、電気モータからトルクが両スクリュ１６および１８のうちの一方に、すなわちスクリュ１６に伝達される。
スクリュ１８はスクリュ１６に噛み合っていて、スクリュ１６によって駆動される。
スクリュコンプレッサ１０はケーシング２０を有していて、このケーシング内に、スクリュコンプレッサ１０の主要な構成要素が収容されている。
ケーシング２０にはオイル２２が充填されている。
スクリュコンプレッサ１０のケーシング２０の空気入口側には入口管片２４が設けられている。この場合、入口管片２４は、この入口管片にエアフィルタ２６が配置されているように形成されている。さらに、空気入口管片２４には半径方向で空気入口２８が設けられている。
入口管片２４と、ケーシング２０に入口管片２４が取り付けられている個所との間の領域には、ばね荷重が加えられたバルブインサート３０が設けられており、この場合、軸方向シールとして構成されている。
このようなバルブインサート３０は逆止弁として機能する。
バルブインサート３０の下流には、空気を両スクリュ１６，１８に供給する空気供給通路３２が設けられている。
両スクリュ１６，１８の出口側には、上昇管路３６を備えた空気出口管３４が設けられている。
上昇管路３６の端部の領域には温度センサ３８が設けられており、この温度センサによってオイル温度を監視することができる。
さらに、空気出口領域には、空気／オイル分離エレメント４２のためのホルダ４０が設けられている。
空気／オイル分離エレメントのためのホルダ４０は、（図１に示したような）組み付け状態で底面側の領域に、空気／オイル分離エレメント４２を有している。
さらに、空気／オイル分離エレメント４２の内部には、相応のフィルタスクリーンもしくは公知の濾過およびオイル分離装置４４が設けられているが、これについてはより詳しくは特記しない。
空気／オイル分離エレメントのためのホルダ４０は、組み付け状態および作動準備完了状態（すなわち図１に示したような状態）に関して中央上方領域に、空気出口開口４６を有しており、この空気出口開口は逆止弁４８および最低圧力弁５０に通じている。逆止弁４８および最低圧力弁５０は、組み合わせられた１つの共通の弁として形成されてもよい。
逆止弁４８に続いて、空気出口５１が設けられている。
空気出口５１は、通常、相応に公知の圧縮空気消費器に接続されている。
空気／オイル分離エレメント４２内に存在する分離されたオイル２２を再びケーシング２０内に戻し案内するために、上昇管路５２が設けられていて、この上昇管路は、空気／オイル分離エレメント４２のためのホルダ４０から出発して、ケーシング２０内へ移行するところに、濾過および逆止弁５４を有している。
濾過および逆止弁５４の下流では、ケーシング孔内にノズル５６が設けられている。オイル戻し案内管路５８は、スクリュ１６またはスクリュ１８のほぼ真ん中の領域に戻されて、このスクリュに再びオイル２２を供給する。
組み付け状態にあるケーシング２０の底面領域内側には、オイル排出ねじ５９が設けられている。オイル排出ねじ５９を介して、相応のオイル排出開口が開かれ、この開口を介してオイル２２を排出することができる。
ケーシング２０の下方領域には、オイルフィルタ６２が取り付けられる付設部６０も設けられている。ケーシング２０内に配置されているオイルフィルタ入口通路６４を介して、オイル２２はまずは温度調整弁６６に案内される。
温度調整弁６６の代わりに、ケーシング２０内にあるオイル２２のオイル温度を監視することができ、かつ目標値へと調整することができる開ループ制御装置および／または閉ループ制御装置が設けられてよい。
次いで温度調整弁６６の下流には、オイルフィルタ６２のオイル入口があり、このオイルフィルタは、中央の戻し案内管路６８を介してオイル２２を再び、スクリュ１８へと、またはスクリュ１６へと戻し案内するが、軸１４のオイル潤滑される軸受７０にも戻し案内する。軸受７０の領域にはノズル７２も設けられていて、このノズルはケーシング２０内で戻し案内管路６８に連通して設けられている。
クーラ７４は付設部６０に接続されている。
ケーシング２０の（組み付け状態に関して）上方領域には、ケーシング２０内の高すぎる圧力を減圧することができる安全弁７６が位置している。
最低圧力弁５０の手前に、放圧弁８０に通じるバイパス管路７８が位置している。空気供給通路３２との接続によって制御されるこの放圧弁８０を介して、空気入口２８の領域に空気を戻し案内することができる。この領域には、示されていない空気抜き弁およびノズル（供給管路の縮径部）が設けられていてよい。
さらに、ケーシング２０の外壁にほぼ管路３４の高さにオイルレベルセンサ８２を設けることができる。このオイルレベルセンサ８２は例えば、光学センサであってよく、センサ信号により、作動中に油面がオイルレベルセンサ８２の上方にあるかどうか、またはオイルレベルセンサ８２が露出していて、これにより油面が相応に低下しているかどうかを検知することができるように構成され、調整されている。
このような監視との関連で、相応のエラー報知または警告をシステムの使用者に発する、もしくは伝えるアラームユニットを設けることもできる。
図１に示されたスクリュコンプレッサ１０の機能は以下の通りである：
空気は、空気入口２８を介して供給され、逆止弁３０を介してスクリュ１６，１８に到り、ここで空気は圧縮される。５〜１６倍に圧縮された空気オイル混合物は、スクリュ１６，１８を出た後、出口管３４を通って上昇管路３６を介して上昇し、温度センサ３８へと直接吹き付けられる。
空気は、空気入口２８を介して供給され、逆止弁３０を介してスクリュ１６，１８に到り、ここで空気は圧縮される。５〜１６倍に圧縮された空気オイル混合物は、スクリュ１６，１８を出た後、出口管３４を通って上昇管路３６を介して上昇し、温度センサ３８へと直接吹き付けられる。
まだ部分的にオイル粒子を含む空気は、次いで、ホルダ４０を介して空気／オイル分離エレメント４２へと案内され、相応の最低圧力に達すると空気出口管路５１へと到る。
ケーシング２０内に存在するオイル２２は、オイルフィルタ６２を介して、かつ場合によっては熱交換器７４を介して作動温度に保持される。
冷却が不要な場合は、熱交換器７４は使用されず、オンにもされていない。
相応のスイッチオンは、温度調整弁６６を介して行われる。オイルフィルタ６２における浄化後、オイルは管路６８を介してスクリュ１８にまたはスクリュ１６に供給されるが、軸受７０にも供給される。スクリュ１６またはスクリュ１８には、戻し案内管路５２，５８を介してオイル２２が供給され、この場合、オイル２２の浄化は、空気／オイル分離エレメント４２内で行われる。
図示されていない電気モータのトルクは、軸１４を介してスクリュ１６に伝達され、このスクリュ１６はスクリュ１８に噛み合っており、この電気モータを介してスクリュコンプレッサ１０のスクリュ１６，１８は駆動される。
詳しくは図示されていない放圧弁８０に基づいて、作動状態で例えばスクリュ１６，１８の出口側に形成される高圧が、供給管路３２の領域で閉じ込められることがなく、特にコンプレッサの始動時に供給管路３２の領域には常に低い入口圧が、特に大気圧が存在していることが保証される。さもないと、コンプレッサの始動により最初に、駆動モータに過剰に負荷をかける極めて高い圧力がスクリュ１６，１８の出口側に発生してしまう恐れがある。
図２には概略図で、図１に示したスクリュコンプレッサ１０ならびに開ループ制御ユニット１１０を有した本発明によるスクリュコンプレッサシステム１００が示されている。
開ループ制御ユニット１１０はこの場合、スクリュコンプレッサ１０の開ループ制御ユニットおよび閉ループ制御ユニットとして、もしくはスクリュコンプレッサ１０の構成部分として形成されている。
しかしながら基本的には、開ループ制御ユニットおよび閉ループ制御ユニット１１０が、商用車の空気処理システム（ＥＡＣ）の構成部分、商用車のエンジン制御装置の構成部分、商用車の車両制御装置の構成部分、または別個の開ループ制御ユニットおよび閉ループ制御ユニット１１０として形成されていることを想定することができる。
開ループ制御ユニットおよび閉ループ制御ユニット１１０によって、スクリュコンプレッサ１０の停止後、もしくはスクリュコンプレッサ１０の駆動装置の停止後に、スクリュ１６，１８の再始動は所定の期間の間阻止されるようになっている。
この期間は、図示した実施例では約１０秒であるが、１０〜１５秒の範囲にあっても、またはそれ以上であってもよい。
放圧弁８０を介して、スクリュコンプレッサ１０内に存在している作動圧を、所定の期間内で、いわゆる負荷圧作用を確実に阻止するように減圧することができる。この負荷圧作用は特に、スクリュ１６，１８の後方もしくは下流で、スクリュコンプレッサ１０の停止直後に加えられる作動圧が、スクリュ室の出口を介して、かつ相応の管路５８，６８を介して、上流に向かって、スクリュ１６，１８の吸込領域内に、すなわち空気入口２８に到ることにより生じる。まだ減圧されない段階でスクリュ１６，１８の再始動が生じた場合は、ここに加えられる圧力がスクリュ１６，１８により圧縮されて、これにより作動圧が例えばさらに１０倍圧縮され得る望ましくない作動状態が生じる恐れがある。
この場合、放圧弁８０は、所定の期間内で、スクリュコンプレッサ１０の内部が、大気圧近くの圧力まで、またはほぼ大気圧まで放圧され得るように設計されている。
１０ スクリュコンプレッサ
１２ 取付けフランジ
１４ 入力軸
１６ スクリュ
１８ スクリュ
２０ ケーシング
２２ オイル
２４ 入口管片
２６ エアフィルタ
２８ 空気入口
３０ バルブインサート
３２ 空気供給通路
３４ 空気出口管
３６ 上昇管路
３８ 温度センサ
４０ 空気／オイル分離エレメントのためのホルダ
４２ 空気／オイル分離エレメント
４４ フィルタスクリーンもしくは公知の濾過もしくはオイル分離装置
４６ 空気出口開口
４８ 逆止弁
５０ 最低圧力弁
５１ 空気出口
５２ 上昇管路
５４ 濾過および逆止弁
５６ ノズル
５８ オイル戻し案内管路
５９ オイル排出ねじ
６０ 付設部
６２ オイルフィルタ
６４ オイルフィルタ入口通路
６６ 温度調整弁
６８ 戻し案内管路
７０ 軸受
７２ ノズル
７４ クーラ、熱交換器
７６ 安全弁
７８ バイパス管路
８０ 放圧弁
８２ オイルレベルセンサ
１００ スクリュコンプレッサシステム
１１０ 開ループ制御ユニット
１２ 取付けフランジ
１４ 入力軸
１６ スクリュ
１８ スクリュ
２０ ケーシング
２２ オイル
２４ 入口管片
２６ エアフィルタ
２８ 空気入口
３０ バルブインサート
３２ 空気供給通路
３４ 空気出口管
３６ 上昇管路
３８ 温度センサ
４０ 空気／オイル分離エレメントのためのホルダ
４２ 空気／オイル分離エレメント
４４ フィルタスクリーンもしくは公知の濾過もしくはオイル分離装置
４６ 空気出口開口
４８ 逆止弁
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５１ 空気出口
５２ 上昇管路
５４ 濾過および逆止弁
５６ ノズル
５８ オイル戻し案内管路
５９ オイル排出ねじ
６０ 付設部
６２ オイルフィルタ
６４ オイルフィルタ入口通路
６６ 温度調整弁
６８ 戻し案内管路
７０ 軸受
７２ ノズル
７４ クーラ、熱交換器
７６ 安全弁
７８ バイパス管路
８０ 放圧弁
８２ オイルレベルセンサ
１００ スクリュコンプレッサシステム
１１０ 開ループ制御ユニット
Claims (8)
- 商用車用のスクリュコンプレッサシステム（１００）であって、少なくとも１つのスクリュコンプレッサ（１０）と、前記スクリュコンプレッサ（１０）を駆動開ループ制御および／または駆動閉ループ制御するための少なくとも１つの開ループ制御ユニットおよび／または閉ループ制御ユニット（１１０）とを有しており、前記開ループ制御ユニットおよび／または閉ループ制御ユニット（１１０）は、前記スクリュコンプレッサ（１０）の停止後、所定の期間の間、前記スクリュコンプレッサ（１０）の再始動が阻止されるように構成されている、商用車用のスクリュコンプレッサシステム（１００）。
- 前記開ループ制御ユニットおよび／または閉ループ制御ユニット（１１０）は、前記スクリュコンプレッサ（１０）の構成部分である、請求項１記載のスクリュコンプレッサシステム（１００）。
- 前記開ループ制御ユニットおよび／または閉ループ制御ユニット（１１０）は、前記商用車の空気処理システムの構成部分である、請求項１記載のスクリュコンプレッサシステム（１００）。
- 前記開ループ制御ユニットおよび／または閉ループ制御ユニット（１１０）は、前記商用車のエンジン制御装置または車両制御装置の構成部分である、請求項１記載のスクリュコンプレッサシステム（１００）。
- 前記開ループ制御ユニットおよび／または閉ループ制御ユニット（１１０）は、別個の開ループ制御ユニットおよび／または閉ループ制御ユニット（１１０）である、請求項１記載のスクリュコンプレッサシステム（１００）。
- 前記期間は、少なくとも約１０秒であって、特に少なくとも約１５秒である、請求項１から５までのいずれか１項記載のスクリュコンプレッサシステム（１００）。
- 前記スクリュコンプレッサ（１０）は少なくとも１つの放圧弁（８０）を有している、請求項１から６までのいずれか１項記載のスクリュコンプレッサシステム（１００）。
- 前記放圧弁（８０）は、前記期間内で、前記スクリュコンプレッサ（１０）の内部が、大気圧近くの圧力まで、またはほぼ大気圧まで放圧され得るように設計されている、請求項７記載のスクリュコンプレッサシステム（１００）。
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