JP2019529796A - 商用車用のスクリュコンプレッサ - Google Patents
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Abstract
本発明は、商用車用のスクリュコンプレッサであって、少なくとも１つの雌スクリュ（１６）と、雌スクリュ（１６）に噛み合う少なくとも１つの雄スクリュ（１８）と、少なくとも１つのスクリュコンプレッサ駆動装置と、を有しており、スクリュコンプレッサ駆動装置は雌スクリュ（１６）を駆動する、商用車用のスクリュコンプレッサに関する。
Description
本発明は、少なくとも１つの雌スクリュと、雌スクリュに噛み合う少なくとも１つの雄スクリュと、少なくとも１つのスクリュコンプレッサ駆動装置と、を有している、商用車用のスクリュコンプレッサに関する。
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。
この関連で特に、オイルが充填されたコンプレッサ、特にスクリュコンプレッサも公知であり、このようなコンプレッサでは、オイル温度の制御が課題である。オイル温度の制御は通常、オイルが充填されたコンプレッサおよびオイル循環路に温度調整弁を介して接続されている外部のオイルクーラを設けることにより実施される。この場合、オイルクーラは、互いに分離された２つの循環路を有する熱交換器であって、高温の流体、すなわちコンプレッサオイル用の第１の循環路と、冷却流体用の第２の循環路とが設けられている。冷却流体としては例えば、空気、凍結防止剤を含む混合水、またはその他のオイルを使用することができる。
そしてこのオイルクーラは、管路またはホースを介してコンプレッサオイル循環路に接続されなければならず、オイル循環路は漏れに対して防護されていなければならない。
さらに、この外部の容積には、オイルを充填しなければならないので、オイルの総量も増大される。これによりシステム慣性は増大される。さらに、オイルクーラは、周囲に存在している保持体、または別個の保持体によって、機械的に収納されて取り付けられなければならず、このことは付加的な取付け手段、ひいては構成スペースも必要とする。
独国特許発明第４１１１１１０号明細書（DE 41 11 110 C2）により既に、スクリュ構成形式の回転押しのけ機械と該機械のロータ表面処理方法が公知である。スクリュコンプレッサとして形成することができる回転押しのけ機械は、この場合アッセンブリを有しており、このアッセンブリにおいて両ロータが駆動され得る。
本発明の課題は、冒頭で述べた形式の商用車用のスクリュコンプレッサを改良して、特に、商用車用のスクリュコンプレッサが、比較的効率良く、かつ僅かな騒音発生のもとで作動することができるようにすることにある。
この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴を備えた商用車用のスクリュコンプレッサにより解決される。これによると、商用車用のスクリュコンプレッサであって、少なくとも１つの雌スクリュと、雌スクリュに噛み合う少なくとも１つの雄スクリュと、少なくとも１つのスクリュコンプレッサ駆動装置と、を有しており、スクリュコンプレッサ駆動装置は雌スクリュを駆動するようになっている。
本発明の根底を成す思想は、通常は、スクリュコンプレッサにおいて雌スクリュは、雄スクリュよりもゆっくり回転する、というものである。しかしながら、圧縮空気発生出力は、スクリュの回転数に依存しており、このことには駆動装置の回転数も影響を与える。しかしながら、スクリュコンプレッサ駆動装置の所定の回転数では、特に所定の回転数を上回った場合には、スクリュコンプレッサ駆動装置の騒音の発生は著しく増大する。ゆっくり回転するスクリュの駆動により、スクリュコンプレッサ駆動装置の回転数が同じ場合に、駆動されていない雄スクリュの回転数を高くすることができ、これにより全体として、同様の騒音の発生のもとで、スクリュコンプレッサの圧縮出力を高くすることができる。
特に、雌スクリュの歯列の数は、雄スクリュの歯列の数よりも多くてよい。これにより、雌スクリュと雄スクリュの回転速度の比を互いに相応に調節することができる。
さらに、雄スクリュに対する雌スクリュの変速比は２：３であってよい。したがって、速度比も２：３に調節することができる。
この場合、雌スクリュは６つの歯列を、雄スクリュは４つの歯列を有していてよい。これにより比較的簡単な構造および極めて効果的な変速比が達成され得る。簡単な製造が可能であり、高い圧縮出力のもとで比較的騒音の少ない作動を達成することができる。
雌スクリュと雄スクリュとは、実質的に同じ公称直径を有していてよい。これにより、雄スクリュと雌スクリュとの互いの噛み合いは簡単にされる。さらにこれにより、スクリュコンプレッサのケーシングにおけるスクリュの収容も改善される。
特に、雄スクリュは専ら雌スクリュによって駆動されてよい。これによりスクリュコンプレッサの簡単な構成が得られる。これによりスクリュコンプレッサの効率も全体として改善される。
スクリュコンプレッサ駆動装置から雌スクリュへのトルク伝達は実質的に同軸に行われてよい。これにより、雌スクリュへの半径方向の力の導入および半径方向で作用するモーメントを減じることができる。これにより、耐用期間を改善することができる。さらに、良好に高められた回転速度および回転数を実現することができる。
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、互いに噛み合っている雌スクリュ１６と雄スクリュ１８とが正面図で示されている。
図２によりよく判るように、雌スクリュ１６は、同一に構成され、全周にわたって均一に分配された６つのスクリュ歯列１００を有している。
これに対し、雄スクリュ１８は、同じく全周にわたって均一に分配された４つのスクリュ歯列１０２を有している。
したがって、雌スクリュ１６の歯列１００の数は、雄スクリュ１８の歯列の数よりも多い。
このような構成により、雄スクリュ１８に対する雌スクリュ１６の変速比は２：３として形成される。
雌スクリュ１６と雄スクリュ１８とは、実質的に同じ公称直径を有している。
さらに、スクリュ１６，１８の斜視図を示す図３により明らかであるように、雄スクリュ１８は専ら雌スクリュ１６によって駆動される。
雌スクリュ１６には軸方向クラッチ１０４が設けられており、この軸方向クラッチを介して、雌スクリュ１６の入力軸１４が軸方向で、スクリュコンプレッサ駆動装置、この場合、図示されていない電気モータによって駆動される。
したがってスクリュコンプレッサ駆動装置は専ら雌スクリュ１６を駆動する。
スクリュコンプレッサ駆動装置から雌スクリュ１６へのトルク伝達は実質的に同軸に行われる。
このような構成により、雌スクリュ１６の回転数が例えば１分間で約１０００回転であるのに対し、雄スクリュ１８の回転数は１分間で約１５００回転とすることができる（より高い回転数またはより低い回転数の場合でも、回転数比は同様である）。
したがってすなわち、スクリュコンプレッサ駆動装置の回転数と雌スクリュ１６の回転数とは同じであるのに対し、雄スクリュ１８の回転数は明らかに高くすることができる。圧縮空気発生出力をできるだけ高くするために、いわゆる先端速度、すなわち歯先端の速度をできるだけ高く選択しなければならず、このことは選択された構成により達成することができる。
スクリュコンプレッサ駆動装置から雌スクリュ１６への同軸的なトルク伝達により、このことはさらに促進され、さらに、雌スクリュ１６および雄スクリュ１８の支持も著しく容易にされる。
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
６０ａ 外側リング
６０ｂ 内側リング
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 スクリュ歯列
１０２ スクリュ歯列
１０４ 軸方向クラッチ
１２ 取付けフランジ
１４ 入力軸
１６ スクリュ
１８ スクリュ
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８０ 放圧弁
８２ オイルレベルセンサ
１００ スクリュ歯列
１０２ スクリュ歯列
１０４ 軸方向クラッチ
Claims (7)
- 商用車用のスクリュコンプレッサであって、少なくとも１つの雌スクリュ（１６）と、前記雌スクリュ（１６）に噛み合う少なくとも１つの雄スクリュ（１８）と、少なくとも１つのスクリュコンプレッサ駆動装置と、を有しており、前記スクリュコンプレッサ駆動装置は前記雌スクリュ（１６）を駆動する、商用車用のスクリュコンプレッサ。
- 前記雌スクリュ（１６）の歯列（１００）の数は、前記雄スクリュ（１８）の歯列の数よりも多い、請求項１記載のスクリュコンプレッサ。
- 前記雄スクリュ（１８）に対する前記雌スクリュ（１６）の変速比は、２：３である、請求項２記載のスクリュコンプレッサ。
- 前記雌スクリュ（１６）は６つの歯列（１００）を、前記雄スクリュ（１８）は４つの歯列（１０２）を有している、請求項３記載のスクリュコンプレッサ。
- 前記雌スクリュ（１６）と前記雄スクリュ（１８）とは実質的に同じ公称直径を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載のスクリュコンプレッサ。
- 前記雄スクリュ（１８）は専ら前記雌スクリュ（１６）によって駆動される、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。
- 前記スクリュコンプレッサ駆動装置から前記雌スクリュ（１６）へのトルク伝達は実質的に同軸に行われる、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。
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