JP2019529797A - 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

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、駆動軸を備えた少なくとも１つのスクリュコンプレッサ駆動装置と、スクリュ駆動軸区分（１０２）を備えた少なくとも１つの駆動されるスクリュ（１６）とを有しており、前記駆動軸と前記スクリュ駆動軸区分（１０２）とは実質的に同軸である、商用車用のスクリュコンプレッサシステム（１００）。

Description

本発明は、商用車用のスクリュコンプレッサシステムであって、少なくとも１つのスクリュコンプレッサと、駆動軸を備えた少なくとも１つのスクリュコンプレッサ駆動装置と、少なくとも１つの駆動されるスクリュとを有する、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。
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。
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システムを改良して、特に、スクリュコンプレッサのスクリュの支持を簡略かつ安価に構成できるようにし、かつスクリュコンプレッサをより小さい構造に形成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の特徴を備えた商用車用の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、商用車用のスクリュコンプレッサシステムであって、少なくとも１つのスクリュコンプレッサと、駆動軸を備えた少なくとも１つのスクリュコンプレッサ駆動装置と、スクリュ駆動軸区分を備えた少なくとも１つの駆動されるスクリュとを有しており、駆動軸とスクリュ駆動軸区分とは実質的に同軸である、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いる。
本発明の根底を成す思想は、スクリュコンプレッサ駆動装置と駆動されるスクリュとの間の同軸的なトルク伝達により、生じる半径方向力および半径方向モーメントを著しく減じることができ、これにより実質的に駆動モーメントの他に、例えばスクリュコンプレッサの歯車段またはベルト伝動装置によって駆動されるスクリュと比較して著しく減じられた半径方向力が生じる、というものである。これにより、より小さい軸受を使用することができ、軸受を、生じるより小さい力およびモーメント用に設計することができる。
比較的小さい軸受を使用することにより、スクリュコンプレッサをより小さくかつよりコンパクトに構成することもできる。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軸受装着部の製造も簡単になる。これにより、スクリュコンプレッサの製造コストを著しく減じることができる。さらに、より小さく構成された軸受により、誤差の連鎖が短縮され、全体として製造精度および組み立て精度が向上する。
特に、駆動軸とスクリュ駆動軸区分との間に、自己調心カップリングが設けられていてよい。自己調心カップリングにより、生じる半径方向力を減じることもできる。さらに、駆動軸とスクリュ駆動軸区分との間の軽度のずれも補償することができる。これにより、やはり誤差の連鎖を短縮することができ、組み立ても改善することができる。これにより摩耗の低減も達成できる。
スクリュ駆動軸区分は、第１の軸受区分を有していてよい。この軸受区分では、スクリュの支持が行われてよい。これにより、駆動されるスクリュの荷重に耐え得る支持も可能である。
特に、第１の軸受区分にラジアル軸受が配置されていてよい。この場合、本発明によれば、軸方向力を吸収する必要はないので、ラジアル軸受の配置で十分である。これにより、この個所では軸受のために必要な構成スペースをより小さく選択することができ、ケーシングにおける軸受装着部をより小さい直径で設けることもできる。これによっても誤差の連鎖の短縮を容易にすることができ、高い精度を容易に得ることができる。
ラジアル軸受はニードル軸受として形成されてよい。ニードル軸受としての配置により、安価であると同時に耐荷重性の軸受形式が選択される。
特に、さらに、ラジアル軸受はインナレースを有していなくてよい。これにより、全体として軸受の外径をより小さく選択することができる。
これに関連して特に、ラジアル軸受の転動エレメントは、第１の軸受区分の表面に直接沿って転動してよい。
第１の軸受区分はこの場合、相応に硬化されて、軸受装着部として形成されてよい。第１の軸受区分の表面と転動エレメントとの直接的な転動接触により、全体としてより小さく構成することができ、より安価に製造することもできる。ラジアル軸受のインナレースを省くことにより、全体として軸受のために必要な直径はより小さくなる。
さらに、駆動されるスクリュは、スクリュ駆動軸区分の他にさらに１つのスクリュ区分と第２の軸受区分とを有していてよく、スクリュ区分はスクリュ駆動軸区分と第２の軸受区分との間に位置していてよい。したがって、スクリュ区分は、スクリュ駆動軸区分と第２の軸受区分との間に配置されており、したがってスクリュは両端部で支持されている。
この関連で特に、スクリュ駆動軸区分は、スクリュ区分に面した側に軸受装着部を有しており、スクリュ区分とは反対の側に、自己調心カップリングのための付設部を有していてよい。
第２の軸受区分には、軸方向力および半径方向力を吸収する軸受が配置されていてよい。この軸受の配置により、軸受に生じる負荷を効果的かつ目標通りに吸収することができる。この場合に恐らく必要とされるより大きな軸受の寸法は、この個所でより簡単にケーシングに取り付けることもできる。
さらに、駆動されるスクリュに噛み合うスクリュは、駆動されるスクリュと実質的に同じ軸受装置を有していてよい。
これにより製造が容易になる。さらに、ケーシングにおける軸受装着部の形成のために同じ工具を使用することができる。したがって、製造の際の付け替え時間を短縮することができる。
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。
本発明によるスクリュコンプレッサの概略的な断面図である。 相応の軸受装置と自己調心カップリングとを備えたスクリュコンプレッサのスクリュを上から見た斜視図である。
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。
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、商用車用のスクリュコンプレッサシステム１００の駆動されるスクリュ１６と、この駆動されるスクリュに噛み合うスクリュ１８とが斜視図で示されている。商用車用のスクリュコンプレッサシステム１００は、図１に示したようなスクリュコンプレッサ１０と、駆動装置としての図示されていない電気モータとを有している。
入力軸１４は実質的に、スクリュ１６のスクリュ駆動軸区分に相当し、スクリュ駆動軸区分１０２を有している。
スクリュ駆動軸区分１０２と、スクリュコンプレッサ駆動装置の、この場合例えば電気モータの、駆動軸（詳しくは図示せず）とは、互いに同軸である。
このことは図２において、自己調心カップリング１０４が示されていることにより明らかである。
自己調心カップリング１０４は、スクリュ駆動軸区分１０２の先端に、かつスクリュコンプレッサ駆動装置の駆動軸の先端に、装着されている。
スクリュ駆動軸区分１０２はさらに１つの第１の軸受区分１０６を有しており、この軸受区分は、スクリュ駆動軸区分１０２全体と同じ直径を有している。しかしながら、第１の軸受区分１０６は、そこに軸受を配置するために設けられているので、スクリュ駆動軸区分１０２はこの個所では硬化されている。
第１の軸受区分１０６にはラジアル軸受１０８が配置され、この場合、このラジアル軸受１０８はニードル軸受として形成されている。
ラジアル軸受１０８はこの場合、インナレースを有しておらず、ラジアル軸受１０８の転動エレメント、すなわちニードルは、第１の軸受区分１０６の表面に直接接触して転動する。
駆動されるスクリュ１６は、スクリュ駆動軸区分１０２の他に、さらに１つのスクリュ区分１１０と、第２の軸受区分１１２とを有している。
この場合、スクリュ区分１１０は、スクリュ駆動軸区分１０２と第２の軸受区分１１２との間に配置されている。
この場合、第２の軸受区分１１２には、半径方向力および軸方向力を吸収する軸受１１４が配置されている。これにより、駆動されるスクリュ１６で生じる力を、比較的小さい構造のラジアル／スラスト軸受によって吸収することができる。スクリュ区分１１０と自己調心カップリング１０４との間に位置するスクリュ駆動軸区分１０２では、ここで半径方向力のみを吸収すれば十分である。
これにより、駆動されるスクリュ１６の十分な支持が可能である。
これにより、より小さく構成することができ、例えばベルト伝動装置または歯車段を備えた駆動装置の場合のように、生じる半径方向力を吸収するための比較的大きな軸受１１４を設ける必要はもはやない。
駆動されるスクリュ１６に噛み合うスクリュ１８は、駆動されるスクリュ１６と実質的に同じ軸受装置を有している。
これにより、ケーシング２０における軸受装着部を実質的に同じ直径で形成することができる。これにより、使用すべき工具の付け替え時間が減じられる。この場合も、必要な構成スペースは比較的僅かである。
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 スクリュコンプレッサシステム
１０２ スクリュ駆動軸区分
１０４ 自己調心カップリング
１０６ 第１の軸受区分
１０８ ラジアル軸受
１１０ スクリュ区分
１１２ 第２の軸受区分
１１４ 軸受

Claims (10)

  1. 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、駆動軸を備えた少なくとも１つのスクリュコンプレッサ駆動装置と、スクリュ駆動軸区分（１０２）を備えた少なくとも１つの駆動されるスクリュ（１６）とを有しており、前記駆動軸と前記スクリュ駆動軸区分（１０２）とは実質的に同軸である、商用車用のスクリュコンプレッサシステム（１００）。
  2. 前記駆動軸とスクリュ駆動軸区分（１０２）との間に、自己調心カップリング（１０４）が設けられている、請求項１記載のスクリュコンプレッサシステム（１００）。
  3. 前記スクリュ駆動軸区分（１０２）は、第１の軸受区分（１０６）を有している、請求項１または２記載のスクリュコンプレッサシステム（１００）。
  4. 前記第１の軸受区分（１０６）にラジアル軸受（１０８）が配置されている、請求項３記載のスクリュコンプレッサシステム（１００）。
  5. 前記ラジアル軸受（１０８）はニードル軸受として形成されている、請求項４記載のスクリュコンプレッサシステム（１００）。
  6. 前記ラジアル軸受（１０８）はインナレースを有していない、請求項４または５記載のスクリュコンプレッサシステム（１００）。
  7. 前記ラジアル軸受（１０８）の転動エレメントは、前記第１の軸受区分（１０６）の表面に直接接触して転動する、請求項３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）。
  8. 前記駆動されるスクリュ（１６）は、前記スクリュ駆動軸区分（１０２）の他にさらに１つのスクリュ区分（１１０）と第２の軸受区分（１１２）とを有しており、前記スクリュ区分（１１０）は前記スクリュ駆動軸区分（１０２）と前記第２の軸受区分（１１２）との間に位置している、請求項１から７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）。
  9. 前記第２の軸受区分（１１２）には、軸方向力および半径方向力を吸収するための軸受（１１４）が配置されている、請求項８記載のスクリュコンプレッサシステム（１００）。
  10. 前記駆動されるスクリュ（１６）に噛み合うスクリュ（１８）は、前記駆動されるスクリュ（１６）と実質的に同じ軸受装置を有している、請求項１から９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）。
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