JPH11509902A - 特にレール車両用の圧縮空気発生に使用されるスクロール形コンプレッサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 特にレール車両用の圧縮空気発生に使用される、多量の吸込み体積流及び大きな圧縮比でもって作業する完全オイルフリーのスクロール形コンプレッサ（１）において、スクロール軸受に対して作用する高い軸方向力を補償するための手段が設けられており、この目的を達成するために、スクロール形コンプレッサ（１）の両スクロール体（７，９）間に軸方向間隔をおいた状態で圧縮ポケット（４５）によって給圧される複数の圧力室（３５）が設けられており、該圧力室によって、互いに入り組み合って回転する両スクロール体が相互に支持されている。殊に前記圧力室（３５）は、駆動側の第１のスクロール体（７）に結合された加圧リム（１５）と、強制ガイド下で牽引される第２のスクロール体（９）の円環ディスク（３７）との間に形成されており、しかも両スクロール体の軸受（２９，３３）に作用する軸方向力に、軸方向の反力を対抗させて前記軸方向力を補償するように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】 特にレール車両用の圧縮空気発生に 使用されるスクロール形コンプレッサ 技術分野： 本発明は、請求項１に発明の上位概念として特定した形式のスクロール形コン プレッサに関する。 背景技術： 圧縮空気を発生する場合、特にレール車両においてオイルフリーで圧縮空気を 発生させる場合、発生すべき空気量が多量でありかつ作業条件が極度にラフであ るために、コンプレッサ技術に対して特別の要求が課されねばならない。ラフな 周辺条件下（温度、振動、衝撃など）においてすらも常に完全な運転性能が保証 されねばならない。 レール車両の技術分野では、特にオイル含有凝縮物の発生を回避しかつ保守を 簡便化するために、オイルフリーのスクロール形コンプレッサに関心を寄せる度 合が益々増大している。今日市販されているオイルフリーで作動するスクロール 形コンプレッサに対比してレール車両で使用されるものでは出力を極度に増大さ せねばならず（例えば約１６００リットル／毎分の吸込み体積流）、これに伴っ て必然的にスクロール形コンプレッサの負荷が高くなるため、このような形式の コンプレッサを、特にコンプレッサのスクロール体を互いに押し離そうとする極 めて高い軸方向力に対処すべく簡単には大型化する訳にはいかない。所謂スクロ ール片持ち配置の場合には特に、前記のような軸方向力を支持するためには、著 しく大形の軸受を必要とするが故に技術的に問題がある。オイルフリーの圧縮動 作が要求され、しかもこのオイルフリー圧縮動作に基づいて軸受の摩擦力の導出 が著しく困難になることによって、前記の問題点は一層先鋭化される。従ってス クロール片持ち配置式のコンプレッサはこれまで前記の理由に基づいてレール車 両分野では実用化不能と見做されていた。 発明の開示： 以上の背景技術を出発点とする本発明の課題は、スクロールを片持ち式に配置 した、殊に完全にオイルフリーで作動するスクロール形コンプレッサを改良して 、吸込み体積流量が多量な場合でも圧縮比が大きい場合でも、前記の高い軸方向 力という問題点を考慮に入れて、特に多量の吸込み体積流量と高い圧縮比が要求 されているにも拘わらず、コンプレッサを高い軸方向力から解放し、従ってでき るだけ摩耗無く運転できるように構成することである。 前記課題を解決するための本発明の構成手段は、請求項１の特徴部に記載した 通りである。 スクロール体、つまり駆動側のスクロール体及び牽 引側（従動側）のスクロール体を片持ち式に配置した場合、スクロール形コンプ レッサの複数の圧縮ポケットから給圧される複数の圧力室によって、軸受に作用 する著しく高い軸方向力に対抗することのできる装置が、極めて単純な方式で得 られた。従って前記軸方向力の補償が達成される。両スクロール体の回転速度が 高いにも拘わらず、前記圧力室を制限するパッキンの、特に乾式回転特性によっ て圧力室の機能は保証されている。それというのはスクロール体間には極く僅か な相対速度しか存在せず、要するに加圧リムの領域でも、該加圧リムと相俟って 圧力室を形成する円環ディスクの領域においても前記相対速度はごく僅かでしか ないからである。 本発明の有利な構成手段と実施形態は請求項２以降に記載した通りである。 図面の簡単な説明： 図１は本発明によるスクロール形コンプレッサの断面図である。 発明を実施するための最良の形態： 次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説する。 図面には、スクロールを片側に配置したスクロール形コンプレッサ１が図示さ れており、該スクロール形コンプレッサは、コンプレッサの軸受に対して作用す る高い軸方向力を補償するための本発明の装置を有している。スクロール形コン プレッサ１はケーシング３ を有し、該ケーシング内で、互いに係合する２つのスクロール体が回転し、つま り軸５によって駆動されるスクロール体７と、該スクロール体７によって牽引さ れるスクロール体９が回転する。両スクロール体は夫々純然たる回転運動を行い 、スクロール体のこの純回転運動によって（各スクロール体がバランスされてい る限り）不釣り合い力が発生することはない。 圧縮作用のために必要な、両スクロール体相互の相対運動は、両スクロール体 ７，９の回転軸線１１，１３が或る所定の相互間隔を有することによって発生さ せられる。更にまた前記の牽引されるスクロール体９の外周を加圧リム１５が囲 んでおり、該加圧リムは（図示を省いた固定手段を介して）駆動されるスクロー ル体７と固定的にねじ締結されているか、又はその他の方式で結合されている。 両スクロール体の所謂「同時回転（co-rotating）」原理の機能を保証するため に、すなわち如何なる場合も両スクロール体相互の正しい相対位置を確保するた めに、両スクロール体間には、「アンチ・ローテーション機構」が強制ガイドの 形で作用しており、該強制ガイドは例えば、牽引されるスクロール体９によって 支持された３本の支持ローラ１７から成っており、該支持ローラは、前記加圧リ ム１５内に相互に等しい角度間隔で配置された孔１９内を転動する。従って相互 に夫々１２０°の角度間隔で配置された３本の支持ローラ１７には、相互に等し い角度間隔で配置された３つの孔１９が対応配設されている。加圧リム１５は、 駆動されるスクロール体７と共に回転するので、該加圧リムは孔１９の周壁と支 持ローラ１７とを介してスクロール体９を連動し、つまり該スクロール体９は牽 引され、しかも両スクロール体７，９は、回転軸線１１と１３とのずれに基づい て、孔１９の自由度の範囲内で「軌道」運動を相互に行う。このスクロール体相 互の軌道運動は、両スクロール体間に、容積の変化するスクロールポケットを発 生させ、該スクロールポケットは、吸込み通路２１を介して吸込まれたガス又は 空気体積を圧縮するのに寄与する。圧縮された空気は、スクロール体９の中心に 位置している軸方向孔２３と圧力接続管片２５とを通って圧縮室２７から押し出 される。スクロール体７の駆動される軸５が軸受２９内で回転するのに対して、 牽引されるスクロール体９の軸３１は軸受３３内で回転する。 前記のようにスクロール体を片側に配置したスクロール形コンプレッサでは、 完全にオイルフリーの運転が所望されるばかりでなく、大きな圧縮比を得ること も所望されており、しかしその場合、この大きな圧縮比を得た結果スクロール体 に生じる軸方向力のために、軸受に過度に強い負荷がかかるようなことがあって はならない。この問題に対処するために本発明では、軸方向力補償装置が設けら れている。該軸方向力補償 装置は、加圧リム１５の内面側と、スクロール体９の背面側に装着された円環デ ィスク３７との間に設けられた複数の圧力室３５から成っている。図示の実施例 では前記圧力室３５は、円環ディスク３７とこれに対面する加圧リム１５の内面 との間に夫々介在する著しく低い容積部である。該圧力室のサイズと形状は乾式 回転パッキン３９によって規定され、該乾式パッキンは、外気に対して、つまり スクロール体９の冷却空気入口４０と冷却空気出口４１との間の外気容積に対し て圧力室３５を封止する。図示の実施例では、孔１９の中間に位置するように相 互に１２０°の等しい角度間隔をとって３つの圧力室３５が設けられており、該 圧力室には夫々孔４３を介してスクロール体７，９の圧縮ポケット４５から圧縮 空気が供給される。 スクロール形コンプレッサの作動時には、前記のような圧力室３５への圧縮空 気の供給に基づいて、該圧力室３５内には、両スクロール体を相互の方に押圧す る圧力が増成される。それというのは加圧リム１５がスクロール体７と結合され ており、かつ円環ディスク３７が、スクロール体９の背面域で該スクロール体９ によって、例えば該スクロール体９に結合された複数の半径方向の冷却リブ４７ もしくは支持ローラ１７の軸受ピンによって支持されるからであり、該軸受ピン は、断面図の上半部から判るように、相互に角度間隔をとって円環ディスク３７ を貫通している。スクロー ル体７と９が前記の軸方向力補償装置によって相互に対面する方向に押圧される ので、軸受２９と３３から等しい割合で軸方向負荷力が軽減され、従って前記形 式のオイルフリーで作動するスクロール形コンプレッサは、大きな吸込み体積流 の場合に大きな圧縮比でも作業することができる。 前記のスクロール体９用の冷却空気装置以外に、スクロール体７にも相応の冷 却系が設けられている。すなわち冷却空気入口４９及び冷却空気出口５１が設け られている。更にまた、スクロール体７に結合された複数の半径方向の冷却リブ ５３も設けられている。 符号の説明 １ スクロール形コンプレッサ、 ３ ケーシング、 ５ 軸、 ７， ９ スクロール体、 １１，１３ 回転軸線、 １５ 加圧リム、 １７ 支持ローラ、 １９ 孔、 ２１ 吸込み通路、 ２３ 軸方向孔、 ２５ 圧力接続管片、 ２７ 圧縮室、 ２９ 軸受、 ３１ 軸、 ３３ 軸受、 ３５ 圧力室、 ３７ 円環ディスク、 ３９ 乾式 パッキン、 ４０ 冷却空気入口、 ４１ 冷却空気出口、 ４３ 孔、 ４５ 圧縮ポケット、 ４７ 冷却リブ、 ４９ 冷却空気入口、 ５ １ 冷却空気出口、 ５３ 冷却リブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＵＳ (72)発明者 ヴィルフリート ツェルナー ドイツ連邦共和国 Ｄ−85258 ヴァイク ス カール−エーベルレ−シュトラーセ 11 (72)発明者 ローベルト フランク ドイツ連邦共和国 Ｄ−82110 ゲルメリ ング ケルシェンシュタイナーシュトラー セ 102

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ケーシング（３）内に配置されていて互いに入り組み合って回転する少なく とも２つのスクロール体（７，９）を備えた、特にレール車両用の圧縮空気発生 に使用されるオイルフリーで作動するスクロール形コンプレッサであって、前記 の各スクロール体が夫々軸受（２９，３３）によって支持されており、かつ圧縮 作用のために必要なスクロール体相互の相対運動が、回転軸線（１１，１３）の 相互ずれによって発生させられ、しかも前記スクロール体（７，９）によって前 記軸受（２９，３３）に及ぼされる軸方向力を補償するために、互いに入り組み 合って回転する両スクロール体のうちの第１のスクロール体（７）に結合された 加圧リム（１５）の内面側に沿って複数の圧力室（３５）が設けられており、該 圧力室が、スクロール形コンプレッサによって供給される圧縮空気の圧力作用下 で両スクロール体（７，９）を相対する方向に押圧して前記軸受（２９，３３） の負荷を軽減するようになっている形式のものにおいて、以下の構成手段を特徴 とする、すなわち： ａ）圧力室（３５）が、加圧リム（１５）の内面側と、該加圧リムに接する円 環ディスク（３７）との間に形成されており、 ｂ）前記円環ディスク（３７）が、前記圧力室（３５）とは反対の側において 、第２のスクロール体（９）に結合された複数の半径方向の冷却リブ（４７）に 支持されており、かつ ｃ）前記圧力室（３５）には、前記冷却リブ（４７）を通って延びる孔（４３ ）と、前記円環ディスク（３７）内に穿設された貫通口とを介して、スクロール 形コンプレッサの複数の圧縮ポケット（４５）から圧縮空気が給圧されているこ と を特徴とする、特にレール車両用の圧縮空気発生に使用されるオイルフリーで 作動するスクロール形コンプレッサ。 ２．以下の構成手段を有していること、すなわち： ａ）複数の圧力室（３５）が夫々、加圧リム（１５）内に嵌装された乾式回転 特性を有する圧力室パッキン（３９）によって制限されており、かつ ｂ）円環ディスク（３７）が、両スクロール体（７，９）間の相対速度に相当 する滑り速度をもって圧力室（３５）にオーバーラップする、 請求項１記載のオイルフリーで作動するスクロール形コンプレッサ。 ３．加圧リム（１５）の内面と、これに対面する円環ディスク（３７）の内面と の間に複数の圧力室（３５）が夫々１２０°の角度間隔で相互に配置されている 、請求項１又は２記載のオイルフリーで作動す るスクロール形コンプレッサ。 ４．第１のスクロール体（７）が駆動されており、かつ第２のスクロール体（９ ）が、前記第１のスクロール体による強制ガイドによって牽引されている、請求 項１から３までのいずれか１項記載のオイルフリーでに作動するスクロール形コ ンプレッサ。 ５．以下の構成手段を有していること、すなわち： ａ）加圧リム（１５）に対面した方の、第２のスクロール体（９）の背面側か ら、回転可能に軸支された複数の支持ローラ（１７）が延びており、かつ ｂ）該支持ローラ（１７）が、前記加圧リム（１５）内に穿設された孔（１９ ）内で転動する、 請求項４記載のオイルフリーで作動するスクロール形コンプレッサ。 ６．３本の支持ローラ（１７）が第２のスクロール体（９）の背面側に１２０° の角度間隔で相互に配置されて前記背面側から延びており、各支持ローラ（１７ ）が、第１のスクロール体（７）と結合された加圧リム（１５）の孔（１９）内 で夫々転動する、請求項４又は５記載のオイルフリーで作動するスクロール形コ ンプレッサ。 ７．支持ローラ（１７）と圧力室（３５）が交互に同一のピッチ円に沿って配置 されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のオイルフリーで作動 するスクロール形コンプレッサ。