(57)【要約】  本発明は、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、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、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駆動装置に接続されており、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（１１０）は、スクリュコンプレッサ（１０）の作動時に、スクリュコンプレッサ駆動装置の停止時間と作動時間の割合を監視し、この割合を所定の範囲内に開ループ制御および／または閉ループ制御す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）に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項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、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駆動装置に接続されており、
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）の作動時に、前記スクリュコンプレッサ駆動装置の停止時間と作動時間の割合を監視し、この割合を所定の範囲内に開ループ制御および／または閉ループ制御す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）。
【請求項２】
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システム（１００）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）。
【請求項３】
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）。
【請求項４】
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）。
【請求項５】
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）。
【請求項６】
前記範囲は、停止時間対作動時間の割合が、前記作動時間が約２０〜４０％であるように、特に３０％を超えるように選択されている、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）。
【請求項７】
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駆動装置の停止時間と作動時間の前記割合が前記所定の範囲に維持されるように、前記スクリュコンプレッサ駆動装置の回転数に影響を与えるように構成されている、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）。
【請求項８】
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駆動装置の回転数が常に最低回転数より高く維持されるように構成されている、請求項７記載のスクリュコンプレッサシステム（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
米国特許第４７８００６１号明細書（US 4,780,061）により既に、組み込まれたオイル冷却部を備えたスクリュコンプレッサが公知である。
【０００７】
さらに、独国特許出願公開第３７１７４９３号明細書（DE 37 17 493 A1）には、コンパクトなケーシング内に配置されたスクリュ圧縮機装置が開示されており、このスクリュ圧縮機装置は、スクリュコンプレッサの電気モータ上にあるオイルクーラを有している。
【０００８】
冒頭で述べた形式のスクリュコンプレッサは例えば既に独国特許発明第１０２００４０６０４１７号明細書（DE 10 2004 060 417 B4）により公知である。
【０００９】
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の駆動開ループ制御および／または駆動閉ループ制御を簡単かつ確実に構成できるようにすることである。
【００１０】
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、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、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駆動装置に接続されており、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作動時に、スクリュコンプレッサ駆動装置の停止時間と作動時間の割合を監視し、この割合を所定の範囲内に開ループ制御および／または閉ループ制御す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が設けられている。
【００１１】
本発明の根底を成す思想は、停止時間と作動時間の割合により実質的に、スクリュコンプレッサの温度も共に規定される、というものである。スクリュコンプレッサの構成形式によれば、停止時間と作動時間の割合を所定の範囲内に制御することにより、スクリュコンプレッサを極めて狭い作動温度範囲内で機能させることができれば十分である。互いに噛み合うスクリュと、スクリュコンプレッサを貫流して通されるオイルと、圧縮された空気とにより熱が発生するので、スクリュコンプレッサ駆動装置の停止時間と作動時間の割合を相応に選択することにより、同時にスクリュコンプレッサの熱を開ループ制御および／または閉ループ制御することが、すなわち調整することができる。
【００１２】
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システムの、すなわちスクリュコンプレッサまたはスクリュコンプレッサ駆動装置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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
しかしながら基本的には、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。
【００１６】
さらに、前記範囲は、停止時間対作動時間の割合が、作動時間が約２０〜５０％であるように、特に３０％を超えるように選択されていることが考えられる。約２０〜４０％の、特に３０％を超える作動時間を含む、停止時間対作動時間のこのような割合は、作動温度を実質的に一定に維持できるようにするために比較的良好だとわかった。さらには、３０％を超える作動時間を含む、停止時間対作動時間の割合を確保することにより、スクリュコンプレッサの内部における湿気の形成または凝縮も確実に回避するのに十分高い作動温度が維持されるという利点も生じる。
【００１７】
さらに、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駆動装置の停止時間と作動時間の割合が所定の範囲に維持されるように、スクリュコンプレッサ駆動装置の回転数に影響を与えるように構成されていることが考えられる。実質的にこの場合、スクリュコンプレッサの全運転期間にわたって、所定の圧縮空気量が提供されるべきであり、スクリュコンプレッサの回転数を規定または制限することにより、もしくは高めることにより、全運転期間にわたって、一定の圧縮空気を生成しながら、スクリュコンプレッサ駆動装置の停止時間と作動時間の割合にも影響を与えることができ、ひいてはこの割合を所定の範囲内に維持することができるということから出発している。
【００１８】
特に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駆動装置の回転数が常に最低回転数より高く維持されるように構成されていることが考えられる。回転数を最低回転数より高く維持するというこのような手段は、所定の最低回転数を超えて初めて損失出力の制限が生じ、スクリュコンプレッサ駆動装置は、所定の圧縮空気量を生成するために殆どエネルギを必要としない、という基本思想に基づく。換言すると、これによりスクリュコンプレッサ駆動装置の効率を全体として改善することができる。したがって例えば、毎分約１５００〜２５００回転の最低回転数未満では、損失出力が著しく上昇する恐れがあり、これにより、このような最低回転数を下回ることはできるだけ回避すべきである。
【００１９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】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。
【図２】本発明によるスクリュコンプレッサシステムを概略的に示す図である。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
ケーシング２０にはオイル２２が充填されている。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
逆止弁４８に続いて、空気出口５１が設けられている。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
クーラ７４は付設部６０に接続されている。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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維持される。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
詳しくは図示されていない放圧弁８０に基づいて、作動準備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。
【００５７】
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および閉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。
【００５８】
開ループ制御ユニットおよび閉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システム１００の構成部分として形成されている。
【００５９】
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の構成部分、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、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。
【００６０】
開ループ制御ユニットおよび閉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の作動時に、スクリュ１６，１８の駆動のためのスクリュコンプレッサ駆動装置の停止時間と作動時間の割合を監視し、この割合を所定の範囲内になるように開ループ制御もしくは閉ループ制御するように構成されている。
【００６１】
この場合、この範囲は、停止時間対作動時間の割合が、作動時間が３０％を超えるように選択される。特にこの場合、作動時間が３０〜５０％である範囲が選択され、したがって停止時間は５０〜７０％であり、作動時間が約３０〜５０％である。
【００６２】
作動時間が約３０％である場合、停止時間は約７０％である。
【００６３】
停止時間対作動時間の割合を相応に一定に維持することができるように、開ループ制御ユニットおよび閉ループ制御ユニット１１０はさらに、スクリュコンプレッサ駆動装置の回転数にも同時に影響を与えるように構成されている。
【００６４】
この場合、スクリュコンプレッサ駆動装置の回転数を下げるもしくは上げることにより全作動期間にわたってスクリュコンプレッサ１０によって所望の圧縮空気量が提供されるが、この場合、停止時間と作動時間の割合を維持し続ける、ということが重要である。
【００６５】
経済的かつエネルギ効率よく作業するためには、この場合、開ループ制御ユニットおよび閉ループ制御ユニット１１０によって回転数が常に、最低回転数よりも高く維持される。
【００６６】
これは、最低回転数未満では、スクリュコンプレッサ駆動装置の割合エネルギ吸収（すなわち、１立方メートル（ｍ３）の空気を圧縮するために必要なエネルギ量）が著しく上昇するという認識に基づいている。したがって換言すると、過剰に高い損失出力もしくは過剰に高い損失が生じるのを回避する。
【００６７】
したがって、停止時間対作動時間の割合を一定に維持することにより全体として、作動時間全体にわたってスクリュコンプレッサ１０を、所定の作動温度において比較的一定に維持することができる。
【００６８】
全作動期間にわたって所定の作動温度にコンプレッサを維持することにより、スクリュコンプレッサ１０のケーシング２０内で凝縮が発生することを確実に回避する。
【００６９】
一定の作動温度により、および作動温度のもとにスクリュコンプレッサ１０を維持することにより、ケーシング２０内の凝縮は確実に回避される。
【符号の説明】
【００７０】
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
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および閉ループ制御ユニット
【図１】
2019536942.tif 000003
【図２】
2019536942.tif 000004
【国際調査報告】
2019536942.tif 000005
2019536942.tif 000006
2019536942.tif 000007
2019536942.tif 000008
2019536942.tif 000009
2019536942.tif 000010