(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを圧縮するためのスクリュー圧縮機（１）の圧縮機要素であって、前記圧縮機要素（２）は、入口側（９）に設けられたガスのための入口および出口側（１１）に設けられたガスのための出口（１０）を備えたハウジング（４）と、ガスを圧縮するために駆動時に互いに噛み合う２つのヘリカル形ロータ（６，７）、すなわち雄型ロータ（６）および雌型ロータが軸受に取り付けられた状態で収納されている２つのロータチャンバ（５）とを有し、前記雄型ロータ（６）は、前記雄型ロータのための駆動装置を備え、前記雌型ロータ（７）は、同期歯車（２４，２５）を介して前記雄型ロータ（６）によって駆動され、少なくとも一つの同期歯車（２４）が前記雄型ロータ（６）に設けられ、１つの同期歯車（２５）が前記雌型ロータ（７）に設けられている、圧縮機要素において、前記駆動装置および前記雄型ロータ（６）の前記同期歯車（２４）は、前記駆動装置および前記雄型ロータ（６）の前記同期歯車（２４）によって及ぼされる結果として生じる機械的駆動力がガスの力なしで前記圧縮機要素（２）のロータ（６，７）の加速により駆動されると、前記出口側（１１）から前記入口側（９）に差し向けられている軸方向成分（Ｆp，Ｆs）を有し、前記出口側（１１）から前記入口側（９）への軸方向（Ｘ‐Ｘ′）における前記雄型ロータ（６）の運動は、単一の単動式または複動式アキシャル軸受（１６）によって固定される、圧縮機要素。
【請求項２】
前記雄型ロータ（６）の前記単一のアキシャル軸受（１６）は、単動式アキシャル軸受である、請求項１記載の圧縮機要素。
【請求項３】
前記圧縮機要素は、前記雄型ロータ（６）の駆動装置が前記雄型ロータ（６）の前記入口側（９）に設けられ、前記同期歯車（２４，２５）が前記雄型ロータ（６）の前記出口側（１１）に設けられた入口駆動式圧縮機要素（２）であり、前記雄型ロータ（６）の前記単一のアキシャル軸受（１６）は、前記出口側（１１）に取り付けられている、請求項１又は２記載の圧縮機要素。
【請求項４】
力を軸方向（Ｘ‐Ｘ′）で関連の前記雄型ロータ（６）に及ぼすようになった前記雄型ロータ（６）用の力補償手段、例えばばねまたはプランジャが設けられていない、請求項１〜３のうちいずれか一に記載の圧縮機要素。
【請求項５】
前記雄型ロータ（６）は、２つのラジアル軸受（１４，１５）、すなわち、前記雄型ロータ（６）の前記入口側（９）に設けられた１つのラジアル軸受（１４）および前記出口側（１１）に設けられた１つのラジアル軸受（１５）によって軸受に半径方向に取り付けられている、請求項１〜４のうちいずれか一に記載の圧縮機要素。
【請求項６】
前記雄型ロータ（６）の前記同期歯車（２４）は、斜めのまたは螺旋の歯を備え、前記雄型ロータ（６）の前記軸方向（Ｘ‐Ｘ′）に対する前記同期歯車（２４）の前記歯のピッチおよび前記雄型ロータ（６）の前記螺旋のピッチは、同一の向きを有する、請求項１〜５のうちいずれか一に記載の圧縮機要素。
【請求項７】
前記駆動装置は、前記圧縮機要素（２）が駆動されると、前記駆動装置が前記雄型ロータ（６）に及ぼす軸方向力が殆どなくまたは全くなく、または前記駆動装置が前記出口側（１１）から前記入口側（９）に差し向けられる軸方向力を及ぼすようなものである、請求項１〜６のうちいずれか一に記載の圧縮機要素。
【請求項８】
前記雄型ロータ（６）の前記駆動装置は、斜めのまたは螺旋の歯を備えた駆動歯車（２３）を有し、前記歯のピッチは、前記雄型ロータ（６）の前記軸方向（Ｘ‐Ｘ′）に対して前記雄型ロータ（６）の前記螺旋の前記ピッチとは逆に向けられている、請求項７記載の圧縮機要素。
【請求項９】
前記雌型ロータ（７）は、両方とも前記雌型ロータ（７）の前記出口側（１１）に取り付けられかつ前記入口側（９）から前記出口側（１１）までと前記出口側（１１）から前記入口側（９）までの軸方向（Ｙ‐Ｙ′）に前記雌型ロータ（７）を一緒になって制止する２つのアキシャル軸受（１９，２０）によって前記ハウジング（４）内のアキシャル軸受に取り付けられている、請求項１〜８のうちいずれか一に記載の圧縮機要素。
【請求項１０】
前記アキシャル軸受（１９，２０）は、前記雌型ロータ（７）の前記同期歯車（２５）の各側に取り付けられている、請求項９記載の圧縮機要素。
【請求項１１】
前記２つのアキシャル軸受（１９，２０）のうちの少なくとも一方は、前記出口側（１１）から前記入口側（９）に差し向けられたプレストレス力（Ｆv′）を及ぼす軸方向プレストレス下に配置されている、請求項１０記載の圧縮機要素。
【請求項１２】
プレストレスが前記２つのアキシャル軸受（１９，２０）のうち最も外側に位置する軸受（２０）にのみ、該最も外側のアキシャル軸受（２０）と前記圧縮機要素（２）のカバー（４ｃ）との間に締め付けられたばね（２６）によって及ぼされる、請求項１１記載の圧縮機要素。
【請求項１３】
組み込み長さ／ロータ長さの比が８％を超えるプレストレスばね（２６）のために可撓性ばねが用いられ、前記ロータ長さ（Ｌ）は、前記ロータの螺旋区分の軸方向長さとして定められる、請求項１１又は１２記載の圧縮機要素。
【請求項１４】
前記雌型ロータ（７）は、更に、２つのラジアル軸受（１７，１８）、すなわち、前記雌型ロータ（７）の前記入口側（９）に設けられたラジアル軸受および前記雌型ロータ（７）の前記出口側（１１）に設けられたラジアル軸受によって軸受に取り付けられている、請求項９〜１３のうちいずれか一に記載の圧縮機要素。
【請求項１５】
少なくとも１つのアキシャル軸受（１６，１９，２０）は、玉心出し保持器を備えた軸受である、請求項１〜１４のうちいずれか一に記載の圧縮機要素。
【請求項１６】
少なくとも１つのアキシャル軸受は、セラミック玉付きハイブリッド型軸受である、請求項１〜１５のうちいずれか一に記載の圧縮機要素。
【請求項１７】
前記圧縮機要素（２）の前記ハウジング（４）の入口端フェース（１２）は、前記ハウジング（４）の機械加工取り付け面（２８）上に支持された軸受カバー（４ｂ）によって形成され、前記機械加工取り付け面（２８）は、前記駆動装置のハウジング（３ａ）のための取り付け面としても働く、請求項１〜１６のうちいずれか一に記載の圧縮機要素。
【請求項１８】
スクリュー圧縮機であって、該スクリュー圧縮機は、請求項１〜１７のうちいずれか一に記載の圧縮機要素（２）を備え、前記圧縮機要素（２）は、前記雄型ロータ（６）に設けられた駆動装置によって駆動され、前記駆動装置は、前記雄型ロータ（６）の前記出口側（１１）から前記入口側（９）に差し向けられまたはゼロに等しい軸方向成分（Ｆp）を含む力を前記雄型ロータ（６）に及ぼす、スクリュー圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスを圧縮するためのスクリュー圧縮機の圧縮機要素に関する。
【背景技術】
【０００２】
上述した形式の公知の圧縮機要素は、ガスを圧縮するためのスクリュー圧縮機の圧縮機要素であって、圧縮機要素は、入口側に設けられたガスのための入口および出口側に設けられたガスのための出口を備えたハウジングと、ガスを圧縮するために駆動時に互いに噛み合う２つのヘリカル形ロータ、すなわち雄型ロータおよび雌型ロータが軸受に取り付けられた状態で収納されている２つのロータチャンバとを有し、雄型ロータは、雄型ロータのための駆動装置を備え、雌型ロータは、同期歯車を介して雄型ロータによって駆動され、少なくとも一つの同期歯車が雄型ロータに設けられ、１つの同期歯車が雌型ロータに設けられ、同期歯車は、一般に、駆動されると、雄型ロータが雌型ロータよりも早く回転するよう設計されている。
【０００３】
圧縮機要素を駆動することによって、入口のところでガスが充填されるチャンバが２つのロータ相互間に形成され、ロータの回転時、これらチャンバは、入口側から出口側に動き、そしてますます小さくなり、その結果、閉じ込められているガスが圧縮され、このガスは、出口に連結された圧力パイプを経て下流側の消費者ネットワークに高圧で送り出される。
【０００４】
圧縮に起因して、ロータを入口側の方向に出口側から押し離す傾向のある力がガスによってロータに及ぼされる。
【０００５】
雄型ロータの駆動歯車は、駆動歯車によって駆動されると、入口から出口に差し向けられ、かくしてガスによって雄型ロータに及ぼされる力の軸方向成分とは逆に向けられた軸方向成分を含む力が及ぼされ、その結果、このガス力は、駆動歯車の駆動力によって部分的に打ち消され、アキシャル軸受がより小さな力にさらされるようになる。
【０００６】
同期歯車はまた、力をロータに及ぼし、それにより、雌型ロータに加わるこの力は、一般に、このロータに加わるガス力を増し、他方、雌型ロータの場合、この力は、ガス力と反対の方向に作用する。
【０００７】
圧縮機要素が無負荷状態で、換言すると圧縮ガスを供給する必要なく駆動されると、ガス力は、存在せずまたは最小限であり、その結果、駆動歯車と同期歯車の合力は、ロータは圧縮ガスの供給による負荷状況とは対照的に、ロータを出口に向かって逆方向に押しがちな場合がある。
【０００８】
動的移行モードの際、ロータを一方または他方の方向に押す力が生じる場合がある。
【０００９】
このことは、ロータに及ぼされる合力の方向がモード、負荷または無負荷で決まり、しかも状況が静的でありまたは動的であることで決まるだけであることを意味し、その結果、これら力は、環境によっては、ロータを入口側のハウジングの入口端フェースに押し付ける傾向があり、また場合によっては出口側のハウジングの出口端フェースに押し付ける傾向がある。
【００１０】
ロータがハウジングの２つの端フェースのうちの一方に接触するのを阻止するため、ロータは、一般に、２つのアキシャル軸受、より具体的に言えば、入口側のアキシャル軸受および出口側のアキシャル軸受がロータの各側に設けられたラジアル軸受で補完されることによって軸方向に固定される。
【００１１】
追加の機械的軸方向力またはプレストレス力または元応力を各ロータに及ぼすばねまたはプランジャの形態をした手段を備えるスクリュー形式の圧縮機要素を提供することが知られており、その目的は、軸受を応力除去するとともに／あるいは無負荷モードでのガス力がない状態で、ロータがハウジングに対する駆動歯車および同期歯車の軸方向駆動力によって押されまたは引かれるのを阻止することにある。これら手段は、一般に、軸受カバー内に組み込まれ、その結果、軸受カバーは、余分に厚くかつ重く作られるに違いない。
【００１２】
かかる力手段の欠点は、この力手段が圧縮機要素のコストに悪影響を及ぼすとともにある環境では、かかる力手段がまた、軸受に加わる荷重を打ち消すのではなく増大させることにある。
【００１３】
プランジャが力手段として用いられる場合、及ぼされる力を制御することができるが、かかる制御には余分のコストが伴い、しかも圧縮機要素が故障の恐れを生じやすくなりしかも軸受カバーのサイズおよび質量が増大し、したがって圧縮機要素のハウジングに加わる力および振動もまた増大する。
【００１４】
駆動歯車が取り付けられている雄型ロータのアクスルジャーナルは、駆動歯車によってこのアクスルジャーナルに及ぼされる半径方向力に起因して、比較的大きな曲げ力を受ける。これは、ある特定の極端な条件ではこのアクスルジャーナルに取り付けられている雄型ロータのアキシャル軸受が傾く場合があり、それにより圧縮機要素の動作領域の制限が生じる場合があるという欠点を有する。
【００１５】
上述した形式の公知の圧縮機要素は、出口駆動式であり、このことは、駆動歯車を備えた歯車伝動装置が圧縮機要素の高温出口側に位置し、それによりロータのこの側のアキシャル軸受が歯車伝動装置の不純物の混じっていない度合いの低い環境に接触し、これがロータの寿命に悪影響を及ぼす場合のあることを意味している。このラジアル軸受は、主軸受と呼ばれており、その主要な機能は、関連のロータを軸方向に局所的に保持することにある。
【００１６】
圧縮機要素のモードの関数としてのロータの軸方向の漸変温度勾配に起因して、ロータのシャフトの長さの変化もまた生じ、それにより雄型および雌型ロータの温度差により、２つのロータの長さの変化の差が生じ、かくして両方の同期歯車の相互軸方向位置の変化が生じる。同期の斜めの歯を備えた同期歯車の場合において同期歯車のこの相互軸方向変位は、ロータ相互間の同期が温度につれて変化するという望ましくない結果をもたらす。
【００１７】
公知の出口駆動式圧縮機要素により、同期歯車は、入口側に、換言すると主軸受が配置されているロータの反対側に、かくしてこの主軸受から比較的長い距離を置いたところに位置し、その結果、同期歯車は、漸変温度勾配の結果としてロータの長さの変化の差に起因して相当大きな相互軸方向変位を生じ、この欠点は、斜めの歯を備えた同期歯車の場合、雄型ロータと雌型ロータとの間における同期の変化が望ましくは大きいということにある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の目的は、上述の欠点および他の欠点のうちの１つまたは２つ以上に対して解決手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
この目的のため、本発明は、ガスを圧縮するためのスクリュー圧縮機の圧縮機要素であって、圧縮機要素は、入口側に設けられたガスのための入口および出口側に設けられたガスのための出口を備えたハウジングと、ガスを圧縮するために駆動時に互いに噛み合う２つのヘリカル形ロータ、すなわち雄型ロータおよび雌型ロータが軸受に取り付けられた状態で収納されている２つのロータチャンバとを有し、雄型ロータは、雄型ロータのための駆動装置を備え、雌型ロータは、同期歯車を介して雄型ロータによって駆動され、少なくとも一つの同期歯車が雄型ロータに設けられ、１つの同期歯車が雌型ロータに設けられ、駆動装置および雄型ロータの同期歯車は、駆動装置および雄型ロータの同期歯車によって及ぼされる結果として生じる機械的駆動力がガスの力なしで圧縮機要素のロータの加速により駆動されると、出口側から入口側に差し向けられている軸方向成分を有し、出口側から入口側への軸方向における雄型ロータの運動は、単一の単動式または複動式アキシャル軸受によって固定されることを特徴とする圧縮機要素に関する。
【００２０】
ガスを用いない駆動は、例えばロータを開放ハウジング内で回転させ、かくしてガス力の作用効果を無視することによって、雄型ロータの駆動装置の意図した仕方で、しかしながら、ガス圧力が上昇することができるようにしないで、ロータを仮定の話として駆動する駆動装置を意味しており、ガス力は、機械的伝動力と一緒になって、駆動力が雄型ロータの同期歯車によってこのロータに及ぼされる方向に影響を及ぼすとともに大きなガス力のばねに駆動力のこの方向を逆にさえする場合があり、それにより、かかる場合、雌型ロータは、同期歯車によって駆動されるのではなく同期歯車によって制動される場合がある。
【００２１】
駆動装置および歯車のこの選択により、雄型ロータに及ぼされる結果としての軸方向駆動力がガス力と同一の方向に、すなわち、出口側から入口側に常時差し向けられるようになる。
【００２２】
ガス力が存在せずまたはこれらガス力が小さい条件においても、ロータは、この同じ方向に、すなわち、出口側から入口側に向けられた駆動力を受けるに過ぎない。
【００２３】
これは、雄型ロータが入口側に向かって同一の方向に常時押されるとともに雄型ロータを単一のアキシャル軸受によって軸方向に固定して雄型ロータの入口側の端フェースがハウジングの入口端フェースに押し付けられるのを阻止することが十分であり、しかも力が一方向に作用しているときにロータが出口端フェースに当たって動くことができないという利点を有する。
【００２４】
これにより、本発明の場合、雄型ロータの一方の側に単一のラジアル軸受を設けることで十分であるという利点が提供され、これは、ラジアル軸受が圧縮機要素の雄型ロータの各側に利用される公知のスクリュー圧縮機とは対照的である。
【００２５】
アキシャル軸受を一つしか設けない場合の利点は、軸受中の機械的損失を特に雄型ロータが２つのロータのうちの早く回転するロータであるということに鑑みて結果として減少させることができるということにある。
【００２６】
別の利点は、雄型ロータの単一のまたは唯一のラジアル軸受、より具体的に言えば「主軸受」が言わば雄型ロータが軸方向に保持される単一の固定箇所を形成するとともにこの場合においては主軸受に加わる余剰のプレストレス力を発生させる第２のアキシャル軸受が存在しないということにある。これに伴う利点は、温度の結果としての雄型ロータの長さの変化が予備張力ばねについてそれ以上の形状変化を意味することがなく、したがって、余剰の力の変化がここで生じることがないということにある。
【００２７】
雄型ロータに加わる軸方向力が同一方向に常時差し向けられているので、単動式アキシャル軸受で十分であり、ただし、本発明は、例えば例外的な場合において雄型ロータに加わる軸方向力の合計が一モードから別のモードへの変化の際の動的変化に起因して一時的に方向を変える場合があるときに代替手段として使用される複動式アキシャル軸受を排除することはない。
【００２８】
単動式アキシャル軸受は、効率的であるという利点を奏する。
【００２９】
雄型ロータに加わる接合力が同一方向に常時働くという同一の理由で、圧縮機要素の無負荷回転の場合でさえなく、雄型ロータの軸方向プレストレッシング（prestressing）を得るために雄型ロータについて力補償手段、例えばばねまたはプランジャが不要である。
【００３０】
このことは、スクリュー圧縮機のための公知の圧縮機要素に関して圧縮機要素の単純化を意味し、その結果、コンポーネントの数が少なくなり、かくして故障の恐れもまた少なくなる。
【００３１】
ある特定の場合、力補償手段を省くことはまた、アキシャル軸受の軸方向荷重が小さいことを保証し、その結果、小型の軸受を選択することができ、その結果、雄型ロータの早い速度が今日に至るまで可能であるとは見なされなかった速度において可能である。
【００３２】
追加の利点は、同期歯車のカバー内には、力補償手段を受け入れるスペースが提供される必要がなく、したがって、このカバーをそれほど厚くはない状態でかつ軽量に製作することができ、しかも軸受が組み立てにとって容易に接近可能であるということにある。
【００３３】
好ましくは、圧縮機要素は、入口駆動式圧縮機要素、換言すると、雄型ロータの駆動装置がこのロータの入口側に取り付けられ、同期歯車がその出口側に取り付けられ、雄型ロータの唯一のアキシャル軸受が出口側に取り付けられている圧縮機要素である。
【００３４】
この利点は、主軸受の役割を果たす唯一のアキシャル軸受が歯車伝動装置の埃っぽい環境から離れた場所に設けられるとともに同期歯車がこれまたこの環境から安全に分離された状態で収納される閉鎖カバーの下に受け入れられているということにある。
【００３５】
さらに、この場合、雄型ロータの唯一のアキシャル軸受は、駆動歯車が取り付けられているロータの他方の側に位置し、したがって、この唯一のアキシャル軸受は、駆動歯車によって駆動されているときに主ロータのシャフトに及ぼされる半径方向力によって引き起こされるかかるシャフトの曲げの影響下にすらさえなく、したがって、アキシャル軸受の傾動の恐れの問題がそれにより解決される。
【００３６】
加うるに、同期歯車は、主軸受と同一のロータの側に位置し、かくして、雄型ロータを軸方向に局所的に固定する主軸受から短い軸方向距離を置いたところに位置する。
【００３７】
これは、圧縮機要素の動作中における可変温度勾配に起因した長さの変化が同期歯車の互いに対する軸方向変位に対して僅かな影響しか及ぼさず、その結果、このことの結果である雄型ロータと雌型ロータとの同期の変化に対してほんの僅かしか影響を及ぼさないという利点を有する。
【００３８】
好ましくは、雄型ロータは、２つのラジアル軸受、すなわち、駆動歯車が配置されている入口側の１つのラジアル軸受および出口側に設けられている第２のラジアル軸受に半径方向に取り付けられる。
【００３９】
このようにすると、駆動歯車が取り付けられるアクスルジャーナルにはラジアル軸受が１つしか設けられず、この場合、例えば従来型スクリュー圧縮機の場合のような余分のアキシャル軸受が設けられず、その結果、この軸方向ジャーナルを短く製作することができ、その結果として曲げが小さく、しかも入口側の軸受カバーを高くない状態でかくして軽量に製作することができ、と言うのは、本発明の場合、支持しなければならない雄型ロータのラジアル軸受が１つだけだからである。
【００４０】
本発明の実用的な実施形態によれば、ゼロである軸方向成分を含みまたはゼロではない場合であっても出口から入口に差し向けられる軸方向成分を含む駆動力を雄型ロータに及ぼす駆動装置が雄型ロータ用に選択され、このロータの同期歯車については、同期歯車および雄型ロータの螺旋の経路が雄型ロータの軸方向に関して同一の方向を有する斜めのまたは螺旋の歯を備えた歯車が選択される。
【００４１】
かくして、駆動装置によりおよび同期歯車により雄型ロータに及ぼされる合力としての駆動力が出口から入口に常時差し向けられ、その結果、ガス力が存在する限り、ガス力と同一の方向に常時差し向けられる。
【００４２】
この目的のため、雄型ロータの駆動装置は、好ましくは、斜めの歯を備えた駆動歯車として構成され、かかる斜めの歯は、雄型ロータの軸方向に対して駆動歯車および雄型ロータの螺旋の経路が互いに逆の向きを有するように設計され、その結果、駆動歯車により雄型ロータに及ぼされる駆動力が出口から入口に差し向けられるようになる。
【００４３】
変形例として、このように雄型ロータに極めて小さい力またはゼロの力を及ぼす真っ直ぐな歯を有する駆動歯車を備えた駆動装置を選択することができる。
【００４４】
雄型ロータの直接駆動装置は、可能性のうちの１つでもあり、したがって、かかる駆動装置用の雄型ロータは、モータのシャフトに直接結合される。
【００４５】
雌型ロータに関し、モードに応じて、生じる力は、雌型ロータを一方または他方の軸方向に押すことができる。
【００４６】
この理由で、雌型ロータは、２つのアキシャル軸受によって圧縮機要素のハウジング内の軸受に軸方向に取り付けられ、これらアキシャル軸受は、好ましくは、入口駆動式圧縮機要素の場合、両方が雌型ロータの出口側に取り付けられる。
【００４７】
これにより、入口駆動式圧縮機要素の出口側への雄型ロータの唯一のアキシャル軸受の取り付け、すなわち、歯車駆動装置から遠くに位置する埃のない保護された環境内への雄型ロータの唯一のアキシャル軸受の配置が行われ、かかる唯一のアキシャル軸受が組み立てにとって容易に接近可能であるという同等な利点が提供される。
【００４８】
好ましくは、アキシャル軸受は、雌型ロータの同期歯車の各側に、換言すると、この同期歯車の異なる側にそれぞれ取り付けられ、これにより、安定性が促進されるとともに構成部品の数が減少する。
【００４９】
好ましい観点によれば、２つのアキシャル軸受のうちの少なくとも一方は、好ましくは出口側から入口側に、換言するとガス力と同一の方向に差し向けられたプレストレス力を及ぼすばねによって軸方向プレストレス下に配置され、その結果、始動の際に存在するガス力がゼロまたは小さい場合、プレストレス力は、雌型ロータがハウジングの出口端フェースに当たるよう引かれることができるのを阻止するよう雌型ロータの同期歯車の軸方向駆動力に勝る。
【００５０】
好ましくは、２つのアキシャル軸受のうち最も外側に位置する軸受にのみ、この最も外側のアキシャル軸受と圧縮機要素のハウジング、例えば同期歯車のカバーとの間に締め付けられたばねによって及ぼされ、これにより、組み立てが容易になる。
【００５１】
とりわけ最も好ましくは、組み込み長さ／ロータ長さの比が８％を超えるプレストレスばねのために可撓性ばねが用いられ、ロータ長さは、ロータの螺旋区分の軸方向長さとして定められる。
【００５２】
かかる可撓性ばねの利点は、かかるばねにより、プレストレス力が内蔵空間を短くしまたは長くしても比較的一定のままであるということにある。
【００５３】
好ましくは、雌型ロータは、更に、２つのラジアル軸受、すなわち、雌型ロータの入口側に設けられたラジアル軸受および雌型ロータの出口側に設けられたラジアル軸受によって軸受に取り付けられる。
【００５４】
このように、入口駆動式圧縮機要素の入口側には２つの軸受しか取り付けられず、すなわち、１つが雄型ロータのラジアル軸受に取り付けられ、１つが雌型ロータのラジアル軸受に取り付けられる。
【００５５】
これにより、これら２つのラジアル軸受を厚さおよび質量を制限した状態で軸受カバー内に組み込むことができるのが有利である。
【００５６】
この場合、雄型および雌型ロータの他の全ての軸受は、入口側の歯車伝動装置から見て遠くに位置する同期歯車のカバーの下の埃のない保護環境内でこれらロータの出口側に設けられるとともにこのカバーを取り外すことによって容易に接近できる。
【００５７】
アキシャル軸受の配置場所では、ロータシャフトの曲げが殆ど生じないので、この配置場所では、小さな直径のシャフトを選択することができ、その結果、高速回転に極めて適したより小さなラジアル軸受を選択することが可能である。
【００５８】
上述した互いに異なる革新的な観点のうちの１つまたは２つ以上の組み合わせにより、望ましい負荷条件を雄型ロータの唯一の軸方向軸受を除く残りの全ての軸受について得ることができる。
【００５９】
軸受を小型にすると、回転速度が同一であるとすればかかる軸受がもたらす機械的損失は小さく、それにより同一回転速度で良好な効率を得ることができまたは速度を増大させることができるという利点が提供される。
【００６０】
特定の観点によれば、セラミック玉（ボール）を備えた１つまたは２つ以上のセラミックアキシャル軸受またはハイブリッド型軸受を選択することができ、かかる軸受は、更に高い回転速度の実現を可能にするという利点が得られる。
【００６１】
本発明の別の特定の観点によれば、入口駆動式圧縮機要素に関し、圧縮機要素のハウジングの入口端フェースは、ハウジングの機械加工面上に支持された軸受カバーによって形成され、機械加工面は、駆動装置のハウジングのための支持面としても働く。
【００６２】
かくして、軸受カバーおよび駆動装置のハウジングの取り付けについて単一の機械加工面を１つしか必要とせず、それにより、２つのハウジングの互いに対する位置合わせが単純化される。
【００６３】
また、これにより、圧縮機要素のハウジングの冷却ジャケットの入力を直接、換言すると、外部パイプの介在なしに、歯車伝動装置のハウジングの内部冷却チャネルの出力に連結することができる。
【００６４】
その結果、パイプの取り付けが回避され、冷却回路からの漏れ恐れが減少する。
【００６５】
以上要約すると、種々の上述の観点の組み合わせに起因して、群を抜いて低い漏れでかつこれまで見られなかった望ましい高い回転速度でコンパクトであってかつ効率的な圧縮機要素を得ることができる。
【００６６】
本発明はまた、ガスを圧縮するためのスクリュー圧縮機の圧縮機要素であって、圧縮機要素は、入口側に設けられたガスのための入口および出口側に設けられたガスのための出口を備えたハウジングと、ガスを圧縮するために駆動時に互いに噛み合う２つのヘリカル形ロータ、すなわち雄型ロータおよび雌型ロータが軸受に取り付けられた状態で収納されている２つのロータチャンバとを有し、雄型ロータは、雄型ロータのための駆動装置を備え、雌型ロータは、同期歯車を介して雄型ロータによって駆動され、少なくとも一つの同期歯車が雄型ロータに設けられ、１つの同期歯車が雌型ロータに設けられている形式の圧縮機要素に関しており、その特徴は、圧縮機要素が雄型ロータの入口側に設けられた雄型ロータの駆動装置および雄型ロータの出口側に設けられた同期歯車を備えた入口駆動式圧縮機要素であり、雄型ロータが出口側に取り付けられた唯一の単一のアキシャル軸受によって軸方向において軸受に取り付けられていることにある。
【００６７】
これは、同期歯車が唯一のラジアル主軸受から短い軸方向距離を置いたところに位置し、雄型ロータと雌型ロータとの同期の変化に対する可変温度勾配の作用効果が上述したように制限されるという利点が得られるということを意味している。
【００６８】
本発明はまた、スクリュー圧縮機であって、このスクリュー圧縮機は、本発明の圧縮機要素を備え、この圧縮機要素は、雄型ロータに設けられた駆動歯車を備えた歯車伝動装置によって駆動され、駆動歯車は、駆動されると、出口側から入口側に差し向けられた軸方向成分を含む力をこのロータに及ぼすことを特徴とするスクリュー圧縮機に関する。
【００６９】
本発明の特徴を良好に示す意図をもって添付の図面を参照して以下において、本発明の圧縮機要素を備えたスクリュー圧縮機の二、三の好ましい実施形態について一例として説明するが、これは本発明を限定する性質のものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の圧縮機要素を備えたスクリュー圧縮機の一部の概略断面図である。
【図２】図１の断面図と同様な断面図であるが、変形実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００７１】
図１に示されたスクリュー圧縮機１は、圧縮機要素２と、歯車伝動装置３の形態をした駆動装置とを有し、このスクリュー圧縮機の一部だけが図面を分かりやすくする理由で示されている。
【００７２】
圧縮機要素２は、２つの互いにオーバーラップした円筒形ロータチャンバ５が収納されている中央区分４ａを有するハウジング４を備え、これらチャンバ５内には、２つのロータ６，７、それぞれ、雄型ロータ６および雌型ロータ７が螺旋ローブ８を備えた状態で取り付けられ、これらローブ８は、チャンバがロータ６，７相互間で分離されるような仕方で互いに噛み合い、ロータ６，７は、圧縮機要素２が駆動されると、ロータ６，７の入口側９の図示していない入口からロータ６，７の出口側１１の出口１０まで公知の仕方で動き、それにより、この運動中、閉じ込められたガスが圧縮される。
【００７３】
２つのロータ６，７の軸線Ｘ‐Ｘ′およびＹ‐Ｙ′は、互いに事実上平行に配置されるとともにハウジング４の一部を形成する軸受カバー４ｂによって形成されているハウジング４の入口端フェース１２とこの場合、ハウジング４の中央区分４ａ内で直接可動される出口端フェース１３との間でこれらのそれぞれの端フェース６ａ，６ｂおよび端フェース７ａ，７ｂによって軸方向に保持されている。
【００７４】
雄型ロータ６は、２つの同軸アクスルジャーナル６ｃ，６ｄを備え、このロータ６は、これらアクスルジャーナルによって、それぞれロータ６の入口側９に設けられている軸受カバー４ｂ内に設けられた唯一のラジアル軸受１４および出口側１１に設けられている１つのラジアル軸受１５および１つの単一アキシャル軸受１６によってハウジング４内の軸受に回転可能に取り付けられており、それにより、図１の場合、このアキシャル軸受１６は、スクリュー圧縮機１の作動中に生じる力に起因して、雄型ロータ６が入口側９のその端フェース６ａによってハウジング４の入口端フェース１２に押し付けられることができるのを阻止するようロータ６を軸方向に固定する手段としての単動式軸受である。
【００７５】
雌型ロータ７もまた、２つの端フェース７ａ，７ｂおよび２つの同軸アクスルジャーナル７ｃ，７ｄを備え、これらアクスルジャーナルのうちのロータ７の入口側９のアクスルジャーナル７ｃは、１つの唯一のラジアル軸受１７によって軸受に取り付けられ、他方のアクスルジャーナル７ｄは、ラジアル軸受１８および２つのアキシャル軸受１９，２０を備えている。
【００７６】
ハウジング４は、出口側１１にカバー４ｃを備え、このカバー４ｃは、ハウジング４の中央区分４ａに締結され、軸受１５，１６，１８，１９，２０がこのカバー下で保護されている。
【００７７】
ハウジング４の種々の部品４ａ，４ｂ，４ｃ相互間にはガスケット２１が取り付けられている。
【００７８】
本発明に特有なこととして、圧縮機要素２は、入口駆動式圧縮機要素であり、このことは、圧縮機要素２の外部歯車伝動装置３が従来どおりの出口側ではなく、入口側９に設けられていることを意味している。
【００７９】
図示の実施例では、この歯車伝動装置３は、ハウジングの一部３ａだけが図示されている歯車伝動装置としてかつ互いに噛み合う斜めの歯を備えた２つの歯車２２，２３として概略的に示され、これら歯車のうちの一方２３、すなわち、「駆動歯車」は、雌型ロータ６のアクスルジャーナル６ｃに直接締結されている。駆動歯車２３は、圧縮機要素２の一部をなすものとしてまたは歯車伝動装置の一部７をなすものとして見える。
【００８０】
雌型ロータ７は、出口側１１に設けられた同期歯車、この場合、互いに噛み合う斜めの歯を備えた２つの同期歯車２４，２５によって雄型ロータ６により駆動され、これら同期歯車のうちの一方の歯車２４は、雄型ロータ６のアクスルジャーナル６ｄに締結され、他方の歯車２５は、雌型ロータ７のアクスルジャーナル７ｄに取り付けられている。速度伝達比は、雄型ロータ６が低速で雌型ロータ７を駆動するよう選択される。
【００８１】
同期歯車２４，２５は、上述のカバー４ｃによって環境から保護されている。
【００８２】
雌型ロータ７の同期歯車２５は、雌型ロータ７の上述のアキシャル軸受１９，２０に横付けに設けられ、かくして、これら軸受１９，２０は、この同期歯車２５の互いに異なる側部にそれぞれ位置している。
【００８３】
これら２つのアキシャル軸受１９，２０の外側の方へ最も向けられている軸受２０には、ばね２６によって軸方向元応力（プレストレス）が及ぼされ、ばね２６は、関連の軸受２０とカバー４ｃとの間に締め付けられた状態で位置している。
【００８４】
この軸受２６は、好ましくは、長さの変化が及ぼされるプレストレス力に対してほんの僅かしか影響を及ぼさない可撓性ばねである。
【００８５】
可撓性ばねは、踏み込み長さとロータ長さの比が８％を超えるばねを意味し、ロータ長さＬは、ロータの螺旋断面の軸方向長さ、または換言すると関連のロータの端フェース相互間の軸方向距離として定められる。
【００８６】
従来どおり、ロータ６，７は、シール２７によって封止されている。
【００８７】
本発明の特定の観点によれば、入口駆動式圧縮機要素２の選択により、入口側９のハウジング４の中央区分４ａは、１つの単一の機械加工面２８を備えることができ、かかる１つの単一機械加工面２８は、入口側９の軸受カバー４ｂ用の取り付け面２８としても歯車伝動装置３のハウジング３ａのための取り付け面２８としても働き、それにより、２つのハウジング４，３ａ相互間の軸方向位置合わせまたは整列が容易になる。
【００８８】
圧縮機要素２のハウジングの中央区分４ａは、入口３０を有する冷却ジャケット２９を備え、この入口３０は、図１の場合、歯車伝動装置３の内部冷却チャネル３１に結合し、それにより、この結合部は、単純なＯリング３２によって封止されている。
【００８９】
装置１の作動は、非常に簡単であり、次のとおりである。
【００９０】
圧縮機要素１が図１の矢印Ｒによって示される回転方向に駆動されると、ロータ６，７の噛み合いに起因して、ガスが圧縮機要素２の入口を経て公知の仕方でかつ圧縮が出口１０を経て公知の仕方で吸い込まれ、そして、圧縮後、出口１０を経て吐き出される。
【００９１】
圧縮の結果として、雄型ロータ６および雌型ロータ７は、高い圧力が生じている出口側１１から低い圧力が生じている入口側９に差し向けられている軸方向成分Ｆg，Ｆg′を含むガス力を受ける。
【００９２】
さらに、ロータ６，７は、歯車２３，２４，２５によってロータ６，７に及ぼされる機械的駆動力、特に駆動歯車２３および同期歯車２４によってそれぞれ雄型ロータ６に及ぼされる軸方向成分Ｆp，Ｆsおよび他方の同期歯車２５によって雌型ロータ７に及ぼされる軸方向力Ｆs′を含む力に起因した力を受け、これらのことは両方とも、ガス力の効果を無視した始動の場合であり、換言すると、例えば圧縮機要素２のハウジング４のロータチャンバ５が開かれている場合に圧力の増大なしで、かくして、ガス力なしでロータ６，７が加速される仮定的な環境における場合である。
【００９３】
本発明によれば、雄型ロータ６の斜め歯車２３，２４の斜めの歯の経路は、軸方向力Ｆp，Ｆsが上述した軸方向ガス力Ｆgと同一の方向に働くように選択され、その結果、雄型ロータ６は、ロータ６を入口側９の方向に押す傾向のある力しか受けないようになる。
【００９４】
それにより、雄型ロータ６のアキシャル軸受１６は、雄型ロータ６の端フェース６ａがハウジング４の入口端フェース１２に接触することができるようになるのを阻止し、この場合、この目的のために、ばね、プランジャまたは他の補償手段の形態をした他の手段は、不要である。
【００９５】
これを生じさせるため、図１では、斜めの歯が選択され、それにより、雄型ロータ６の軸方向Ｘ‐Ｘ′に対する駆動歯車２３の螺旋および雄型ロータ６の螺旋の経路が互いに逆方向に向けられ、他方、同期歯車２４の螺旋および雄型ロータ６の螺旋は、雄型ロータ６の軸方向Ｘ‐Ｘ′に対して同一の向きを有する。換言すると、このことは、軸方向Ｘ‐Ｘ′から雄型ロータ６の螺旋ローブ８の接線方向まで測定した最も小さな夾角Ａが正でありまたは換言すると時計回りの方向に向けられていることおよび軸方向Ｘ‐Ｘ′から同期歯車２４の斜めの歯まで測定された最も小さな夾角Ｂが正でありまたは換言するとこれまた時計回りの方向に向けられ、軸方向Ｘ‐Ｘ′から駆動歯車２３の斜めの歯まで測定された夾角Ｃが負でありまたはかくして反時計回りの方向に向けられていることを意味している。
【００９６】
当然のことながら、雌型ロータ７の同期歯車２５は、雄型ロータ６の同期歯車２４の歯と相補する歯を備え、このことから当然の結果として、スクリュー圧縮機１が負荷がかかった状態で動作しているとき、同期歯車２５によって雌型ロータ７に及ぼされた軸方向力Ｆs′が雌型ロータ７に及ぼされた軸方向ガスＦg′とは逆である。
【００９７】
さらに、雌型ロータ７は、同期歯車２５の力Ｆs′とは逆に差し向けられていてかつ無負荷状態においてガス力Ｆg′がなくなるように選択されたばね２６の元応力の結果として、軸方向力Ｆv′を受け、プレストレス力Ｆv′は、少なくとも、残りの力Ｆs′を補償する。
【００９８】
明らかなこととして、出口側１１のカバー４ｃは、容易に離脱可能であり、したがって、全てのアキシャル軸受１６，１９，２０ならびにラジアル軸受１５，１８、同期歯車２４，２５およびプレストレスばね２６は、組み立ておよび／または点検のために容易に接近可能である。
【００９９】
入口側９の軸受カバー４ｂの厚さＨおよび質量は、２つのラジアル軸受１４，１７しか収納する必要がないので、比較的制限される。さらに、この軸受カバー４ｂは、歯車伝動装置３のハウジング３ａ内に設けられ、このことは、同様な容量を備えた既存のスクリュー圧縮機と比較して、スクリュー圧縮機１の軸方向長さが節減されることを意味している。
【０１００】
Ｏリング３２の配置場所のところでの漏れの場合、冷却剤が歯車伝動装置中に漏れ込むという恐れしか生じず、したがって、この歯車伝動装置の油が損なわれる場合があるが、漏れが公知の圧縮機要素中の同一の場所で生じる場合よりも破局度が小さく、それにより、かかる場合、冷却剤は、圧縮機要素２のロータチャンバ５中に入り込む場合があり、その結果、圧縮機要素２が即座に作動を停止する。
【０１０１】
同じ理由で、冷却チャネル３０とカバー４ｂとの間にはシールが設けられていない。鋳造冷却ジャケット２９内に冷却チャネルを実現するのに必要な開口部は、冷却ジャケット２９とカバー４ｃとの間で封止される。図１のシール３３は、この一例である。
【０１０２】
図２は、本発明の圧縮機要素２の変形例を示しており、この場合、雄型ロータ６の螺旋のピッチの変化は、図１の雄型ロータ６の右回り螺旋ではなく、「左回り」螺旋に合わせて逆方向に向けられる。
【０１０３】
駆動歯車２３および同期歯車２４，２５の斜めの歯の両方の経路は、この場合、雄型ロータ６に及ぼされる全ての力Ｆp，Ｆs，Ｆgが出口側１１から入口側９に向けられるようにするよう互いに逆である。
【０１０４】
言うまでもないこととして、斜めの歯を備えた歯車２２〜２５ではなく、螺旋のもしくは真っ直ぐな歯車または他形式の直接もしくは間接駆動装置を利用することができ、かかる歯車または駆動装置は、駆動されると、軸方向力をロータ６，７に及ぼすことができまたは該当する場合には、小さいまたはそれどころかゼロの軸方向力を雄型ロータに及ぼすことができる。
【０１０５】
アキシャル軸受１６，１９，２０は、単動式であっても良く複動式であっても良いが、単動式軸受は、より効率的であるという利点をもたらす。
【０１０６】
明らかなこととして、入口駆動式圧縮機要素２は、従来型出口駆動式圧縮機要素と比較してある特定の利点をもたらすとともにこの観点はまた、本明細書に含まれている他の特徴とは別個独立に利用できる。
【０１０７】
上述したアキシャルおよびラジアル軸受以外の多数のアキシャルおよびラジアル軸受を利用することができるが、これは、余分の損失を生じさせる場合のあることは明らかである。
【０１０８】
また、プレストレス力Ｆv′もまた、例えば磁気相互作用によりまたはプランジャを用いてばね２６以外の手段によって実現することも可能であることが明らかである。雄型ロータによる雌型ロータの駆動のために雄型ロータ６および雌型ロータ７の同期歯車２４，２５相互間に中間歯車が設けられることが排除されるわけではない。
【０１０９】
諸力の説明にあたり、及ぼされる力の軸方向成分にのみ考慮したが、半径方向成分もまた可能である。かくして、力または軸方向力という用語は、関連の力の軸方向成分を常に意味している。
【０１１０】
本発明は、一例として説明するとともに図面に示した実施形態には決して限定されず、本発明の圧縮機要素およびスクリュー圧縮機は、本発明の範囲から逸脱することなく、あらゆる種類の形態および寸法で実現できる。
【図１】
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【図２】
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