DE10056983A1 - Antrieb eines Gebläses für einen Kältegeräteverdichter - Google Patents

Antrieb eines Gebläses für einen Kältegeräteverdichter

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antrieb eines Gebläses für die Belüftung eines Kältegeräteverdichters und eines Verflüssigers, bei dem der eine Antriebswelle treibende Antriebsmotor des Kältegeräteverdichters und der Kältegeräteverdichter innerhalb eines geschlossenen Gehäuses angeordnet sind und das Gebläse außerhalb dieses Gehäuses gelagert ist. DOLLAR A Hierzu treibt die Antriebswelle direkt oder indirekt mindestens ein innerhalb des Gehäuses angeordnetes magnetisches oder magnetisierbares Bauteil rotatorisch an. Außerhalb des Gehäuses ist mindestens ein zweites an einer Welle angebundenes magnetisches oder magnetisierbares Bauteil angeordnet, das direkt oder indirekt mit einem rotatorisch bewegten Gebläse verbunden ist. Die magnetischen oder magnetisierbaren Bauteile sind innerhalb und außerhalb des Gehäuses benachbart und sind durch eine nicht magnetisierbare Gehäusewand getrennt. Mindestens eines der magnetischen oder magnetisierbaren Bauteile erzeugt bei Betrieb ein Magnetfeld. DOLLAR A Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Antrieb entwickelt, der bei Betrieb wenig Energie verbraucht und einen geringen Montageaufwand erfordert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb eines Gebläses für die Belüftung eines Kältegeräteverdichters und eines Verflüssigers, bei dem der eine Antriebswelle treibende Antriebsmotor des Kältegeräteverdichters und der Kältegeräteverdichter innerhalb eines geschlossenen Gehäuses angeordnet sind und das Gebläse außerhalb dieses Gehäuses gelagert ist.
Aus der DE 199 07 077 A1 ist der Antrieb eines Gebläses für die Konvektion an einen Kältegeräteverdichter bekannt. Dieser Antrieb ist ein Elektromotor, der direkt die Welle des Gebläses antreibt. Dieser Antrieb des Gebläses wird separat von einer Spannungsquelle aus gespeist. Für den elektrischen Anschluss ist das Verlegen und der Anschluss elektrischer Leitungen erforderlich. Der für die geringe Leistung erforderliche Motor hat einen schlechten Wirkungsgrad und verschlechtert u. a. durch seine Wärmeabgabe die Effizienz der Kälteerzeugung. Die für den Antrieb des Gebläses erforderliche Energie addiert sich zusätzlich zu den Energien der anderen Verbraucher.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Problemstellung zugrunde, einen Antrieb für ein Gebläse eines Kältegeräteverdichters zu entwickeln, der beim Betrieb wenig Energie verbraucht und einen geringen Montageaufwand erfordert.
Diese Problemstellung wird mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Hierzu treibt die Antriebswelle direkt oder indirekt mindestens ein innerhalb des Gehäuses angeordnetes magnetisches oder magnetisierbares Bauteil rotatorisch an, so dass magnetischen oder dem magnetisierbaren Bauteil verbundenen Teil der Welle bewegt wird. Außerhalb des Gehäuses ist mindestens ein zweites an einer Welle angebundenes magnetisches oder magnetisierbares Bauteil angeordnet, das direkt oder indirekt mit einem rotatorisch bewegten Gebläse verbunden ist, wobei mindestens einer der Pole des magnetischen oder magnetisierbaren Bauteils auf einer Kreisbahn um die Welle bewegt wird. Die magnetischen oder magnetisierbaren Bauteile sind innerhalb und außerhalb des Gehäuses benachbart und sind durch eine nicht magnetisierbare Gehäusewand getrennt. Mindestens eines der magnetischen oder magnetisierbaren Bauteile erzeugt bei Betrieb ein Magnetfeld.
Bei dieser Anordnung wird die Antrieb des Gebläses mit Hilfe eines magnetischen Feldes mit dem Antriebsmotor des Kältegeräteverdichters gekoppelt. Hierdurch kann auf einen separaten Motor für das Gebläse verzichtet werden. Der zusätzliche Energiebedarf des Antriebsmotors des Kältegeräteverdichters ist gering. Dieser Motor arbeitet mit einem besserem Wirkungsgrad als ein Elektromotor, der nur das Gebläse antreibt. Es entfällt auch z. B. die Wärmeabstrahlung des Gebläsemotors, die z. B. die Effizienz des Kältegeräteverdichters beeinflusst. Somit arbeitet die Anordnung des Antriebs des Gebläses mit Hilfe des magnetischen Feldes energieeffizienter als ein separater Antrieb für das Gebläse.
Durch den Wegfall des Motors entfallen die Kosten des Motors sowie auch der Montageaufwand des Motors einschließlich des Montageaufwands für die z. B. elektrische Ansteuerung des Motors. Das Gebläse ist mit seinen Befestigungsteilen nur am Gehäuse des Kältegeräteverdichters auszurichten. Diese Einheit ist daher montagefreundlicher als ein separater Antrieb.
Im Luftstrom des Gebläses liegen die Rohrleitungen des Kondensators bzw. des Verflüssigers.
Von den innerhalb und außerhalb des Gehäuses in der Nähe angeordneten magnetischen oder magnetisierbaren Bauteile kann z. B. eines ein Permanentmagnet oder Elektromagnet sein und das andere z. B. ebenfalls ein Permanentmagnet oder ein magnetisierbarer metallischer Werkstoff. Hierbei können die Pole der Magneten entlang der Welle exzentrisch angeordnet sein oder senkrecht zur Welle angeordnet sein.
Das Gehäuse besteht im Bereich zwischen den magnetischen oder magnetisierbaren Bauteilen aus einem nicht magnetisierbaren Werkstoff. Hierdurch wird beim Durchtritt der Feldlinien durch den nicht magnetisierbaren Bereich keine Magnetisierungsenergie verloren. Vor allem bei Änderung der Richtung des Magnetfeldes werden keine Ummagnetisierungsverluste erzeugt.
Mindestens eines der magnetischen oder magnetisierbaren Bauteile baut bei Betrieb ein Magnetfeld auf. Bei Betrieb des Antriebs besteht somit zwischen dem inneren und dem äußeren Bauteil ein Magnetfeld, das eine Kraftwirkung von innerhalb des Gehäuses nach außen oder von außerhalb des Gehäuses nach innen überträgt. Das ein Magnetfeld aufbauende Bauteil kann beispielsweise ein Permanent- oder ein Elektromagnet sein.
Die innen und die außen angeordnete Welle können annährend fluchtend angeordnet sein. Bei einer solchen Anordnung ist die Winkelgeschwindigkeit der Rotationsbewegungen der beiden Wellen nur um den Betrag des Schlupfes unterschieden. Hierbei kann die Montagetoleranz der magnetischen bzw. magnetisierba­ ren Bauteile zueinander groß sein. Mindestens ein Pol eines magnetischen oder magnetisierbaren Bauteils überstreicht auf seiner Kreishahn den Mittelpunkt der anderen Welle. Das magnetische Feld baut sich zwischen diesen Bauteilen auf und übt eine Kraftwirkung der Bauteile aufeinander aus.
Mindestens eines der magnetischen oder magnetisierbaren Bauteile kann ein Permanentmagnet sein. Das durch die nichtmagnetisierbare Gehäusewand getrennte benachbarte Bauteil kann beispielsweise ebenfalls ein Permanentmagnet sein. Es kann aber auch aus einem magnetisierbaren Werkstoff bestehen oder als Elektromagnet ausgeführt sein.
Ähnliche Varianten sind denkbar, wenn eines der magnetischen oder magnetisierbaren Bauteile ein Elektromagnet ist. Das benachbarte Bauteil kann dann z. B. ebenfalls ein Elektromagnet sein, aus einem magnetisierbaren Werkstoff bestehen oder ein Permanentmagnet sein.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels.
Fig. 1 Antriebsschema eines fremdangetriebenen Gebläses für einen Kältegeräteverdichter
Die Fig. 1 zeigt ein Antriebsschema eines fremdangetriebenen Gebläses für einen Kältegeräteverdichter.
Im Gehäuse (10) ist ein Elektromotor (20) angeordnet, der einen Kältege­ räteverdichter (30) antreibt. Dies kann z. B. ein einfach wirkender Hubkolbenverdichter sein. Die Welle (23) des Elektromotors (20) ist u. a. mit einem in der Nähe einer Innen­ wand des Gehäuses (10) angeordneten Magneten (40) verbunden. Außerhalb des Gehäuses (10) ist ein zweiter Magnet (50) angeordnet, der mit einem Gebläse (70) verbunden ist.
Das Gehäuse (10) ist beispielsweise quaderförmig aufgebaut. Mindestens ein Bereich (12) seiner äußeren Wand ist aus einem nicht magnetisierbaren Werkstoff, z. B. X 5 CrNi 18 9, ausgeführt. Dieser Bereich (12) ist im Einbauzustand z. B. Teil einer Seitenwand des Gehäuses (10).
Der Elektromotor (20) ist elektrisch an eine Spannungsquelle (8) angeschlossen. Diese kann beispielsweise eine Gleich- oder Wechselspannung liefern. Bei einer Gleichstrom­ quelle kann der Motor beispielsweise ein Neben- oder Reihenschlussmotor sein, bei einer Wechselspannungsquelle beispielsweise ein Kommutator-Motor oder ein Kurzschlussläufer-Motor.
Der Rotor des Elektromotors (20) sitzt auf einer Welle (23), die den Kälte­ geräteverdichter (30) antreibt. Diese Welle (23) hat ein freies Ende (24). An diesem ist z. B. der Permanentmagnet (40) angeordnet. Dieser Permanentmagnet (40) ist so ausge­ richtet, dass die Verbindungslinie seines Nord- (42) und Südpols (43) senkrecht zur Welle (23) steht und der Magnet (40) - um keine Unwucht zu erzeugen - symmetrisch zur Welle (23) ausgerichtet ist. Im Einbauzustand der Welle (23) im Gehäuse (10) ist die Welle (23) normal zum nichtmagnetisierbaren Bereich (12) des Gehäuses (10) angeordnet. Die Mittellinie des Permanentmagneten (40) ist parallel zum Bereich (12) ausgerichtet. Dieser Bereich (12) hat mindestens die Fläche eines Kreises, dessen Durchmesser einer senkrecht zur Welle (23) angeordnete Diagonale des Magneten (40) entspricht.
Außerhalb des Gehäuses (10) ist ein zweiter Permanentmagnet (50) angeordnet. Er hat etwa die gleichen Abmessungen wie der innerhalb des Gehäuses (10) angeordnete Permanentmagnet (40). Dieser Magnet (50) ist so angeordnet, dass die Verbindungslinie zwischen seinen beiden Polen parallel zum nichtmagnetisierbaren Bereich (12) liegt. Der Permanentmagnet (50) ist mit einer Welle (60) verbunden, die normal zum nichtmagne­ tisierbaren Bereich (12) der Gehäusewand angeordnet ist und die in der Lagerung (80) gelagert ist. Hierbei liegt der Schwerpunkt des Magneten (50) auf der Mittellinie der Welle (60). Die Welle (60) fluchtet im Einbauzustand mit der innerhalb des Gehäuses (10) gelegenen Welle (23). An der dem Permanentmagneten (50) gegenüberliegenden Ende (64) der Welle (60) ist das Gebläse (70), z. B. in form eines zweiblättrigen Propel­ lers, angeordnet.
Wird der Elektromotor (20) an das elektrische Netz angeschlossen, wird die Rotationsbewegung des Rotors (22) auf die Welle (23) übertragen. Der am freien Ende (24) der Welle (23) angeordnete Permanentmagnet (40) rotiert mit der Drehzahl der Welle (23). Um den Permanentmagneten (40) besteht ein magnetisches Feld.
Das magnetische Feld (56) verbindet den Nord- (42) und den Südpol (43) des Permanentmagneten (40). Die infinitesimal kleinen Teile magnetisierbarer Bauteile, die sich im Bereich des Feldes (56) befinden, werden in Richtung der Feldes (56) ausgerichtet.
Der zweite Permanentmagnet (50) richtet sich durch Drehung der Welle (60) in der Lagerung (80) so aus, dass sein Südpol (53) den kürzesten Abstand zum Nordpol (42) des Permanentmagneten (40) hat und sein Nordpol (52) den kürzesten Abstand zum Südpol (43) des Permanentmagneten (40) hat. Zwischen den beiden Magneten (40, 50) bilden sich zwei den nichtmagnetisierbaren Bereich (12) durchdringende Mag­ netfelder (56), die den Nordpol (42, 52) des einen mit dem Südpol (43, 53) des anderen Magneten (40, 50) verbinden.
Bei der Rotation der Motorwelle (23) dreht sich der Permanentmagnet (40) um den gleichen Drehwinkel wie die Welle (23). Bei Änderung der Lage des Magneten (40) ändern sich die magnetischen Felder (56). Diese Änderung der Felder (56) verursacht eine Kraftwirkung der Magnete (40, 50) zueinander, die mit zunehmender Differenz der Winkellage der Magneten (40, 50) zunimmt. Da der außen angeordnete Magnet (50) in der Lagerung (80) frei drehbar gelagert ist, verursacht diese Kraft eine Drehung dieses Magneten (50) mit der Welle (60), sobald die entgegen der Rotation orientierten Kräfte wie z. B. die Reibung in der Lagerung (80) und das Massenträgheitsmoment überwunden sind. Die Welle (60) außerhalb des Gehäuses (10) wird verzögert mitgedreht, bis die Pole (42, 53 bzw. 43, 52) der Magneten (40, 50) wieder den kürzesten Abstand zueinander erreicht haben.
Wird die Drehzahl der Welle (23) erhöht, beschleunigt sich die Geschwindigkeit der Änderung der Feldlinien. Der außerhalb des Gehäuses (10) angeordnete Permanentmagnet (50) hat das Bestreben, sich parallel dem innen angeordneten Magneten (40) auszurichten. Je nach dem Massenträgheitsmoment des außerhalb des Gehäuses (10) angeordneten Systems sowie der Reibung der Welle (60) in der Lagerung (80) verzögert sich die Rotationsbewegung des Magneten (50) gegenüber der des vorauseilenden Permanentmagneten (40). Zwischen beiden Bewegungen stellt sich ein Schlupf ein.
Dieser Schlupf während der Beschleunigung ist umso kleiner, je kleiner das Massenträgheitsmoment des außerhalb des Gehäuses (10) angeordneten Permanentmagneten (50), seiner Welle (60) und des Gebläses (70) ist. Zwischen Magnet (50) und Gebläse (70) kann z. B. eine Untersetzungsstufe angeordnet sein. Das auf die Welle (60) am Magneten (50) reduzierte Massenträgheitsmoment des Gebläses (70) sinkt dann im Verhältnis des Quadrates des Untersetzungsverhältnisses. Bei konstanter Drehzahl wird der Schlupf vor allem durch die Kraftwirkung der magnetischen Felder (56) und die Reibung in der Lagerung (80) bestimmt.
Der nicht magnetisierbare Bereich (12) kann auch aus einem nichtmetallischem Werkstoff, wie z. B. Kunststoff, bestehen. Dieser lenkt die gedachten Feldlinien, die sich um die Magneten (40 bzw. 50) bilden, nicht oder gering ab. So können z. B. die magnetischen Kräfte des innerhalb des Gehäuses (10) angeordneten Permanentmagneten (40) ungehindert und annähernd verlustfrei auf den außerhalb des Gehäuses (10) angeordneten Permanentmagneten (50) wirken.
Statt des direkten Antriebes kann der im Gehäuse (10) angeordnete Per­ manentmagnet (40) auch über eine Über- oder Untersetzungsstufe an den Elektromotor (20) angebunden sein.
Statt des z. B. außerhalb des Gehäuses (10) angeordneten Permanentmagneten (50) kann auch ein magnetisierbarer Werkstoff eingesetzt werden. Da bei einer derartigen Anordnung nur ein Magnetfeld erzeugt wird, ist die Kraftwirkung zwischen den rotierenden Teilen in diesem Falle geringer, der Schlupf zwischen den Rotationsbewegungen ist somit größer als beim Einsatz zweier Permanentmagneten (40, 50).
Anstelle eines innerhalb des Gehäuses (10) angeordneten Permanentmagneten (40) kann auch ein Elektromagnet verwendet werden. Dieser ist dann beispielsweise elektrisch mit einer Gleichspannung gespeist. Nur bei Anlegen einer elektrischen Spannung wird ein Magnetfeld aufgebaut. Dieses wird wieder abgebaut, sobald der die Gleichspannung abgeschaltet wird. Hiermit wird z. B. die Gefahr der Verschmutzung durch Ablagerung magnetisierbarer Teile verringert gegenüber dem Einsatz von Permanentmagneten (40).
Der innerhalb des Gehäuses (10) angeordnete Magnet (40) oder magnetisierbare Werkstoff kann auch konzentrisch zum außerhalb des Gehäuses (10) angeordneten Magnet (50) oder magnetisierbaren Werkstoff angeordnet sein. Hierbei kann das Gehäuse (10) im Bereich des nichtmagnetisierbaren Bereichs (12) eine Beule aufweisen, über die der außerhalb angeordnete Magnet (50) als Glocke angeordnet ist. Bei einer solchen Anordnung ist im Zwischenraum zwischen beiden Partnern die Dichte der magnetischen Feldlinien groß gegenüber der parallelen Anordnung. Die magnetischen Pole (42, 43, 52, 53) liegen dann beispielsweise in einer Ebene.
Bei einer solchen Anordnung können auch mehrere Nord- (42, 52) und Südpole (43, 53) abwechselnd am Umfang angeordnet sein. Hierbei kann z. B. der treibende Teil permanent- oder elektromagnetisch ausgeführt sein. Der äußere Teil besteht dann bei­ spielsweise aus einem Ankerring, der elektromagnetische Wicklungen als Pole trägt. Diese sind dann über Kurzschlusskäfige verbunden. Bei Anlage einer Gleichspannung an die äußeren Wicklungen wirkt das System dann als Induktionskupplung. Bei einem Drehzahlunterschied zwischen Antriebs- und Abtriebsseite ändert sich der magnetische Fluss und induziert im Kurzschlusskäfig einen Strom, der die Mitnahme der Pole der elekt­ romagnetischen Wicklungen bewirkt.
Der innerhalb und/oder der außerhalb des Gehäuses (10) angeordnete Magnet (40, 50) kann auch so angeordnet sein, dass nur ein Pol (42, 43, 52, 53) in Richtung des nicht magnetisierbaren Bereichs (12) zeigt. Der Magnet (40, 50) ist dann z. B. parallel zu der Welle (23 bzw. 60) angeordnet, so dass der Pol (42, 43, 52, 53) nicht auf der Mittellinie der Welle (23, 60) liegt. Der in Richtung des nichtmagnetisierbaren Bereichs zeigende Pol (42, 43, 52, 53) des Magneten (40, 50) überstreicht während der Rotation der Welle (23, 60) mit seiner Kreisbahn die Rotationsachse des anderen magnetischen oder magnetisierbaren Bauteils (40, 50). Somit laufen die Rotationsbewegungen der Wellen (23, 60) gleichsinnig.
Die beiden Wellen (23, 60) können auch in einem Winkel zueinander angeordnet sein. Da sich bei einer solchen Anordnung die kürzesten Abstände der Pole (42, 53 bzw. 43, 52) während der Rotation ändert, ändert sich die Kraftwirkung der magnetischen und/oder magnetisierbaren Bauteile zueinander. Der Schlupf zwischen der Rotationsbewegung innerhalb des Gehäuses (10) und der Rotationsbewegung außerhalb des Gehäuses (10) ist nicht konstant.
Anstatt eines Elektromotors (20) kann beispielsweise auch ein hydraulischer oder pneumatischer Motor eingesetzt werden.
Das Gebläse (70) kann einen mehrflügeligen Propeller umfassen. Es kann z. B. als Axial- oder Radiallüfter ausgeführt sein.
Bezugszeichenliste
8
Spannungsquelle
10
Gehäuse
12
nicht magnetisierbarer Bereich, nicht magnetisierbare Gehäusewand
20
Elektromotor
23
Welle, Antriebswelle
24
freies Ende von (
23
)
30
Kältegeräteverdichter
40
Permanentmagnet innerhalb (
10
), Magnet, magnetisches oder magnetisierbares Bauteil
42
Nordpol von (
40
), magnetischer Pol
43
Südpol von (
40
), magnetischer Pol
50
Permanentmagnet außerhalb (
10
), Magnet, magnetisches oder magnetisierbares Bauteil
52
Nordpol von (
50
), magnetischer Pol
53
Südpol von (
50
), magnetischer Pol
56
Magnetfeld, Feld
60
Welle
64
Ende von (
60
)
70
Gebläse
80
Lagerung

Claims (10)

1. Antrieb eines Gebläses für die Belüftung eines Kältegeräteverdichters und eines Verflüssigers, bei dem der eine Antriebswelle treibende Antriebsmotor des Kälte­ geräteverdichters und der Kältegeräteverdichter innerhalb eines geschlossenen Gehäuses angeordnet sind und das Gebläse außerhalb dieses Gehäuses gelagert ist, dadurch gekennzeichnet,
dass die Antriebswelle (23) direkt oder indirekt mindestens ein innerhalb des Gehäuses (10) angeordnetes magnetisches oder magnetisierbares Bauteil (40) rotatorisch antreibt, so dass mindestens einer seiner magnetischen Pole (42, 43) auf einer Kreisbahn um den mit dem magnetischen oder dem magnetisierbaren Bauteil (40) verbundenen Teil der Welle (23) bewegt wird
dass außerhalb des Gehäuses (10) mindestens ein zweites an einer Welle (60) angebundenes magnetisches oder magnetisierbares Bauteil (50) angeordnet ist, das direkt oder indirekt mit einem rotatorisch bewegten Gebläse (70) verbunden ist, wobei mindestens einer der Pole (52, 53) des magnetischen oder magnetisierbaren Bauteils (50) auf einer Kreisbahn um die Welle (60) bewegt wird.
dass die magnetischen oder magnetisierbaren Bauteile (40, 50) innerhalb und außerhalb des Gehäuses (10) benachbart sind und durch eine nicht magnetisierbare Gehäusewand (12) getrennt sind,
dass mindestens eines der magnetischen oder magnetisierbaren Bauteile (40, 50) bei Betrieb ein Magnetfeld erzeugt.
2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellen (23, 60) annähernd fluchtend angeordnet sind.
3. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Bauteile (40, 50) permanentmagnetisch ist.
4. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Bauteile (40, 50) elektrisch magnetisierbar ist.
5. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse(70) ein Axialgebläse ist.
6. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse (70) einen mehrflügeligen Propeller umfasst.
7. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein dem nichtmagnetisierbaren Bereich (12) zugewandter Pol (42, 43, 52, 53) eines magnetischen oder magnetisierbaren Bauteils (40, 50) bei Rotation der mit ihm verbundene Welle (23, 60) den Mittelpunkt der jeweils anderen Welle (23, 60) überstreicht.
8. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht magnetisierbare Gehäusewand (12) aus dem Werkstoff X 5 CrNi 18 9 besteht.
9. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Pole (42, 43, 52, 53) innerhalb und außerhalb des Gehäuses (10) auf einer Ebene angeordnet sind.
10. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der nicht magnetisierbare Bereich (12) größer ist als die Fläche, die durch die Kreisbahn der am weitesten von den Wellen (23, 60) in einer Richtung parallel zum nichtmagnetisierbaren Bereich (12) entfernten Polen (42, 43, 52, 53) aufgespannt wird.
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