DE102008024671B4

DE102008024671B4 - Kältemittelverdichteranordnung

Info

Publication number: DE102008024671B4
Application number: DE102008024671.9A
Authority: DE
Inventors: Frank Holm Iversen; Heinz Otto Lassen; Marten Nommensen; Ekkehard Handke
Original assignee: Secop GmbH
Current assignee: Secop GmbH
Priority date: 2008-05-21
Filing date: 2008-05-21
Publication date: 2015-10-08
Anticipated expiration: 2028-05-22
Also published as: DE102008024671A1

Abstract

Kaltemittelverdichteranordnung mit einem einen Stator und einen Rotor aufweisenden elektrischen Motor und einem Verdichterblock, der eine Zylindereinheit aufweist, wobei die Zylindereinheit auf einem Trager angeordnet ist, der mit dem Stator verbunden ist, wobei der Träger ein mit dem Stator verbundenes Trägerelement und ein mit der Zylindereinheit verbundenes Verstärkungselement aufweist, wobei das Trägerelement und das Verstärkungselement entlang der Achse des Rotors hintereinander angeordnet und miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (15) eine Lagerschale (25) für ein Kalottenlager bildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kältemittelverdichteranordnung mit einem einen Stator und einen Rotor aufweisenden elektrischen Motor und einem Verdichterblock, der eine Zylindereinheit aufweist, wobei die Zylindereinheit auf einem Träger angeordnet ist, der mit dem Stator verbunden ist.
Eine derartige Kältemittelverdichteranordnung ist beispielsweise aus US 6 095 768 A bekannt. Der Träger liegt hierbei auf einem Gehäuse auf, das mit dem Stator verbunden ist.
Eine weitere derartige Kältemittelverdichteranordnung ist aus EP 0 524 552 A1 bekannt. Der Träger ist hierbei mit vier Beinen versehen, die jeweils abgewinkelte Füße aufweisen. Jeder Fuß steht auf dem Blechpaket des Stators auf und ist dort festgeschraubt.
Eine weitere Kältemittelverdichteranordnung einer ähnlichen Ausgestaltung ist aus US 7 244 109 B2 bekannt. Der Träger ist hier mit zwei einander gegenüberliegenden, abgewinkelten Beinen versehen, die in Füße übergehen. Die beiden Füße stehen auf der Oberseite des Stator-Blechpakets auf und sind dort festgeschraubt.
In allen Fällen ist der Träger relativ massiv ausgebildet. Dies bedeutet zum Einen einen relativ großen Aufwand bei der Herstellung, weil relativ dicke Materialstärken verformt werden müssen. Zum Anderen ergibt sich hierdurch eine relativ große Masse.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Masse einer Kältemittelverdichteranordnung klein zu halten.
Diese Aufgabe wird bei einer Kältemittelverdichteranordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Träger ein mit dem Stator verbundenes Trägerelement und ein mit der Zylindereinheit verbundenes Verstärkungselement aufweist, wobei das Trägerelement und das Verstärkungselement entlang der Achse des Rotors hintereinander angeordnet und miteinander verbunden sind, wobei das Verstärkungselement eine Lagerschale für ein Kalottenlager bildet.
Mit dieser Ausgestaltung kann man die Masse des Trägers vermindern. Man kann das Trägerelement auf die Befestigung am Stator hin dimensionieren und das Verstärkungselement auf die Befestigung der Zylindereinheit hin. Dementsprechend muss man auch nur dort Material vorsehen, wo es für den entsprechenden Anwendungszweck erforderlich ist. Darüber hinaus kann man durch die Verwendung von zwei Elementen, die zusammengesetzt sind, akustische Vorteile erreichen, indem man beispielsweise die Eigenfrequenz des zusammengesetzten Trägers aus dem hörbaren Bereich heraus verschiebt und Vibrationen dämpft.
Bevorzugterweise sind das Trägerelement und das Verstärkungselement als Blechformteile ausgebildet. Blechformteile lassen sich mit der notwendigen Genauigkeit preisgunstig herstellen. Als Ausgangsmaterial dient ein einfaches Blech, das nur entsprechend gestanzt und umgeformt werden muss.
Hierbei ist bevorzugt, dass das Trägerelement eine geringere Materialstärke als das Verstärkungselement aufweist. Das Trägerelement dient nur für die Verbindung zum Stator und kann deswegen mit einer relativ geringen Materialstärke dimensioniert werden. Die mechanische Festigkeit kann man durch eine entsprechende Formgebung erreichen. Das Verstärkungselement nimmt hingegen die Zylindereinheit auf, in der im Betrieb die Arbeitsdrücke erzeugt werden, wobei entsprechende Kräfte wirken. Das Verstarkungselement wird dementsprechend mit einer etwas dickeren Materialstärke ausgeführt.
Bevorzugterweise weisen das Verstärkungselement und das Trägerelement eine Kaltumform-Fügeverbindung auf. Eine derartige Kaltumform-Fügeverbindung, beispielsweise eine Tox- oder Clinch-Verbindung, kommt ohne Hilfsfügeteile aus. Thermische Belastungen auf das Trägerelement und das Verstärkungselement werden klein gehalten. Eine derartige Verbindung lässt sich auch dann herstellen, wenn das Trägerelement bereits relativ zum Stator ausgerichtet ist. In diesem Fall kann man das Verstärkungselement nach der Ausrichtung des Trägerelements zum Stator gegenüber dem Trägerelement in gewissen renzen verschieben, bevor es mit dem Trägerelement verbunden wird. Auf diese Weise kann man bestimmte Elemente der Kältemittelverdichteranordnung mit einer relativ hohen Genauigkeit relativ zueinander ausrichten, um einen geringen Verschleiß in den Lagern und einen gleichmäßigen Luftspalt zwischen Rotor und Stator zu erhalten.
Vorzugsweise bildet das Verstärkungselement eine Wanne. Dementsprechend hat das Verstärkungselement zusätzlich zu der Funktion, die Zylindereinheit zu tragen, eine Olauffangfunktion. Im Betrieb einer Kältemittelverdichteranordnung wird üblicherweise im Inneren einer Kapsel, die die Kältemittelverdichteranordnung umschließt, Öl versprüht. Dieses Öl wird nun durch das Verstärkungselement aufgefangen. Man kann dadurch verhindern, dass dieses Öl in den Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator gelangt. Andererseits kann man sicherstellen, dass das aufgefangene Öl zur Schmierung von bewegten Teilen verwendet wird, die an dem Verstärkungselement angeordnet sind.
Dies gilt insbesondere dann, wenn das Verstärkungselement eine Lagerschale für ein Kalottenlager bildet. In diesem Fall kann das Öl, das in der Wanne des Verstärkungselements gesammelt ist, das Kalottenlager schmieren.
Vorzugsweise ist in der Lagerschale ein Lagerelement angeordnet, das durch eine am Verstärkungselement befestigte Klemmbrille in der Lagerschale festgelegt ist. Das Lagerelement ist als Kalottenring ausgebildet. Dadurch, dass das Lagerelement nicht starr in dem Verstärkungselement gelagert ist, sondern eine gewisse Winkelbeweglichkeit aufweist, kann sich das Lagerelement automatisch bei der Fertigung winkelmäßig so ausrichten, dass die Rotorwelle eine gewünschte Position einnimmt.
Bevorzugterweise ist zwischen dem Verstärkungselement und dem Trägerelement eine die Lagerschale umgebende Dichtung angeordnet. Das Öl, das in der Wanne des Verstärkungselements gesammelt wird, kann dann allenfalls durch das Lager und das Lagerelement abfließen, gelangt aber nicht unkontrolliert in den Bereich zwischen dem Stator und dem Rotor.
Vorzugsweise weist das Verstärkungselement radial außerhalb der Dichtung mindestens eine Öldurchtrittsöffnung auf. Durch diese Öldurchtrittsöffnung kann das Öl dann in einen Zwischenraum zwischen dem Verstärkungselement und dem Trägerelement gelangen und, wenn zu viel Öl ansteht, von dort abfließen. Ein Ölstau wird dadurch mit hoher Zuverlässigkeit vermieden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zwischen dem Trägerelement und dem Verstärkungselement mindestens ein Abstandshalter vorgesehen ist. Ein derartiger Abstandshalter kann beispielsweise aus dem Trägerelement oder dem Verstärkungselement herausgebogen werden. Da das Trägerelement mit einer geringeren Wandstärke versehen ist, ist es von Vorteil, den Abstandshalter aus dem Trägerelement herauszubiegen. Der Abstandshalter sorgt dafür, dass immer ein ausreichend großer Spalt für den Abfluss des Öls zur Verfügung steht.
Bevorzugterweise weist das Verstärkungselement vom Stator weg gebogene Abschnitte auf, die als Transportsicherung dienen. Diese vom Stator weg gebogenen Abschnitte wirken dann mit Anschlägen in der Kapsel, die beispielsweise durch Einprägungen gebildet worden sind, zusammen, um zu verhindern, dass die Zylindereinheit mit der Kapsel in Kontakt kommt.
Vorzugsweise weist das Tragerelement radial abstehende Flansche mit Anlageflächen auf, die auf dem Stator aufliegen. Die Fixierung am Stator erfolgt beispielsweise durch Festschweißen des Trägerelements am Stator im Bereich dieser Flansche oder im Bereich dieser Anlageflächen.
Vorzugsweise weist das Trägerelement auf der der Zylindereinheit abgewandten Seite mindestens eine Kabeldurchführöffnung auf. Die Kabeldurchführöffnung ermöglicht es, dass das Trägerelement einerseits weitgehend auf dem Statorblechpaket oder dem Korpus des Stators aufliegt, andererseits aber eine elektrische Versorgung des Motors sichergestellt ist.
Vorzugsweise weist das Verstärkungselement eine muldenförmige Aufnahme für die Zylindereinheit auf, deren Krümmungsradius an den Krümmungsradius einer äußeren Montagehülse der Zylindereinheit angepasst ist. Durch die Aufnahme wird die Montagehülse der Zylindereinheit und damit die Zylindereinheit insgesamt seitlich auf dem Verstärkungselement fixiert. Die Montagehülse kann allerdings noch in gewissen Grenzen in ihrer Axialrichtung verschoben werden, so dass man bei der Montage noch den Totraum im Zylinder einstellen kann. Nach der Einstellung des Totraumes kann man dann die Montagehülse mit dem Zylinder am Verstärkungselement befestigen.
Hierbei ist bevorzugt, dass die Montagehülse aus ihrer Mantelfläche herausgebogene Flansche aufweist, die mit der Aufnahme benachbarter Befestigungsflächen verbunden sind. Die Montagehülse weist also ”Flügel” auf, die unter einem vorbestimmten Winkel abstehen können und erst nach dem Befestigen parallel auf den Befestigungsflächen am Verstärkungselement anliegen. Vor dem Verbinden ist, wie erwähnt, ein axiales Verschieben möglich, um eine Totraumeinstellung zu bewirken.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
1 eine schematische Schnittansicht einer Kältemittelverdichteranordnung im Ausschnitt und
2 eine Explosionsansicht eines Teils der Kältemittelverdichteranordnung.
Eine Kältemittelverdichteranordnung 1 weist einen Motor 2 mit einem Stator 3 und einem Rotor 4 auf. Der Rotor 4 ist drehfest mit einer Rotorwelle 5 verbunden, die an ihrem unteren Ende eine Ölpumpe und an ihrem oberen Ende einen Kurbelzapfen 7 aufweist.
Der Kurbelzapfen 7 ist über eine Pleuelstange 8 mit einem Kolben 9 verbunden, der in einem Zylinder 10 hin und her bewegbar ist. Der Zylinder 10 ist in einer Montagehülse 11 angeordnet. Der Zylinder 10 und die Montagehülse 11 bilden eine Zylindereinheit 12, die auch einen Zylinderkopf 13 umfasst, der hier nur schematisch dargestellt ist.
Eine Verbindung zwischen der Zylindereinheit 12 und dem Motor 2 wird über einen Trager realisiert, der im vorliegenden Fall ein Trägerelement 14 und ein Verstärkungselement 15 aufweist.
Das Trägerelement 14 weist, wie dies auch in 2 zu erkennen ist, vier Flansche 16 auf, die mit einer Anlagefläche 17 auf einer Stirnseite des Stators 3 aufliegen. Laschen 18, die zur Anlagefläche 17 abgewinkelt sind, sorgen dafür, dass das Trägerelement 14 auf dem Stator 3 unverschiebbar gehalten ist. Die Flansche 16 können dann mit dem Stator 3 verschweißt werden oder auf andere Weise mit dem Stator 3 verbunden werden.
Das Trägerelement 14 weist eine Kabeldurchführöffnung 19 auf, durch die eine elektrische Versorgungsleitung 20 für den Motor 2 geführt ist.
Das Verstärkungselement 15 bildet, wie dies in 2 zu erkennen ist, eine Wanne 21. In dieser Wanne 21 wird Öl gesammelt, das im Betrieb durch die Ölpumpe nach oben gefördert und im Inneren einer nicht naher dargestellten Kapsel, in der die Kältemittelverdichteranordnung 1 angeordnet ist, versprüht wird. Dieses Öl kann durch eine Öldurchtrittsöffnung 22 in einen Spalt 23 zwischen dem Trägerelement 14 und dem Verstärkungselement 15 gelangen und von dort nach außen abfließen. Dieser Spalt 23 wird durch einen Abstandshalter 24 offen gehalten, der aus dem Trägerelement 14 herausgeformt ist.
Das Trägerelement 14 und das Verstärkungselement 15 sind als Blechformteile ausgebildet, d. h. sie werden in einem oder mehreren Arbeitsgängen durch Stanzen und Biegen aus Blechplatten gefertigt. Dabei verwendet man für das Trägerelement 14 ein Blech mit einer geringeren Materialstärke als für das Verstärkungselement 15.
Das Verstärkungselement 15 bildet eine Lagerschale 25 für einen Kalottenring 26, in dem die Rotorwelle 5 gelagert ist. Der Kalottenring 26 weist eine Umfangsfläche auf, die einen Teil einer Kugelfläche bildet. Die Lagerschale 25 weist eine Innenfläche auf, die ebenfalls einen Teil einer Kugelfläche bildet. Die Kugelfläche für den Kalottenring 26 hat einen etwas kleineren Radius als die Kugelflache für die Lagerschale 25. Der Kalottenring 26 wird durch eine Klemmbrille 27 in der Lagerschale 25 gehalten. Die Klemmbrille 27 verhindert, dass sich der Kalottenring 26 aus der Lagerschale 25 herausbewegt. Er lässt aber eine gewisse Kippbeweglichkeit des Kalottenrings 26 zum Verstärkungselement 15 zu.
Eine Dichtung 28 ist zwischen dem Verstärkungselement 15 und dem Trägerelement 14 angeordnet und umgibt die Lagerschale 25. Dementsprechend kann Öl, das sich in der Wanne 21 sammelt, zwar den Kalottenring 26 schmieren. Öl, das durch die Öldurchtrittsöffnung 22 in den Spalt 23 zwischen dem Verstärkungselement 15 und dem Trägerelement 14 gelangt, kann aber wegen der Dichtung 28 nicht unkontrolliert in den Bereich zwischen dem Stator 3 und dem Rotor 4 gelangen, so dass es auch nicht in einen Luftspalt 29 zwischen dem Stator 3 und dem Rotor 4 gelangen kann.
Wie insbesondere aus 2 zu erkennen ist, weist das Verstärkungselement 15 eine muldenförmige Aufnahme 30 für die Montagehülse 11 auf. Der Aufnahme 30 benachbart sind Befestigungsflächen 31, 32. Die Aufnahmehülse 11 weist aus ihrer Mantelfläche herausgebogene Flansche 33, 34 auf. Diese Flansche 33, 34 können, wenn die Montagehülse 11 noch nicht mit dem Verstärkungselement 15 verbunden ist, einen stumpfen Winkel miteinander einschließen. Wenn die Montagehülse 11 in die Aufnahme 30 eingesetzt wird und mit einer gewissen Kraft in die Aufnahme 30 eingedrückt wird, dann richten sich die Flansche 33, 34 parallel zu den Befestigungslaschen 31, 32 aus. In diesem Zustand können die Flansche 33, 34 dann durch toxen oder clinchen mit den Befestigungsflächen 31, 32 verbunden werden. Die Montagehülse 11 mit dem darin befindlichen Zylinder 10 kann, bevor die Flansche 33, 34 mit den Befestigungsflächen 31, 32 verbunden werden, in Axialrichtung in gewissen Grenzen noch verschoben werden, so dass man auf diese Weise den Totraum einstellen kann, der letztendlich in dem oberen Totpunkt des Kolbens 9 noch verbleibt. Dieser Totraum sollte möglichst klein gemacht werden.
Durch die Verwendung der Aufnahme 30, deren Innendurchmesser dem Außendurchmesser der Montagehülse 11 entspricht, wird die Zylindereinheit 12 sehr stabil in einer axialen Ausrichtung gehalten. Dies vermindert den Verschleiß. Gleichzeitig ist der für ihre Befestigung auf dem Verstärkungselement 15 zu treibende Aufwand außerordentlich gering.
Auch die Verbindung zwischen dem Trägerelement 14 und dem Verstärkungselement 15 kann durch ein Kaltumform-Fügeverfahren, z. B. Toxen oder Clinchen, hergestellt werden. Dementsprechend kann man so vorgehen, dass man zunächst das Trägerelement 14 relativ zum Stator 3 ausrichtet und dann das Verstärkungselement 15 so gegenüber dem Trägerelement 14 positioniert, dass später der Luftspalt 29 in Umfangsrichtung konstant ist.
Zum Ausrichten und zum Verbinden von Trägerelement 14 und Verstärkungselement 15 kann man auch einen nicht näher dargestellten ”Dummy”-Stator verwenden, zu dem das Trägerelement 14 ausgerichtet wird. Der ”Dummy”-Stator erlaubt eine Einführung der Tox-Werkzeuge.
Das Verstärkungselement 15 weist zusätzlich vom Stator weg gebogene Abschnitte 35 auf, die als Transportsicherungen dienen, in dem sie mit Anschlägen in der Verdichterkapsel zusammenwirken, die beispielsweise durch Eindrückungen gebildet sind.
Durch diese Ausgestaltung wird die Masse des Zylinderblocks mit der Zylindereinheit 12, dem Trägerelement 14 und dem Verstärkungselement 15 vermindert gegenüber einer Ausgestaltung, bei der Verstärkungselement 15 und Trägerelement 14 durch ein einziges Teil ersetzt sind. Die so gebildete Sandwich-Konstruktion mit der Dichtung 28 zwischen dem Verstärkungselement 15 und dem Trägerelement 14 bietet akustische Vorteile, weil die Eigenfrequenz dieser Sandwich-Konstruktion aus dem hörbaren Bereich heraus verschoben wird und Vibrationen gedämpft werden können. Die Dichtung 28 hat also neben der reinen Dichtungsfunktion auch noch die Funktion eines Schwingungsdämpfers. Die Aufteilung zwischen Trägerelement 14 und Verstärkungselement 15 ermöglicht eine genaue Ausrichtung des Verstärkungselements mit dem oberen Lager der Kurbelwelle 5 in Bezug auf den Stator, also eine Optimierung des Luftspalts 29. Das Verstärkungselement 15 kann dazu nach der Ausrichtung des Trägerelements 14 zum Stator 3 gegenüber dem Trägerelement 14 in vorgegebenen Grenzen verschoben werden, bevor es fest mit dem Trägerelement 14 verbunden wird.

Claims

Kaltemittelverdichteranordnung mit einem einen Stator und einen Rotor aufweisenden elektrischen Motor und einem Verdichterblock, der eine Zylindereinheit aufweist, wobei die Zylindereinheit auf einem Trager angeordnet ist, der mit dem Stator verbunden ist, wobei der Träger ein mit dem Stator verbundenes Trägerelement und ein mit der Zylindereinheit verbundenes Verstärkungselement aufweist, wobei das Trägerelement und das Verstärkungselement entlang der Achse des Rotors hintereinander angeordnet und miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (15) eine Lagerschale (25) für ein Kalottenlager bildet.
Kältemittelverdichteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (14) und das Verstärkungselement (15) als Blechformteile ausgebildet sind.
Kältemittelverdichteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (14) eine geringere Materialstärke als das Verstärkungselement (15) aufweist.
Kältemittelverdichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (15) und das Trägerelement (14) eine Kaltumform-Fügeverbindung aufweisen.
Kältemittelverdichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (15) eine Wanne (21) bildet.
Kältemittelverdichteranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Lagerschale (25) ein Lagerelement (26) angeordnet ist, das durch eine am Verstärkungselement (15) befestigte Klemmbrille (27) in der Lagerschale (25) festgelegt ist.
Kältemittelverdichteranordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verstärkungselement (15) und dem Trägerelement (14) eine die Lagerschale (25) umgebende Dichtung (28) angeordnet ist.
Kältemittelverdichteranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (15) radial außerhalb der Dichtung (28) mindestens eine Öldurchtrittsöffnung (22) aufweist.
Kältemittelverdichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Trägerelement (14) und dem Verstärkungselement (15) mindestens ein Abstandshalter (24) vorgesehen ist.
Kältemittelverdichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (15) vom Stator (3) weg gebogene Abschnitte (35) aufweist, die als Transportsicherung dienen.
Kältemittelverdichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragerelement (14) radial abstehende Flansche (16) mit Anlageflächen (17) aufweist, die auf dem Stator (3) aufliegen.
Kältemittelverdichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (14) auf der der Zylindereinheit (12) abgewandten Seite mindestens eine Kabeldurchführöffnung (19) aufweist.
Kältemittelverdichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (15) eine muldenförmige Aufnahme (30) für die Zylindereinheit (12) aufweist, deren Krümmungsradius an den Krümmungsradius einer äußeren Montagehülse (11) der Zylindereinheit (12) angepasst ist.
Kältemittelverdichteranordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Montagehülse (11) aus ihrer Mantelfläche herausgebogene Flansche (33, 34) aufweist, die mit der Aufnahme (30) benachbarter Befestigungsflächen (31, 32) verbunden sind.