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Die
Erfindung betrifft einen Kältemittelverdichter, insbesondere
semi-hermetischen Kältemittelverdichter, mit mehreren sternförmig
um eine Kurbelwelle angeordneten Zylindern und einem Gehäuse,
das eine Bodenwand aufweist.
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Ein
derartiger Kältemittelverdichter ist beispielsweise aus
DD 64769 A bekannt.
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Ein
derartiger Kältemittelverdichter kann teilweise in erheblichem
Maße mechanisch belastet sein. Dies gilt insbesondere dann,
wenn als Kältemittel CO2 verwendet
wird, das mit hohen Drücken arbeitet. Hohe Belastungen
führen üblicherweise zu dem Risiko, dass ein Fehler
auftritt. Je früher man einen Fehler erkennt, desto kleiner
kann man die daraus resultierenden Schäden halten.
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Bei
Kältemittelverdichtern anderer Art ist es daher bekannt,
Sensoren vorzusehen, die unterschiedliche Messgrößen
erfassen. So zeigt beispielsweise
US 7 222 493 B2 ein Verdichter-Diagnosesystem
mit mehreren Sensoren, die im Verdichter verteilt angeordnet sind.
Bei dem in Frage stehenden Kältemittelverdichter handelt
es sich um einen so genannten „Scroll”-Kompressor.
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Ein
anderer ebenfalls als Scroll-Kompressor ausgebildeter Kältemittelverdichter
ist aus
US 2005/0196285
A1 bekannt. Auch hier sind mehrere Sensoren vorgesehen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Montage eines Kältemittelverdichters
einfach zu gestalten.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Kältemittelverdichter der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, dass die Bodenwand eine durch
ein Verschlusselement verschlossene Öffnung aufweist, wobei
das Verschlusselement mindestens einen Sensor einer Diagnoseanordnung
aufweist.
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Der
Sensor bildet dann Bestandteil eines Diagnose-Systems oder einer
Diagnoseanordnung, das zum einem verwendet werden kann, um einen Abschlusstest
des Verdichters in der Produktionslinie durchzuführen und
zum anderen im Betrieb Parameter zu erfassen, die auf Fehler oder
dergleichen überprüft werden können,
um eine Beschädigung des Kompressors zu verhindern oder
das Risiko von Schäden zu verringern, wenn der Kältemittelverdichter
in einer Kühlanlage eingebaut ist. Da der Sensor am Verschlusselement
der Öffnung in der Bodenwand angeordnet ist, wird der Sensor
beim Verschließen des Gehäuses, d. h. einem der
letzten Schritte der Montage, im Innern des Gehäuses montiert.
Man muss also zuvor bei der Montage des Kältemittelverdichters
keine Rücksicht darauf nehmen, diesen Sensor zu beschädigen.
Der Sensor wird sozusagen erst als letztes Bauelement eingesetzt.
Da er am Verschlusselement angeordnet ist, befindet er sich nach der
Montage des Verschlusselements an Ort und Stelle. Weitere Handhabungen
des Sensors sind nicht erforderlich. Der Sensor kann außerhalb
des Kältemittelverdichters am Verschlusselement vormontiert
werden. Dies betrifft beispielsweise die erforderliche Verdrahtung.
Auch dies erleichtert die Herstellung, weil die Vormontage des Sensors
am Verschlusselement außerhalb des Kältemittelverdichters
wesentlich einfacher ist als in den beengten Verhältnissen
innerhalb des Kältemittelverdichters.
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Vorzugsweise
ist der Sensor zumindest teilweise im Innern des Gehäuses
angeordnet. Damit ist er in der Lage, nach der erfolgten Montage
Messwerte im Inneren des Gehäuses zu erfassen.
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Bevorzugterweise
weist das Verschlusselement ein Schraubgewinde auf, das in ein Gegengewinde
in der Bodenwand eingeschraubt ist. Dies erleichtert die Montage.
Man kann das Verschlusselement quasi als Form eines Deckels in das
Gehäuse einschrauben. Auch lässt sich auf diese
Weise relativ leicht eine Dichtigkeit herstellen. Hierzu ist allenfalls eine
zusätzliche Dichtung erforderlich.
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Vorzugsweise
sind mehrere Sensoren am Verschlusselement angeordnet. Das Verschlusselement
kann relativ groß ge macht werden. Dies gilt insbesondere
dann, wenn man durch die Öffnung in der Bodenwand die Kurbelwelle
in den Verdichterblock des Kältemittelverdichters einsetzen
möchte. In diesem Fall muss die Öffnung so groß sein,
dass die Kurbelwelle mit Kurbelzapfen und ggfs. einer Durchmessererweiterung
durch die Öffnung passt. Entsprechend groß muss
das Verschlusselement sein. Bei einer entsprechenden Größe
lassen sich auch ohne Schwierigkeiten mehreren Sensoren dort unterbringen.
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Vorzugsweise
sind mehrere Sensoren auf einer Kreisbahn angeordnet. Damit ergibt
sich bei einem Verschlusselement, das in die Bodenwand eingeschraubt
wird, immer der gleiche radiale Abstand des Sensors von der Rotationsachse
des Verschlusselements. Wenn diese Rotationsachse beispielsweise
mit der Achse der Kurbelwelle übereinstimmt, dann erreicht
man auch immer den gleichen Abstand zwischen den entsprechenden
Sensoren und der Kurbelwelle. Damit lassen sich bei unterschiedlichen Kältemittelverdichtern
gleiche Messverhältnisse schaffen.
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Auch
ist von Vorteil, wenn ein Sensor zentrisch am Verschlusselement
angeordnet ist. Dieser Sensor befindet sich dann immer an der gleichen
Position, so dass man auch auf seine Winkellage keine Rücksicht
nehmen muss.
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Vorzugsweise
ist mindestens ein Sensor aus einer Gruppe von Sensoren ausgewählt,
die einen Temperatursensor, einen Füllstandsensor, einen Schwingungssensor
und einen Drucksensor aufweist. Derartige Sensoren sind für
die Fehlerüberwachung eines Kältemittelverdichters
günstig.
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Vorzugsweise
weist das Verschlusselement eine Heizeinrichtung auf. Die Heizeinrichtung
ist in der Lage, Öl, das im Innern des Gehäuses
in einem Ölsumpf vorrätig gehalten wird, zu beheizen
und damit auf eine erhöhte Temperatur zu bringen. Ein Öl mit
einer erhöhten Temperatur weist eine verringerte Viskosität
auf, so dass es leichter an die zu schmierenden Stellen vordringen
kann.
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Hierbei
ist besonders bevorzugt, dass die Heizeinrichtung als elektrische
Heizeinrichtung ausgebildet ist. Eine elektrische Heizeinrichtung
lässt sich leicht steuern. Auch ist ihr Betrieb ungefährlich.
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Vorzugsweise
weist das Verschlusselement einen Magnetabscheider auf. Der Magnetabscheider ist
in der Lage, Metallpartikel, die sich im Betrieb einer Kälteanlage
lösen können, aufzufangen, so dass die Gefahr
klein ist, dass derartige Metallpartikel mit dem Öl an
Positionen gelangen, die eigentlich geschmiert werden sollen. Je
weniger Fremdkörper im Schmieröl enthalten sind,
desto geringer ist der Verschleiß.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
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1 eine
Schnittansicht eines semi-hermetischen Kältemittelverdichters,
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2 ein
Verschlusselement in perspektivischer Darstellung und
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3 das
Verschlusselement in Seitenansicht.
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1 zeigt
einen semi-hermetischen Kältemittelverdichter 1 mit
einem Gehäuse 2, in dessen Unterteil 3 ein Ölsumpf 4 angeordnet
ist. Der Verdichter 1 weist einen Verdichterblock 5 auf,
in dem mehrere, im vorliegenden Fall drei Zylinder 6 sternförmig und
symmetrisch angeordnet sind, d. h. die Mittelachsen der Zylinder 6 haben
in Umfangsrichtung einen Abstand von 120°. In jedem Zylinder 6 ist
ein Kolben 7 angeordnet.
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Es
ist dargestellt, dass das Unterteil 3 des Gehäuses 2 einstückig
mit dem Verdichterblock 5 ausgebildet ist. Dies ist zwar
vorteilhaft, aber nicht zwingend. Man kann zwischen dem Unterteil 3 und dem
Verdichterblock 5 auch noch eine Unterteilung vornehmen.
Verdichterblock 5 und Unterteil 3 können als
Gussteile ausgebildet sein.
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Der
Verdichter 1 weist ferner einen elektrischen Motor 8 auf,
dessen Stator 9 in nicht näher dargestellter Weise
mit dem Verdichterblock 5 verbunden ist. Ferner weist der
Motor 8 einen Rotor 10 auf. Der Motor 8 kann
als permanentmagneterregter Synchronmotor ausgebildet sein, dessen
Rotor nicht näher dargestellte Permanentmagnete enthalten
kann.
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Eine
Kurbelwelle 11 ist im Verdichterblock 5 drehbar
gelagert. Die Lagerung erfolgt hierbei über ein erstes
Radiallager 12 am oberen Ende der Kurbelwelle, ein zweites
Radiallager 13 am unteren Ende der Kurbelwelle 11 und
ein Axiallager 14 ebenfalls am oberen Ende der Kurbelwelle 11.
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Auf
dem Axiallager 14 liegt ein Lagerelement 15 auf,
das über eine Feder 16 mit der Kurbelwelle 11 drehfest
verbunden ist. Die Kurbelwelle 11 ist mit Hilfe einer Schraube 17 gegen
eine Tragplatte 18 gehalten, die in Schwerkraftrichtung
oben auf dem Lagerelement 15 aufliegt. Somit ist die Kurbelwelle 11 gegenüber
dem Verdichterblock 5 in axialer Richtung positioniert.
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Die
Kurbelwelle 11 weist an ihrem unteren Ende eine Durchmesservergrößerung 19 auf.
Die Durchmesservergrößerung 19 geht über
einen konischen Bereich 20, der zwischen den beiden Radiallagern 12, 13 angeordnet
ist, in den verbleibenden Abschnitt der Kurbelwelle 11 über.
Zwischen den beiden Radiallagern 12, 13 umgibt
der Verdichterblock 5 die Kurbelwelle 11 mit einem
kleinen Abstand, so dass hier eine Öldruckkammer 21 ausgebildet
ist.
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Die
Kurbelwelle 11 weist an ihrem unteren Ende einen Kurbelzapfen 22 auf.
Die Kolben 7 stehen jeweils über eine Pleuelstange 23 mit
dem Kurbelzapfen 22 in Verbindung. Jede Pleuelstange 23 weist
einen Gleitschuh 24 auf, der an der Umfangsfläche
des Kurbelzapfens 22 anliegt. Die Gleitschuhe 24 sind
mit Hilfe eines Ringes 25 am Kurbelzapfen 22 gehalten.
Die Pleuelstange 23 ist dabei relativ zur axialen Mitte
des Kurbelzapfens 22 versetzt und zwar zur Richtung des
Radiallagers 13 hin, das auch kurz als ”Hauptlager” bezeichnet
wird. Der Ring 25 ist auf der dem Hauptlager 13 abgewandten
Seite der Pleuelstange 23 angeordnet. Der Ring 25 ist
mit mehreren Füßen 26 versehen, die sich
in axialer Richtung genauso weit nach unten erstrecken wie die Gleitschuhe 24.
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Am
unteren Ende des Kurbelzapfens 22 ist eine Ölpumpenanordnung 27 befestigt.
Die Ölpumpenanordnung 27 weist ein erstes Förderelement 28 auf,
das in den Ölsumpf 4 eintaucht, und am unteren Ende
eine Öffnung 29 aufweist, durch die Öl
in das Innere des ersten Förderelements 28 eintreten
kann. Das erste Förderelement weist, wie dies aus der Zeichnung
ersichtlich ist, am unteren Ende einen kleineren Durchmesser als
am oberen Ende auf. Wenn sich das erste Förderelement 28 dreht,
dann wird dementsprechend das im Inneren des ersten Förderelements
befindliche Öl durch die Zentrifugalkraft nach oben gefördert.
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Das
erste Förderelement 28 ist an seiner Oberseite
von einer als Platte ausgebildeten Abdeckung 30 abgedeckt.
Die Abdeckung 30 weist in einem Bereich unterhalb des Kurbelzapfens
eine Öffnung 31 auf. Im Übrigen erstreckt
sich die Abdeckung 30 soweit über die Stirnseite
des Kurbelzapfens 22 hinweg, dass das erste Förderelement 28,
das beispielsweise mit der Abdeckung 30 verklemmt, verschweißt
oder verklebt ist, mit Hilfe der Abdeckung 30 am Kurbelzapfen 22 befestigt
werden kann. Hierzu ist das Abdeckelement 30 mit Hilfe
von Schrauben 32, die in die Stirnseite des Kurbelzapfens 22 eingeschraubt
sind, mit dem Kurbelzapfen 22 verbunden.
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Zwischen
dem Abdeckelement 30 und dem Kurbelzapfen 22 ist
ein zweites Förderelement 33 angeordnet, das einen
radial verlaufenden Schlitz 34 aufweist.
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Ein Ölförderkanal 35 durchsetzt
die Durchmesservergrößerung 19 und zwar
exzentrisch zur Kurbelwellenachse 36. Mit anderen Worten
hat der Ölförderkanal 35 in radialer
Richtung einen vergleichsweise großen Abstand zur Kurbelwellenachse 36.
Der Schlitz 34 im zweiten Förderelement 33 erstreckt
sich von der Öffnung 31 in dem Abdeckelement 30 bis
zum Ölförderkanal 35. Öl, das
vom ersten Förderelement 28 und die Öffnung 31 in
den Schlitz 34 gelangt, wird daher mit einem relativ hohen Druck
in den Ölförderkanal 35 gedrückt,
der in Verbindung steht mit der Öldruckkammer 21.
Der Öldruck richtet sich natürlich auch nach der
Drehzahl der Kurbelwelle 11.
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Die Öldruckkammer 21 ist
geschlossen mit Ausnahme eines Entlüftungspfades, durch
den aber nur relativ wenig Öl, wenn überhaupt,
entkommen kann. Dementsprechend kann man im Ölkanal 35 und
auch in der Öldruckkammer 21 einen relativ großen Öldruck
aufbauen, der sicherstellt, dass die Radiallager 12, 13 und
das Axiallager 14 in ausreichender Weise geschmiert werden.
Ein Übertritt von Öl in die Umgebung findet praktisch
nicht statt. Dementsprechend ist das Risiko gering, dass sich das
austretende Öl mit Kältemittelgas mischt, das
im Innenraum 37 des Gehäuses 2 strömt.
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Vom Ölförderkanal 35 geht
ein erster Radialkanal 38 aus, der in der Umfangsfläche
des Kurbelzapfens 22 mündet und diese Umfangsfläche
des Kurbelzapfens 22 mit Öl unter einem gewissen
Druck versorgt, so dass die Berührungsstellen zwischen dem
Kurbelzapfen 22 und den Gleitschuhen 24 geschmiert
werden. Ein zweiter Radial kanal 39 mündet im Bereich
des Hauptlagers 13, so dass das Hauptlager 13 nicht
nur von Öl aus der Öldruckkammer 21 geschmiert
wird, sondern auch direkt aus dem Ölförderkanal 35.
Alternativ kann man auch andere Fräsungen anbringen, um Ölkanäle
zu erzeugen.
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Die
Kurbelwelle 11 weist in ihrer axialen Mitte einen Gaskanal 40 auf,
der an der unteren Stirnseite der Kurbelwelle 11 in den
Innenraum 37 des Gehäuses 2 mündet.
Der Kurbelzapfen 22 ist dabei so angeordnet, dass er die
Mündung des Gaskanals 40 vollkommen frei lässt.
Der Gaskanal 40 ist mit der Öldruckkammer 21 über
eine Radialbohrung 41 verbunden.
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In
nicht näher dargestellter Weise ist im ersten Radiallager 12 und
im Axiallager 14 jeweils eine kleine Nut vorgesehen, durch
die Öl aus der Öldruckkammer 21 hindurchfließen
kann. Der Querschnitt dieser Nuten ist aber relativ klein, so dass
diese Nuten dem Öl einen erheblichen Widerstand entgegensetzen.
Diese Nuten können zusätzlich oder alternativ
zum Gaskanal 40 vorgesehen sein. Zusätzlich oder
anstelle der Nuten kann man auch Abfräsungen an der Kurbelwelle
verwenden, um eine oder mehrere Abflachungen zu bilden, die dann
als Entlüftungskanal verwendet werden.
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Bei
Betriebsbeginn befindet sich im Ölkanal 35 und
in der Öldruckkammer 21 in der Regel kein Öl, sondern
Gas, beispielsweise Kältemittelgas. Auch im Betrieb kann
es vorkommen, dass Kältemittelgas aus dem Öl ausgast,
so dass Gasblasen im Öl entstehen, die die Schmierfähigkeit
des Öls negativ beeinflussen könnten. Diese Gasblasen
werden durch das Öl in die Radialbohrung 41 ver drängt
und können dann durch den Gaskanal 40 in den Innenraum 37 abfließen. Öl
kann hingegen durch die Radialbohrung 41 nicht abfließen,
weil es durch die Zentrifugalkraft, die bei einer Rotation der Kurbelwelle 11 auf
das Öl wirkt, nicht nach innen gedrückt werden
kann. Dementsprechend bilden der Gaskanal 40 mit der Radialbohrung 41 einen
Entlüftungspfad, durch den praktisch kein Öl aus
der Öldruckkammer 21 in die Umgebung entkommen
kann.
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Auch
bei der alternativen Ausbildung des Entlüftungspfades mit
den Nuten im ersten Radiallager 12 und im Axiallager 14 kann
praktisch kein Öl aus der Öldruckkammer 21 unkontrolliert
in die Umgebung entweichen. Zum Einen haben die Nuten, wie erwähnt,
einen so geringen Querschnitt, dass sie dem Öl einen erheblichen
Widerstand entgegensetzen. Zum Anderen müsste das Öl
praktisch eine rechtwinklige Richtungsänderung durchführen,
was ebenfalls zu einer Erhöhung des Strömungswiderstandes
beiträgt. Für Kältemittelgas, das sich
in der Öldruckkammer 21 ansammelt, ist dieser
Strömungswiderstand jedoch geringer, so dass das Kältemittelgas
durch diese Art des Entlüftungspfades leicht entweichen
kann. Sollte Öl durch diesen Entlüftungspfad mit
entweichen, dann befindet es sich im Inneren des Rotors 10,
von wo aus es auf die Oberseite des Verdichterblocks 5 laufen
und dann durch Ölöffnungen 42 in den Ölsumpf 4 abfließen
kann.
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Das
Unterteil 3 des Gehäuses 2 weist eine Montageöffnung 43 auf,
die durch ein Verschlusselement 44 verschlossen ist. Das
Verschlusselement 44 ist in das Unterteil 3 eingeschraubt.
Die Montageöffnung 43 hat eine solche Größe,
dass die Kurbelwelle 11 mit Durchmesservergrößerung 19 und
Kurbelzapfen 22 vom Unterteil 3 her in den Verdichterblock 5 eingesetzt
werden kann. Das Verschlusselement 44 ist dabei in die
Montageöffnung 43 eingeschraubt.
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Das
Unterteil 3 weist eine Bodenwand 49 auf, in der
die Montageöffnung 43 angeordnet ist. Die Bodenwand 49 ist
dabei die Wand des Unterteils 3, die im Betrieb in Schwerkraftrichtung
unten angeordnet ist.
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Das
Verschlusselement 44 ist, wie oben erwähnt, in
die Bodenwand 49 eingeschraubt. Es weist mehrere Sensoren 50–53 auf.
Wenn das Verschlusselement 44 in die Montageöffnung 43 eingeschraubt ist,
dann befinden sich die Sensoren 50–53 im
Inneren des Gehäuses 2. Die Sensoren 50–53 befinden sich
sogar innerhalb des Ölsumpfs 4.
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Das
Verschlusselement 44 weist zur Befestigung in der Bodenwand 49 ein
Schraubgewinde 55 auf, das in ein entsprechendes Innengewinde
in der Bodenwand 49 eingeschraubt ist. Eine in eine dem Außengewinde
benachbarte Nut 56 eingelegte Dichtung dichtet zwischen
dem Verschlusselement 44 und der Außenseite der
Bodenwand 49. Dabei ist prinzipiell nur eine Dichtigkeit
für das Öl aus dem Ölsumpf 4 erforderlich.
Kältemittelgas wird aufgrund des Ölsumpfs 4 nicht
bis zu dem Verschlusselement 44 gelangen. Gleichwohl kann
die in der Nut 56 eingelegte Dichtung auch eine Gasdichtigkeit
sicherstellen.
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Das
zum Einschrauben des Verschlusselements 44 in die Montageöffnung 43 erforderliche
Moment kann über Dreh momentangriffsflächen 57 in das
Verschlusselement 44 eingeleitet werden, beispielsweise
mit einem geeigneten Werkzeug, das in die als Vertiefungen ausgebildete
Drehmomentangriffsflächen 57 eingreifen kann.
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Die
Sensoren 50–53 können unterschiedliche
Messwerte erfassen. Sie können als Temperatursensor, als
Füllstandsensor, als Schwingungssensor und als Drucksensor
ausgebildet sein.
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Zusätzlich
kann das Verschlusselement 44 noch eine Heizeinrichtung 54 aufweisen,
die als elektrische Heizeinrichtung ausgebildet ist. Mit der Heizeinrichtung 44 kann
das Öl im Ölsumpf 4 beheizt werden, um
es auf eine gewünschte Betriebstemperatur zu bringen.
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Der
Sensor 52 ist etwa zentrisch am Verschlusselement 44 angeordnet,
während die Sensoren 50, 51, 53 auf
einer gemeinsamen Kreisbahn am Verschlusselement angeordnet sind.
Auf diese Weise spielt die Drehwinkellage des Verschlusselements 44 gegenüber
dem Unterteil 3 praktisch keine Rolle. Der Abstand der
Sensoren 50–53 zur Kurbelwelle 11 ist
in allen Fällen der gleiche.
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Das
Verschlusselement 44 kann weiterhin einen Magnetabscheider 58 aufweisen.
Der Magnetabscheider 58 kann beispielsweise ebenfalls elektrisch betrieben
werden. Er sorgt dafür, dass Eisenpartikel, die sich möglicherweise
im Ölsumpf 4 befinden, eingefangen werden, so
dass sie nicht mit dem Öl zusammen an die zu schmierenden
Positionen befördert werden können.
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Zu
Wartungszwecken ist es relativ einfach, den Magnetabschneider 58 mit
dem Verschlusselement 44 aus der Bodenwand 49 des
Gehäuses 2 herauszuschrauben und zu säubern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DD 64769 A [0002]
- - US 7222493 B2 [0004]
- - US 2005/0196285 A1 [0005]