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Die Erfindung betrifft einen hermetisch gekapselten Kältemittelverdichter mit einem Verdichterblock und einem elektrischen Motor, der einen Stator und einen Rotor aufweist, der als Außenläufer ausgebildet ist, wobei in einer zentrischen Öffnung des Stators eine Lagerbuchse für eine Welle angeordnet ist, die mit dem Rotor drehfest verbunden ist, wobei die Welle an einem, dem Verdichterblock zugewandten Ende, mit einem exzentrischen Kurbelzapfen verbunden ist.
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Der exzentrische Kurbelzapfen dient bei derartigen Kältemittelverdichtern zum Antreiben einer Kurbel-Zylinder-Einheit, die im Verdichterblock angeordnet ist.
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Kältemittelverdichter werden beispielsweise in Kühlmöbeln wie Tiefkühltruhen oder Kühlschränken eingesetzt. Um den Bauraumbedarf möglichst gering zu halten, soll die Bauhöhe der Kältemittelverdichter möglichst gering sein. Daher ist eine geringe Bauhöhe des elektrischen Motors erforderlich.
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Es ist bekannt, Außenläufermotoren zu verwenden, also Motoren, die einen innen liegenden Stator haben, um den ein außen liegender Rotor rotiert. Der feststehende Stator weist dabei eine zentrische, durchgehende Öffnung auf, in der eine Lagerbuchse angeordnet, die mit dem Verdichterblock verbunden ist oder als Teil des Blocks ausgebildet ist. Der Stator wird dann über diese Lagerbuchse am Verdichterblock gehalten. Eine derartige Ausbildung ist beispielsweise in
DE 33 18 921 C2 oder in
WO 91/15025 beschrieben.
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Bei diesen bekannten Kältemittelverdichtern müssen durch die Lagerbuchse nicht nur axiale Kräfte aufgenommen werden, sondern auch seitlich wirkende Kräfte, die aufgrund der exzentrischen Lagerung des Kurbelzapfens und der Arbeitsweise der Kolben-Zylinder-Einheit insbesondere beim Kompressionshub auftreten. Diese Kräfte, die senkrecht zur Antriebswelle wirken, müssen voll von dem Lager aufgenommen werden. Das Lager wird dadurch auch auf Biegung belastet.
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Diese erhöhte Belastung führt zu einem Verschleiß in der Lagerbuchse und vor allem im Zapfenlager und erfordert eine übermäßige Dimensionierung der Lagerbuchse bzw. des Verdichterblocks. Dementsprechend muss für die Lagerbuchse bzw. den Verdichterblock ein größerer Bauraum zur Verfügung stehen. Zusätzlich sind die Kosten für derartige Lager relativ hoch.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Lagerbelastungen zu verringern.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Kältemittelverdichter der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Verdichterblock an mindestens einem Stützpunkt axial am Stator abgestützt ist.
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Durch diese Ausgestaltung wird verhindert, dass die über ein Trägerelement mit dem Verdichterblock verbundene Lagerbuchse, die als Radiallager dient, durch senkrecht zur Wellenachse wirkende Kräfte, die beispielsweise während des Kompressionshubes auf das Lager ausgeübt werden, aus ihrer optimalen Position verschoben oder gar deformiert wird. Insbesondere eine Biegebeanspruchung der Lagerbuchse und des Trägerelements werden verhindert. Die Belastungen des Radiallagers und des Zapfenlagers werden also verringert. Auf den Stator ausgeübte Seitenkräfte werden dann durch den Stützpunkt aufgenommen, so das Position und Form des Radiallagers und des Trägerelements nicht verändert werden. Dadurch ist es möglich, die Lagerbuchse und das Trägerelement geringer zu dimensionieren, was zum einen zu einer Einsparung an Bauraum und zum anderen zu einer Kosteneinsparung führt.
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Der Verdichterblock weist üblicherweise eine Kolben-Zylinder-Einheit mit einem Zylinder und einem darin geführten Kolben auf, der über eine Pleuelstange mit dem Kurbelzapfen verbunden ist. Bei einer Rotation der Welle erfolgt eine exzentrische Drehbewegung des Kurbelzapfens, die über die Pleuelstange auf den Kolben übertragen wird, der daraufhin eine lineare Hin- und Herbewegung innerhalb des Zylinders ausübt. Der Kolben führt also abwechselnd einen Kompressionshub und einen Entspannungshub durch. Während des Kompressionshubs treten dabei relativ hohe Seitenkräfte auf. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung werden diese Kräfte durch den Stator aufgenommen und nicht, wie bei den bisherigen Kältemittelverdichtern, alleine durch das Radiallager bzw. die Lagerbuchse. Diese kann daher entsprechend geringer dimensioniert werden.
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Bevorzugterweise ist der Stützpunkt axial unterhalb der Kolben-Zylinder-Einheit angeordnet. Dadurch wird eine direkte Kraftübertragung und ein kurzer Kraftfluss erreicht. Eine Belastung der einzelnen Bauteile wird dadurch gering gehalten.
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Vorteilhafterweise weist der Stator an seiner oberen Stirnseite eine Abdeckplatte auf, in der der Stützpunkt ausgebildet ist. Diese Abdeckplatte schützt die Stirnseite des Stators vor äußeren Einflüssen, wodurch insbesondere die Montage vereinfacht wird.
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Vorzugsweise weist der Stator an seiner unteren Stirnseite eine untere scheibenförmige Abdeckplatte auf. Damit sind beide Stirnseiten des Stators vor äußeren Einflüssen geschützt. Durch die Abdeckplatten kann dabei auch eine Versteifung des Stators erfolgen.
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Vorzugsweise sind die Vorsprünge der Abdeckplatte mit Elementen innerhalb des Stators verrastet. Derartige Elemente können beispielsweise in einer Umspritzung oder einer Isolationsplatte des Blechpakets des Stators ausgebildet sein. Die Abdeckplatten werden dadurch formschlüssig am Stator gehalten. Der Stator selbst kann dadurch als eine abgeschlossene Baueinheit vorgefertigt werden, die das Blechpaket mit den Wicklungen, den Abdeckplatten und die erforderliche Isolation sowie Kabelanschlüsse aufweist. Die Herstellung des Kältemittelverdichters wird dadurch vereinfacht.
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Vorzugsweise weist die obere Abdeckplatte eine Oberfläche auf, die trichterförmig ausgebildet ist. Die Oberfläche ist also leicht konisch ausgebildet, wobei sie in Richtung zur zentrisch angeordneten Öffnung des Stators abfällt. Dadurch wird Schmiermittel wie beispielsweise Öl, das sich auf der Oberfläche ansammelt, zur Öffnung hin geleitet. Dort kann es durch Spalte zwischen der Lagerbuchse und dem Blechpaket des Stators hindurch nach unten in Richtung zu einem Ölsumpf abfließen. Dabei dient das Schmiermittel gleichzeitig zur Schmierung der Lagerbuchse und zur Kühlung des Stators.
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Bevorzugterweise sind in der Oberfläche Öl-Eintrittsöffnungen ausgebildet. Durch diese Öl-Eintrittsöffnungen kann ebenfalls Schmiermittel, das auf der Oberfläche der Abdeckplatte angesammelt wird, möglichst schnell in Richtung zum Ölsumpf abfließen. Dabei durchfließt das Schmiermittel den Stator vollständig in axialer Richtung.
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Vorzugsweise ist der Stützpunkt an einem radial äußeren Rand der Abdeckplatte angeordnet und insbesondere durch eine Verstärkung oder Materialverdickung gebildet. Der Stützpunkt befindet sich dadurch in maximaler Entfernung zur Lagerbuchse. Dadurch ergeben sich günstige Hebelverhältnisse. Insbesondere das Auftreten von Biegemomenten auf die Lagerbuchse und das Trägerelement wird dadurch minimiert.
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Vorteilhafterweise ist der Stützpunkt in axialer Richtung am Blechpaket abgestützt. Die Abdeckplatte liegt also zumindest im Bereich des Stützpunktes am Blechpaket an. Dadurch wird erreicht, dass die Kräfte nicht alleine von der Abdeckplatte aufgenommen werden müssen, sondern gleichzeitig auf das Blechpaket übertragen werden. Die Abdeckplatte muss dann nicht übermäßig kräftig ausgebildet sein, sondern kann relativ dünn sein, was einer geringen Bauhöhe zugute kommt.
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Dabei sind vorzugsweise drei oder mehr Stützpunkte vor gesehen, die im gleichen Abstand zueinander angeordnet sein können. Bereits bei drei Stützpunkten ergibt sich eine eindeutige Auflage des Stators bzw. des Verdichterblocks am Stator und damit eine bestmögliche Versteifung. Eine Verkantung der Welle in der Lagerbuchse bzw. des Kurbelzapfens im Zapfenlager wird dadurch vermieden. Außerdem tritt eine gewisse akustische Dämpfung von Schwingungen des Motors und des Trägerelements auf.
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Bevorzugterweise weist der Verdichterblock im Bereich des Stützpunktes einen aus einem Trägerelement des Verdichterblocks herausgedrückten Vorsprung auf. Dadurch wird erreicht, dass der Verdichterblock bzw. dessen Trägerelement in allen Bereichen außerhalb des Stützpunktes axial vom Stator beabstandet ist. Dadurch ist immer eine ausreichende Wärmeabfuhr vom Stator gewährleistet. Gleichzeitig wird eine großflächige Anlage zwischen Stator und dem Verdichterblock vermieden, der eine hochgenaue Fertigung erfordern würde.
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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 durch einen Kältemittel verdichter,
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2 eine räumliche Darstellung eines Stators.
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In 1 ist ein Kältemittelverdichter 1 schematisch in geschnittener Darstellung gezeigt. Der Kältemittelverdichter 1 weist einen Verdichterblock 2 und einen elektrischen Motor 3 auf, der als Außenläufermotor mit einem außen liegenden Rotor 4 und einem innen liegenden Stator 5 ausgebildet ist. Der Rotor 4 weist Permanentmagnete 6 auf, die radial von einem Kurzschlussring 7 umgeben sind. Über ein tellerförmiges Bodenteil 8 ist der Rotor 3 drehfest mit einer Welle 9 verbunden. Die Welle 9 taucht mit ihrem unteren Ende in einen nicht dargestellten Ölsumpf ein.
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Zwischen dem Rotor 4 und dem Stator 5 ist ein ringförmiger Luftspalt ausgebildet. Der Stator 5 weist ein Blechpaket 10 und Wicklungen 11 auf. Ferner weist der Stator 5 eine obere Abdeckplatte 12 und eine untere Abdeckplatte 13 auf. Die Abdeckplatten 12, 13 weisen axial nach innen gerichtete Vorsprünge 14 auf, die mit entsprechend ausgebildeten Elementen 15 einer Umspritzung 16 des Blechpakets 10 verrastet sind.
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Die Welle 9 ist über ein Radiallager bzw. eine Lagerbuchse 17 radial innerhalb des Stators 5 gelagert. Die Lagerbuchse 17 ist an einem oberen axialen Ende mit einem Trägerelement 18 des Verdichterblocks 2 verbunden. Der Stator 5 ist dabei an der Lagerbuchse 17 befestigt.
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Innerhalb der Welle 9 ist ein Verdrängerelement 19 angeordnet, das sich axial innerhalb der Welle 9 erstreckt und als Hohlzylinder ausgebildet ist. Zwischen dem Verdrängerelement 19 und der Welle 9 ist ein spiralförmiger Öltransportpfad ausgebildet. Das Verdrängerelement 19 erstreckt sich dabei mit seinem unteren axialen Ende ebenfalls in den nicht dargestellten Ölsumpf. Dabei ist die Welle 9 über ein Axiallager 20, das im Inneren der Welle 9 am Trägerelement 18 ausgebildet ist, axial gelagert. Das Axiallager 20 befindet sich dabei innerhalb des Öltransportpfades und wird daher auch bei geringen Geschwindigkeiten mit Schmiermittel versorgt.
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Ein oberes Ende der Welle 9 ist über einer Zwischenscheibe 21 mit einem exzentrisch angeordneten Kurbelzapfen 22 verbunden. Die Bewegung des Kurbelzapfens 22 wird über eine Pleuelstange 23 auf einen Kolben 24 einer Kolben-Zylinder-Einheit 25 übertragen, wobei der Kolben 24 in einem Zylinder 26 linear geführt ist. Der Zylinder 26 ist dabei über eine Hülse 27 am Trägerelement 18 befestigt.
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Axial unterhalb der Kolben-Zylinder-Einheit 25 ist das Trägerelement 18 bzw. der Verdichterblock 2 über einen ersten Stützpunkt 28 axial am Stator 5 bzw. dessen oberen Abdeckplatte 12 abgestützt. Während des Kompressionshubs auftretende seitliche Kräfte können über diesen Stützpunkt 28 direkt vom Verdichterblock 2 auf den Motor 3 übertragen werden. Dementsprechend wird eine Biegebelastung der Lagerbuchse 17 bzw. eines Radiallagers verringert. Im Bereich des ersten Stützpunkts 28 ist dabei die obere Abdeckplatte 12 am Blechpaket 10 des Stators 5 abgestützt.
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In 2 ist der Stator 5 in räumlicher Darstellung gezeigt. Der Stator 5 mit dem Blechpaket 10, den Wicklungen 11 sowie den Abdeckplatten 12 und 13 bildet eine Baueinheit, die einfach handhabbar ist und bereits Anschlussleitungen 35 aufweist. Neben dem ersten Stützpunkt 28 sind noch zwei weitere Stützpunkte 29, 30 vorgesehen. Die Stützpunkte 29 und 30 befinden sich dabei radial weiter innen als der Stützpunkt 28. Dies ist möglich, da diese beiden Stützpunkte 29, 30 keine größeren Kräfte aufnehmen müssen, sondern lediglich zur stabilen Abstützung dienen.
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Innerhalb des Stators 5 ist eine zentrische Öffnung 31 ausgebildet, die zum Durchführen der Welle 9 dient. Die Lagerbuchse 17 ist bei der gezeigten Ausführungsform bereits in der Öffnung 31 angeordnet und beispielsweise eingepresst.
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Eine Oberfläche 32 der oberen Abdeckplatte 12 ist trichterförmig ausgebildet und senkt sich konisch in Richtung zur zentrischen Öffnung 31. Dadurch fließt aus dem Radiallager, dem Zapfenlager und dem oberen Ende des Kurbelzapfens austretendes Schmiermittel, das sich auf der Oberfläche 32 ansammelt, in Richtung der zentrischen Öffnung 31 und durch diese Öffnung 31 axial nach unten zum Ölsumpf. Zusätzlich sind in der oberen Abdeckplatte 12 Öl-Eintrittsöffnungen 33, 34 ausgebildet, durch die ebenfalls Schmiermittel axial nach unten abgeführt werden kann. Dieses Schmiermittel durchfließt dabei das Blechpaket 10. Außerdem vermeidet man eine zu große Ölmenge, die sich über dem Motor und dem Trägerelement ansammeln und mit der Zwischenscheibe 21 in Kontakt kommen würde. Öl kann nämlich durch Öffnungen im Trägerelement in Richtung Stator ablaufen.
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Bei dem in 2 gezeigten Stator 5 sind der zweite und dritte Stützpunkt 29, 30 radial weiter innen angeordnet als der erste Stützpunkt 28. Es ist aber ebenfalls denkbar, alle Stützpunkte auf einer radial äußeren Umfangslinie vorzusehen. Dabei können auch mehr als drei Stützpunkte vorgesehen sein.
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Durch das Vorsehen mindestens eines Stützpunktes zwischen dem Verdichterblock und dem Motor ist es möglich, seitliche Kräfte, die insbesondere beim Kompressionshub der Kolben-Zylinder-Einheit auftreten, vom Verdichterblock auf den Motor zu übertragen, ohne dass eine Biegebelastung der Lagerbuchse eines Radiallagers auftritt. Das Radiallager kann dementsprechend geringer dimensioniert werden. Durch die geringere Belastung des Radiallagers ist dabei eine höhere Lebensdauer zu erwarten. Gleichzeitig ist der Bauraumbedarf des Radiallagers verringert, so dass eine geringere Bauhöhe des Motors bzw. des Kältemittelverdichters erreichbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3318921 C2 [0004]
- WO 91/15025 [0004]
