DE102019108669A1

DE102019108669A1 - Kompressor mit vereinfachter Auswuchtung und Verfahren zum Herstellen eines solchen Kompressors

Info

Publication number: DE102019108669A1
Application number: DE102019108669.8A
Authority: DE
Inventors: Erich Dörfler
Original assignee: Alfmeier Praezision SE
Current assignee: Alfmeier Praezision SE
Priority date: 2019-04-03
Filing date: 2019-04-03
Publication date: 2020-10-08
Also published as: US11821418B2; US20200318634A1; CN111794949B; CN111794949A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kompressor (2), umfassend ein Gehäuse (4) mit einem ersten Bereich (6) und einem zweiten Bereich (8),
wobei im ersten Bereich (6) ein Motor (10) des Kompressors (2) aufgenommen ist und im zweiten Bereich (8) eine Membranpumpeneinheit (12) des Kompressors (2) aufgenommen ist,
wobei die Membranpumpeneinheit (12) zumindest einen Membrankörper (22) und eine Antriebseinheit (14) umfasst,
wobei ein Anker (30) des Motors (10) mit der Antriebseinheit (14) über eine Antriebsachse (18) wirkverbunden ist,
wobei die Membranpumpeneinheit (12) eine erste Unwucht (U1) aufweist und der Motor (10) eine zweite Unwucht (U2) aufweist, wobei die Größe der zweiten Unwucht (U2) so ausgelegt ist, dass die Summe aus der ersten Unwucht (U1) und der zweiten Unwucht (U2) im mit der Antriebsachse (18) gekoppelten System aus Motor (10) und Antriebseinheit (14) statisch und dynamisch Null ergibt.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen des Kompressors.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kompressor, insbesondere eine Membranpumpe, und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Kompressors.
Eine Membranpumpe ist zum Beispiel aus der EP 2 112 377 A2 bekannt. Die bekannte Pumpe umfasst einen Motor und eine Antriebseinheit mit zumindest einer Taumelscheibe, welche einen Membrankörper periodisch komprimiert. Bei einer solchen Pumpe ist der Motor typischerweise ausgewuchtet, so dass der Motor ohne die Antriebseinheit keine Unwucht aufweist.
Weiterhin ist bekannt, die Antriebseinheit zum Beispiel mittels eines Exzenters so auszuwuchten, dass die Antriebseinheit für sich betrachtet keine Unwucht aufweist. Beim Betrieb einer solchen Pumpe treten allerdings durch die Kompression des Membrankörpers Schwingungen auf.
Aus der EP 2 654 511 ist weiterhin bekannt Vibrationen einer Pumpe außerhalb eines Gehäuses, die insbesondere beim Einsatz in Fahrzeugsitzen den Nutzer akustisch oder durch die Bewegung an sich stören, durch zwischen Motoreinheit und Gehäuse angeordnete Federn zu reduzieren. Ein solcher Einbau von Federn bei den Pumpen erhöht aber das Gewicht, vergrößert das Gehäuse, d.h. z.B. den Platzbedarf beim Einbau in einen Fahrzeugsitz, und erhöht die Kosten einer solchen Pumpe.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, den Nachteil nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Insbesondere soll ein Kompressor und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Kompressors angegeben werden, welcher statisch und dynamisch ausgewuchtet ist.
Der erfindungsgemäße Kompressor umfasst ein Gehäuse mit einem ersten Bereich und einem zweitem Bereich, wobei im ersten Bereich ein Motor des Kompressors aufgenommen ist und im zweiten Bereich eine Membranpumpeneinheit des Kompressors aufgenommen ist, wobei die Membranpumpeneinheit zumindest einen Membrankörper und eine Antriebseinheit umfasst, wobei ein Anker des Motors mit der Antriebseinheit über eine Antriebsachse wirkverbunden ist, wobei die Antriebseinheit eine erste Unwucht aufweist und der Motor eine zweite Unwucht aufweist, wobei die Größe der zweiten Unwucht so ausgelegt ist, dass die Summe aus der ersten Unwucht und der zweiten Unwucht im mit der Antriebsachse gekoppelten System aus Motor und Antriebseinheit statisch und dynamisch Null oder zumindest nahezu Null ergibt. Die zweite Unwucht kann insbesondere durch am Anker des Motors lokal hinzugefügte, z.B. aufgeklebte, zweite Gewichte oder lokal eingebrachte Vertiefungen erzeugt werden, so dass die Massenverteilung gegenüber dem ausgewuchteten Motor verändert wird. Ebenso kann die erste Unwucht durch lokales Hinzufügen von ersten Gewichten bzw. eine lokale Gewichtsreduktion erfolgen. Bei der Antriebsachse kann es sich insbesondere um eine Motorwelle handeln.
Das Gehäuse kann einstückig ausgeführt sein. Alternativ umfasst das Gehäuse ein erstes Teilgehäuse, welches das Motorgehäuse selbst sein kann, als ersten Bereich und ein zweites Teilgehäuse für die Membranpumpeneinheit. Erstes und zweites Teilgehäuse werden dann miteinander verbunden.
Der erfindungsgemäße Kompressor ist auch dynamisch ausgewuchtet, so dass keine störenden Vibrationen entstehen und somit ein Verbau von Federungen nicht notwendig ist oder zumindest deutlich einfacher ausgeführt werden kann. Der erfindungsgemäße Kompressor ist insbesondere zum Einbau in Fahrzeugsitzen für Sitzkomfortfunktionen, z.B. Lordosenstützen geeignet.
In Ausgestaltung wird die Unwucht des Motors durch zumindest eine Ausfräsung am Anker des Motors erzeugt. Eine solche Ausfräsung ist insbesondere in einem im Wesentlichen zylinderförmigen Anker des Motors angeordnet. Die Ausfräsung kann sich senkrecht oder parallel zur Antriebsachse erstrecken. Zur einfacheren Benennung wird die Erstreckungsrichtung der Antriebsachse im weiteren Z-Achse genannt. Eine x-Achse und eine y-Achse bilden ein zur z-Achse orthogonales Koordinatensystem aus.
Zweckmäßigerweise weist der Kompressor am Anker des Motors, zumindest zwei Ausfräsungen auf, welche bezüglich einer x-Achse und/oder einer y-Achse und/oder einer z-Achse auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind. Somit ist zum Beispiel eine erste Ausfräsung auf einer der Antriebseinheit zugewandten Seite des zylinderförmigen Ankers angeordnet und eine zweite Ausfräsung auf einer der Antriebseinheit abgewandten Seite der zylinderförmigen Ankers angeordnet, wobei die erste Ausfräsung und die zweite Ausfräsung eine die Antriebsachse umfassende Ebene schneiden.
Die Antriebseinheit umfasst eine Taumelscheibe, eine Taumelscheibenachse und einen Exzenter, wobei der Exzenter mit der Antriebsachse und der Taumelscheibenachse verbunden ist, wobei der Exzenter zumindest ein Gewicht aufweist. Die Antriebsachse und die Taumelscheinachse weisen insbesondere einen Winkel α zueinander auf.
Insbesondere weist der Exzenter zwei sich gegenüberliegende Gewichte auf. Dabei weisen die sich gegenüberliegenden Gewichte zweckmäßigerweise parallel zur Antriebsachse einen Abstand auf.
Das oder die Gewichte können kugelförmig sein und/oder im Exzenter aufgenommen sein. In Ausgestaltung können die Gewichte in den Exzenter einschraubbar ausgestaltet sein. Alternativ können die Gewichte auch einstückig mit dem Exzenter ausgebildet sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Kompressors umfasst die folgenden Schritte:

- Bereitstellen eines ausgewuchteten Motors,
- Bereitstellen einer ausgewuchteten Antriebseinheit und Verbinden mit dem Motor,
- Bestimmen der dynamischen Unwucht eines Systems aus Motor und Membranpumpeneinheit, welche die Antriebseinheit enthält, und
- Erzeugen einer ersten und zweiten Unwucht U1 und U2, die sich dynamisch und statisch ausgleichen.

Das Erzeugen der zweiten Unwucht U2 kann insbesondere mittels einer Auswuchtmaschine erfolgen, bei der eine Unwucht U2 als Sollwert eingegeben wird. Die Unwucht U2 ist von Lage und Größe von Ausfräsungen oder zusätzlichen Gewichten abhängig.
Das Bestimmen der dynamischen Unwucht kann in Versuchen mit baugleichen Systemen aus Motor und Membranpumpeneinheit erfolgen. Alternativ kann die Bestimmung der dynamischen Unwucht mittels Simulation erfolgen.
Dabei ist das Erzeugen einer zweiten Unwucht insbesondere Einbringen zumindest einer Ausfräsung in den Anker, welche die dynamische Unwucht ausgleicht. Zum Erzeugen der Ausfräsung kann insbesondere eine Auswuchtmaschine genutzt werden, bei der die zweite Unwucht U2 als Sollwert eingegeben wird.
In weiterer Ausgestaltung umfasst das Verfahren Bestimmen einer Restunwucht an verfahrensgemäß hergestellten Kompressoren und Berücksichtigen der Restunwucht für die Festlegung des Sollwertes.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen näher erläutert. Es zeigen:

1 Kompressor nach dem Stand der Technik,
2 erste Ausgestaltung eines Kompressors,
3a, b erste Ausgestaltung eines Exzenters und
4a, b zweite Ausgestaltung eines Exzenters.

1 zeigt einen Kompressor 2 nach dem Stand der Technik. Der Kompressor 2 umfasst ein Gehäuse 4 mit einem ersten Bereich 6, in dem ein Motor 10 aufgenommen ist, und einem zweiten Bereich 8, in dem eine Membranpumpeneinheit 12 aufgenommen ist. Das Gehäuse 4 kann einstückig ausgeführt sein. Alternativ ist der erste Bereich 6 als ein erstes Teilgehäuse und der zweite Bereich 8 als ein zweites Teilgehäuse ausgeführt. Die beiden Teilgehäuse werden miteinander verbunden. Der Motor 10 umfasst einen Anker 30, Magnete 32 und Bürsten 34. Die Membranpumpeneinheit 12 umfasst zwei Membrankörper 22 und eine Antriebseinheit 14. Die Antriebseinheit 14 ist mit dem Motor 10 über die Antriebsachse 18 verbunden. Die Antriebeinheit 14 umfasst einen Exzenter 24, welcher die Antriebsachse 18 mit einer Taumelscheibenachse 20 verbindet, wobei die Taumelscheibenachse 20 und die Antriebsachse 18 um einen Winkel α zueinander geneigt sind. Die Taumelscheibenachse 20 treibt eine Taumelscheibe 16 an, die die Membrankörper 22 abwechselnd komprimiert. Der Exzenter 24 kann optional mit einem hier kugelförmigen Gewicht 26 versehen sein. Nach dem Stand der Technik ist der Anker 30 ausgewuchtet und die Antriebseinheit 14 ausgewuchtet. Der Gesamtkompressor weist allerdings eine dynamische Unwucht auf.
2 zeigt einen erfindungsgemäßen Kompressor 2. Dieser unterscheidet sich vom in 1 dargestellten Kompressor 2 insbesondere dadurch, dass in dem Anker des Motors 30 Ausfräsungen 28 eingebracht sind. Dabei sind die hier gezeigten zwei Ausfräsungen 28 an bezüglich der x-Achse auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind. Weiterhin sind die Ausfräsungen entlang der z-Achse versetzt, insbesondere symmetrisch bezüglich der Motormitte, angeordnet.
3a, b und 4a, b zeigen Ausgestaltungen des Exzenters 24. 3a zeigt eine Aufsicht auf einen Exzenter 24 einer ersten Ausgestaltung, 3b die entsprechende Ansicht von unten. Der Exzenter 24 weist oben und unten jeweils eine Bohrung auf, welche für die Aufnahme der Antriebsachse 18 bzw. der Taumelscheibenachse 20 ausgelegt sind. Eine durch die Achsen der beiden Bohrungen verlaufende Ebene bildet eine Symmetrieebene des Exzenters. Weiterhin weist der Exzenter 24 vier Gewichte 26, welche hier als einschraubbare Gewichte ausgeführt sind. Die Gewichte 26 weisen entlang der z-Achse eine Abstand A zueinander auf. 4a und b zeigen eine zweite Ausgestaltung des Exzenters 24 in Aufsicht und Ansicht von unten. In dieser Ausgestaltung sind Gewindebohrungen für das Einsetzen zweier einschraubbarer Gewichte 26 vorgesehen, welche auch zueinander einen Abstand A entlang der z-Achse aufweisen. Durch die schraubbaren Gewichte kann eine Unwucht gezielt einstellt werden.
Bezugszeichenliste

2: Kompressor
4: Gehäuse
6: erster Bereich
8: zweiter Bereich
10: Motor
12: Membranpumpeneinheit
14: Antriebseinheit
16: Taumelscheibe
18: Antriebsachse
20: Taumelscheibenachse
22: Membrankörper
24: Exzenter
26: Gewicht
28: Ausfräsung
30: Anker
32: Magnet
34: Bürste
A: Abstand
U1: erste Unwucht
U2: zweite Unwucht
α: Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2112377 A2 [0002]
EP 2654511 [0004]

Claims

Kompressor (2), umfassend ein Gehäuse (4) mit einem ersten Bereich (6) und einem zweiten Bereich (8), wobei im ersten Bereich (6) ein Motor (10) des Kompressors (2) aufgenommen ist und im zweiten Bereich (8) eine Membranpumpeneinheit (12) des Kompressors (2) aufgenommen ist, wobei die Membranpumpeneinheit (12) zumindest einen Membrankörper (22) und eine Antriebseinheit (14) umfasst, wobei ein Anker (30) des Motors (10) mit der Antriebseinheit (14) über eine Antriebsachse (18) wirkverbunden ist, wobei die Membranpumpeneinheit (12) eine erste Unwucht (U1) aufweist und der Motor (10) eine zweite Unwucht (U2) aufweist, wobei die Größe der zweiten Unwucht (U2) so ausgelegt ist, dass die Summe aus der ersten Unwucht (U1) und der zweiten Unwucht (U2) im mit der Antriebsachse (18) gekoppelten System aus Motor (10) und Antriebseinheit (14) statisch und dynamisch Null ergibt.
Kompressor (2) nach Anspruch 1, wobei die Unwucht (U2) des Motors (10) durch zumindest eine Ausfräsung (28) am Anker (30) des Motors (10), oder durch Aufbringen eines lokalen Gewichts erzeugt wird.
Kompressor (2) nach Anspruch 2, wobei am Anker (30), zumindest zwei Ausfräsungen (28) oder zwei lokale Gewichte vorgesehen sind, welche bezüglich einer x-Achse und/oder einer y-Achse und/oder einer z-Achse auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind.
Kompressor (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antriebseinheit (14) eine Taumelscheibe (16), eine Taumelscheibenachse (20) und einen Exzenter (22) umfasst, wobei der Exzenter (22) mit der Antriebsachse (18) und der Taumelscheibenachse (20) verbunden ist, wobei der Exzenter (22) zumindest ein Gewicht (26) aufweist.
Kompressor (2) nach Anspruch 4, wobei der Exzenter zwei sich gegenüberliegende Gewichte (26) aufweist.
Kompressor (2) nach Anspruch 5, wobei die sich gegenüberliegenden Gewichte (26) parallel zur Antriebsachse (18) einen Abstand (A) aufweisen.
Kompressor (2) nach Anspruch 4 bis 6, wobei das oder die Gewichte (26) kugelförmig sind und/oder im Exzenter (22) aufgenommen sind.
Verfahren zum Herstellen eines Kompressors nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend die folgenden Schritte: - Bereitstellen eines ausgewuchteten Motors - Bereitstellen einer ausgewuchteten Antriebseinheit und Verbinden mit dem Motor, - Bestimmen der dynamischen Unwucht eines Systems aus Motor und Membranpumpeneinheit, welche die Antriebseinheit enthält, - Erzeugen einer Unwucht U1 und U2, die sich dynamisch und statisch ausgleichen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei Erzeugen einer Unwucht insbesondere Einbringen zumindest einer Ausfräsung am Anker des Motors, welche die dynamische Unwucht ausgleicht, ist.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9 weiterhin umfassend Bestimmen einer Restunwucht an zumindest einem verfahrensgemäß hergestellten Kompressor und Berücksichtigen der Restunwucht für die Festlegung des Sollwertes.