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Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung in einem Spiralverdichter.
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Spiralverdichter werden als Kältekompressoren oder Wärmepumpen eingesetzt. Sie besitzen ein Verdichterrad, welches eine Spiralform hat, die meist als Nut oder Kanal an einer Stirnseite des Verdichterrades angeordnet ist. Dieses Verdichterrad wird über eine Motorwelle angetrieben. Im Rahmen der Erfindung wird die Motorwelle über einen autark zum Antriebsstrang betreibbaren Elektromotor angetrieben. Durch die Drehung der Motorwelle wird das Verdichterrad auf einer Kreisbahn bewegt, ohne selbst in Rotation um die Verdichterradachse zu gelangen. Zur Lagerung des Verdichterrads auf der Motorwelle wird ein Orbitallager eingesetzt. Der Begriff „Orbitallager“ leitet sich daher ab, dass sich das Lager sowohl um die eigene Achse als auch um eine achsparallel versetzte Achse, dreht. Erfindungsgemäß fällt die Drehachse des Orbitallagers mit der Verdichterradachse des Verdichterrades zusammen und die achsparallel versetzte Achse wird durch die Motorwellendrehachse abgebildet. Folglich sitzt auch das Orbitallager mit seinem Innenring auf diesem achsparallel versetzten Zapfen der Motorwelle auf. Der Zapfen weist zur Motorwelle eine Exzentrizität auf.
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Im Betrieb wird auf der Spiralformseite des Verdichterrades das Kältemittel (im Betrieb als Kältekompressor) thermodynamisch verarbeitet, um den gewünschten Effekt der Kühlung (wie Aufwärmung) zu erzielen.
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Auf der der Spiralformseite des Verdichterrades abgewandten Seite - der Lagerungsseite - wird durch das Orbitallager, der Motorwelle und durch einen Auswuchtring eine Kammer definiert, in der sich ein Gemisch aus Schmierstoff und Kältemittel sammeln kann und ein Schmierstoffgemisch bildet. Der Schmierstoff tritt über Schmierstoffkanäle in die Kammer ein. Eine gezielte Schmierung des Orbitallagers, beispielsweise über eine ölführende Bohrung, welche das Öl an die Wälzkörper bringt, ist aufgrund des strukturellen Aufbaus des Spiralverdichters und aufgrund der kinematischen Abläufe der vorgenannten Komponenten nicht möglich.
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Die
DE 11 2007 003 280 T5 zeigt einen Käfig für Kugellager, der einen Körper mit im wesentlichen ringförmiger Ausbildung und Klauen aufweist, wobei der Körper einen Absatz mit im wesentlichen ringförmiger Ausbildung und einen im wesentlichen axialen Bereich besitzt, der sich an den Absatz anschließt, und in welchem Zellen für die Kugeln ausgebildet sind, und der im wesentlichen axiale Bereich die Klauen auf der dem Absatz axial entgegensetzt liegenden Seite trägt, wobei der Außendurchmesser des Absatzes größer als derjenige des axialen Bereiches ist und der Käfig eine axiale Trennwand besitzt, die zwischen den Zellen angeordnet ist und sich von dem Rand des den Klauen gegenüberliegenden Absatzes bis zu den Klauen erstreckt, um radial äußere und innere Freiräume zu begrenzen, die radial beidseitig der Trennwand liegen.
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Die
JP 2011 094546 A und die
JP 2012 207547 A zeigen Spiralverdichter mit Wellenlagerungen, wobei die
JP 2011 202671 A ein Kugellager mit einem Käfig zeigt.
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Es ist somit die Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Schmierstoffzufuhr und eine verbesserte Schmierstoffverteilung zur Schmierung des Orbitallagers bereitzustellen.
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Die Erfindung liegt in der Ausbildung des Käfigs des Orbitallagers. Dazu weist der Käfig zumindest eine als Ausnehmung ausgebildete Leitstruktur auf, welche den Schmierstoff beziehungsweise das Schmierstoffgemisch deutlich besser aus der Kammer axial durch das Wälzlager hindurch führen kann, wobei die Leitstruktur außerhalb des für die Käfigfestigkeit notwendigen und für die Käfigführung nötigen Bereich angeordnet ist, um die Funktion des Käfigs nicht zu beeinträchtigen und eine Erhöhung des benötigten Bauraumes sowie Gewichts der Orbitallageranordnung zu vermeiden.
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Die Anordnung der Leitstruktur außerhalb der Bereiche sorgt dafür, dass weder die Stabilität des Käfigs noch die Führungsqualität - im Falle einer Käfigführung - hinter der Materialausnehmung zurücktreten muss. Auch ist diese Anordnung vorteilhaft, da keine schmierstoffführenden beziehungsweise schmierstoffleitenden Spalte, beispielsweise radial zwischen dem Käfig und dem Außenring, geweitet werden müssen, um einen größeren Schmierstoffgemischstrom zu realisieren. Dies würde mehr Bauraum beanspruchen und die Qualität der kinematischen Bedingungen verschlechtern, da Spiralverdichter mit einer hohen Drehzahl betrieben werden. Eine einfache Aufweitung der Spalte zur Schmierstoffversorgung ist insbesondere auch negativ hinsichtlich Erschütterungen zu bewerten, welche im automotiven Umfeld dieser Anwendung auftreten. Von dieser handwerklichen Maßnahme der Skalierung eines Spaltes Abstand nehmend, wird die Aufgabe durch die erfindungsgemäße Lösung deutlich besser gelöst.
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Die Platzierung der Leitstruktur in einem nicht für die Festigkeit notwendigen Bereich stellt eine vorteilhafte Platzierung dar, da in diesem Bereich das Material des Käfigs nicht weiter geschwächt wird und die zusätzlich eingebachte Leitstruktur einen herkömmlichen Käfig ergänzen und hinsichtlich des Schmierstoffgemisches optimieren kann, ohne die vorhandenen Dimensionen des Käfigs zu verändern.
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Auch kann durch die diskrete Platzierung der Leitstrukturen eine Käfigführung nicht beeinträchtigen, sofern die von der Käfigführung entnommene Fläche - zur Platzierung der Leitstrukturen - kleiner als die verbleibende Fläche zur Käfigführung ist. Die Opferung von Käfigführungsfläche ist sowohl im Sinne einer Platzierung der Leitstrukturen „außerhalb“ des führungsnotwendigen Bereichs des Käfigs sowie auch der tatsächlichen Platzierung der Leitstrukturen außerhalb des führungsnotwendigen Bereichs des Käfigs ohne Opferung von Führungsfläche. Der Schwerpunkt des Ausdrucks „außerhalb“ des führungsnotwendigen Bereichs des Käfigs kann im Sinne zwar auch innerhalb der für die Führung notwendigen Fläche liegen, welche auch durch die Platzierung der Leitstrukturen unterbrochen oder gestückelt sein kann, wobei die verbleibende Fläche beziehungsweise Flächen weiterhin die initiale Funktion der Käfigführung erfüllen kann beziehungsweise können.
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Mit anderen Worten kann eine Käfigführung realisiert sein, sofern die am Außenring oder Innenring angeordnete Gegenfläche zur Käfigführung in Umfangsrichtung die Leitstrukturen in ihrer umfangsseitigen Erstreckung überspannt. Insofern wäre hierbei eine Anordnung außerhalb des für die Kafigführung notwendigen Bereichs gegeben.
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Die Kinematik des Orbitallagers wird durch die Erfindung nicht wesentlich nachteilig beeinflusst. Die Masse des Käfigs wird verringert, weshalb das Gegengewicht des Auswuchtringes kleiner dimensioniert werden kann. Dies wirkt sich positiv auf die Dynamik im Betrieb des Spiralverdichters aus, hinsichtlich wechselnder Drehzahlen je nach Lastanforderung durch den Verbraucher. Auch kann das Gegengewicht des Ausgleichsrings kleiner dimensioniert werden, wodurch die Dynamik verbessert werden kann.
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Die Leitstruktur erhöht den Schmierstoffgemischdurchfluss zur Schmierung des Orbitallagers, zusätzlich zur Schmierung durch die Spalte, durch das Orbitallager in axialer Richtung hindurch und verlängert die Lebensdauer des Orbitallagers. Die vorgenannten Spalte, durch die alleinig eine Mangelschmierung begünstigt ist, befinden sich zwischen einem Wälzkörper und dem Käfig; zwischen zwei benachbarten Wälzkörpern; und/oder zwischen dem Käfigabschnitt, welcher durch zwei benachbarte Wälzkörper begrenzt ist und dem Außen- oder Innenring.
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Die Leitstrukturen weisen dabei eine Geometrie auf, die zur Durchströmung und zur gezielten Verteilung des Schmierstoffgemisches insbesondere beim Austritt aus dem Orbitallager, optimiert ist. Die optimierte Verteilung des Schmierstoffgemisches bei Austritt aus dem Orbitallager ist insofern wichtig, dass auch Schmierstoff in die Aufnahme des Lagers im Verdichterrad gelangt und an dieser Stelle kein Staudruck entsteht, welcher den Durchfluss insgesamt verhindern würde. Ansonsten würde nur die „vordere“ Seite des Orbitallagers benetzt werden und die „hintere“ Seite (in der Aufnahme) würde eine Mangelschmierung erfahren. Die Leitstrukturen können das Einströmen in das Lager hinein und das Ausströmen aus dem Lager hinaus deutlich verbessern.
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Das Orbitallager ist in einer Aufnahme des Verdichterrades angeordnet. Der Außenring des Orbitallagers ist von dem Verdichterrad über die Außenmantelfläche des Außenringes aufgenommen, so dass die Außenmantelfläche des Außenringes an einer Innenmantelfläche der Aufnahme anliegt. In axialer Richtung ist die Aufnahme zumindest durch eine Anlage zwischen Verdichterrad und der Stirnseite des Außenrings räumlich begrenzt.
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Der Innenring des Orbitallagers sitzt mit seiner Innenmantelfläche auf einem Zapfen des Auswuchtringes auf, welcher wiederum auf einem exzentrischen Zapfen, der von der Stirnseite der Motorwelle ausgebildet ist, sitzt. Der Auswuchtring besitzt somit einen Ausleger, welcher die durch die Exzentrizität und die exzentrisch angeordneten Massen bestimmte Unwucht im Betrieb ausgleicht. Diametral gegenüberliegend zum Ausleger befindet sich eine Kammer, welche von den Bauteilen Gehäuse, Hauptlager, Motorwelle, Auswuchtring, Orbitallager und Verdichterrad begrenzt ist. In dieser Kammer sammelt sich der Schmierstoff, welcher über Bohrungen dieser Kammer zugeführt wird. Das in der Kammer befindliche Schmierstoffgemisch aus Kühlmittel und Schmierstoff wird nun durch die Drehbewegung des Auswuchtringes im Betrieb umgewälzt und verteilt. Die umlaufende Verteilung in der Kammer im Betrieb benetzt und benebelt die die Kammer begrenzenden Flächen der Bauteile und somit auch die der Kammer zugewandte Stirnseite - beziehungsweise Abschnitte dieser Stirnseite - des Orbitallagers. Die nun auftretenden Strömungen bringen das Schmierstoffgemisch in das Orbitallager ein. Um nunmehr eine verbesserte Durchströmung des Orbitallagers auszubilden, befinden sich auf der dem Verdichterrad zugewandten Seite des Käfigs die erfindungsgemäßen Leitstrukturen. Die Leitstrukturen begünstigen eine umfangsseitige Verteilung des Schmierstoffgemischs auf dieser Seite des Orbitallagers und somit auch die Schmierung. Ferner kann durch die Leitstrukturen ein besserer Schmierstoffkreislauf quer zur Drehrichtung des Käfigs und somit um den Käfig herum erfolgen, da die Strömungen durch die geometrische Ausbildung der Leitstruktur begünstigt und verbessert werden.
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In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist die Leitstruktur asymmetrisch zwischen zwei Käfigtaschen ausgebildet, die zur Aufnahme von Wälzkörpern ausgebildet ist. Somit ist die Leitstruktur näher an einer Käfigtasche platziert als an der benachbarten Käfigtasche. Durch diese asymmetrische Beabstandung gelingt eine Verbesserung des Schmierstoffgemischdurchsatzes durch das Orbitallager hindurch ohne die Spalte zwischen dem Käfig und dem Außenring zu vergrößern und somit die Führung des Wälzkörper zu benachteiligen.
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Diese asymmetrische Beabstandung kann vorteilhafterweise drehrichtungsgebunden angeordnet sein. Das sich der Spiralverdichter grundsätzlich in einem Betriebsmodus nur in eine vordefinierte Richtung dreht, kann das Orbitallager somit mit der asymmetrischen Anordnung der Leitstruktur gezielt und orientiert verbaut werden. Es ist bevorzugt, die Leitstruktur in Drehrichtung des Orbitallagers den Wälzkörpern nachgelagert und idealerweise auf der dem Verdichterrad zugewandten Seite anzuordnen.
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In einer alternativen vorteilhaften Ausbildung ist die Leitstruktur symmetrisch zwischen diesen Käfigtaschen angeordnet und somit drehrichtungsunabhängig. Die Drehrichtungsunabhängigkeit ist vorteilhaft, sofern eine Drehrichtungsumkehr des Spiralverdichters in Betracht gezogen wird, oder eine asymmetrische Anordnung der Leitstruktur ineffizient hinsichtlich des auf der verdichterradzugewandten Seite benötigten Schmierstoffgemischvolumens ist. Die symmetrische Ausbildung der Leitstruktur vergrößert das Volumen zum Durchströmen mit dem Schmierstoffgemisch.
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Von dem erfindungsgemäßen Käfig des Orbitallagers können sowohl asymmetrische als auch symmetrische Leitstrukturen ausgebildet sein. Beispielsweise können diese in Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sein, um den Vorteil der gerichteteren Verteilung der asymmetrischen Leitstruktur mit dem Vorteil des vergrößerten Volumens der symmetrischen Leitstruktur miteinander zu kombinieren.
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Erfindungsgemäß beeinflusst die vorteilhafte Ausbildung der asymmetrischen Leitstruktur eine Kafigführung über die Außenmantelfläche des Käfigs an der Innenmantelfläche des Außenringes bei schnelldrehenden Orbitallagern zu einem geringerem Anteil als die symmetrische Ausbildung der Leitstruktur, da ausreichend Kontaktfläche vorhanden bleibt, um den Käfig bei hohen Drehzahlen zuverlässig zu führen.
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Die Durchströmung des Orbitallagers mit dem Schmierstoffgemisch stellt sich ohne die erfindungsgemäßen Leitstruktur/en wie folgt dar. Durch den Auswuchtring wird das in der Kammer befindliche Volumen mit Motordrehzahl in Umfangsrichtung bewegt und umgewälzt. Der Käfig und die Wälzkörper drehen im Orbitallager mit der halben Wellendrehzahl, wodurch ein Austreten des Schmierstoffgemisches unter einem geringeren Druck erfolgt als das Eintragen. Durch die Verzögerung beim Austreten aus dem Orbitallager entsteht ein Staudruck. Dieser kann dem Eintrag des Schmierstoffgemisches entgegenwirken. Die erfindungsgemäße Leitstruktur verringert den Staudruck, da diese sowohl den Schmierstoffvolumendurchsatz vergrößern als auch die Verteilung begünstigen.
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Alternativ können auch Leitstrukturen an der der Kammer zugewandten Seite des Käfigs angeordnet werden, welche den Druck zum Eintragen in das Orbitallager erhöht, und so dem Staudruck entgegentreten kann, um die Durchströmung zu verbessern.
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Diese Leitstrukturen können in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung als Schaufeln ausgebildet sein. Bevorzugterweise weist der Käfig an der kammerzugewandten Seite keine vollständig geschlossene Käfigtasche auf, sondern an der kammerzugewandten Seite eine Öffnung. Die Kammertasche umgreift den Wälzkörper somit nicht vollständig, sondern nur insoweit, wie eine axiale Verlagerung der Wälzkörper zueinander verhindert werden kann. Umfangsseitig zwischen zwei solcher Öffnungen kann eine schaufelförmige Leitstruktur ausgebildet sein, welche das Schmierstoffgemisch deutlich verbessert in das Lager einbringt, in dem die Geometrie dieser Schaufel den Strömungen des Schmierstoffgemisches im Betrieb angepasst ist. Die Schaufeln zwingen somit mehr Volumen zum Eintritt in das Lager, wodurch die Durchströmung verbessert wird. Auch diese schaufelartigen Leitstrukturen sind erfindungsgemäß außerhalb der für die Käfigfestigkeit notwendigen und/oder für die Käfigführung nötigen Bereiche angeordnet.
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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den folgenden Figuren veranschaulicht. Es zeigt:
- 1 eine Teilansicht eines Spiralverdichters mit einer erfindungsgemäßen Orbitallageranordnung,
- 2A einen Käfig mit asymmetrisch ausgebildeten Leitstrukturen einer erfindungsgemäßen Orbitallageranordnung in einer ersten Perspektive,
- 2B den Käfig nach 2A in einer weiteren Perspektive,
- 2C einen Querschnitt durch den Käfig nach 2B,
- 2D eine Detailansicht nach 2C,
- 3A den Schmierstofffluss durch eine erfindungsgemäße Orbitallageranordnung,
- 3B eine Detailansicht nach 3A,
- 4A einen Käfig mit symmetrisch ausgebildeten Leitstrukturen einer erfindungsgemäßen Orbitallageranordnung in einer ersten Perspektive,
- 4B den Käfig nach 4A in einer weiteren Perspektive,
- 5A einen Käfig mit schaufelartig ausgebildeten Leitstrukturen einer erfindungsgemäßen Orbitallageranordnung in einer ersten Perspektive und
- 5B den Käfig nach 5A in einer Detailansicht im Querschnitt.
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1 zeigt eine Teilansicht eines Spiralverdichters mit einer erfindungsgemäßen Orbitallageranordnung 1. Ein Spiralverdichter und die erfindungsgemäße Orbitallageranordnung 1 weist für die Darstellung in 1 für folgende Bauteile auf: ein Gehäuse 20, ein Hauptwellenlager 19, eine Motorwelle 4, ein Verdichterrad 17 mit einer - hier nicht explizit dargestellten - Verdichterspirale 2, einem Auswuchtring 12, ein Orbitallager 3 und einen Dichtring 21.
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Das Bezugszeichen 2 indiziert auf der angezeigten Stirnfläche des Verdichterrades 17 eine Verdichterspirale, welche lediglich an dieser Stirnfläche zu verorten ist, jedoch geometrisch hier nicht vollständig dargestellt wird. Das Verdichterrad 17 hat auf der der Verdichterspirale 2 gegenüberliegenden Stirnseite einen Dichtring 21, welcher den Verdichterraum, in dem die Verdichterspirale 2 das Kühlmittel verdichtet, durch Anlage an dem Gehäuse 20 abdichtet.
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Das Verdichterrad 17 weist ebenfalls an der der Verdichterspirale 2 gegenüberliegenden Stirnseite eine Aufnahme für das Wälzlager 3 auf. Dieses Wälzlager 3 wird auch Orbitallager genannt und besteht aus einem Außenring 6, einem dazu konzentrisch angeordneten Innenring 5 und zwischen diesen beiden Ringen 5, 6 angeordneten Wälzkörpern 7, die als Kugeln ausgebildet sind. Die Wälzkörper 7 werden in üblicherweise durch einen Käfig 8 in Umfangsrichtung beabstandet gehalten. Der Außenring 6 des Orbitallagers 3 sitzt drehfest in der Aufnahme des Verdichterrades 17.
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Die Motorwelle 4 weist einen exzentrisch angeordneten Zapfen auf, auf dem der Auswuchtring 12 drehfest zur Motorwelle 4 sitzt. Auf diesem Auswuchtring 9 sitzt der Innenring 5 des Orbitallagers 3 drehfest auf. Wird die Motorwelle 4 um die eigene Drehachse 10 gedreht, so „schleudert“ der exzentrisch angeordnete Zapten den Auswuchtring 9 und das Orbitallager 3 und somit auch das Verdichterrad 17 um die Drehachse 10 herum.
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Der Auswuchtring 9 weist einen Ausleger 12 auf, welcher zum Ausgleich der Unwucht im Betrieb der exzentrischen Anordnung dient. Somit ist auf der diametral gegenüberliegenden Seite des Auslegers 12 eine Kammer 13 vorhanden. In dieser Kammer 13 sammelt sich das eingebrachte Kühlmittel und vermischt sich mit dem dort vorhandenen Schmierstoff zu einem Schmierstoffgemisch.
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Dieses Schmierstoffgemisch wird durch den Ausleger 12 in Umfangsrichtung im Betrieb verteilt und gelangt sowohl an das Hauptwellenlager 19 als auch an das Orbitallager 3. Aufgrund der kinematischen Verhältnisse ist das Orbitallager 3 höheren Beanspruchungen unterworfen als das Hauptwellenlager 19.
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Um diesen höheren Beanspruchungen bei beengten Bauraumverhältnissen gerecht zu werden, weist der Käfig 8 die erfindungsgemäßen Leitstrukturen 14 zur Durchleitung des Schmierstoffgemisches von der der Kammer 13 zugewandten Seite des Orbitallagers 3 auf die der Kammer 13 abgewandten Seite des Orbitallagers 3 auf, welche in den nachfolgenden Figuren erläutert werden.
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2A zeigt einen Käfig 8 mit asymmetrisch ausgebildeten Leitstrukturen 14 einer erfindungsgemäßen Orbitallageranordnung 1 in einer ersten Perspektive. 2B zeigt den Käfig 8 nach 2A in einer weiteren Perspektive.
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Die Leitstrukturen 14 weisen eine Asymmetrie derart auf, dass die auf die äußere Umfangsfläche betrachtete Form ein Trapez aufweist. Vorteilhafterweise ist die Seitenkante des Trapezes, welches nicht den rechten Winkel zur anschließenden Seitenkante aufweist, in der Richtung orientiert, so dass das Schmierstoffgemisch bei Drehung des Käfigs von der einen Stirnseite des Käfigs zur andern Stirnseite des Käfigs besser ausgeleitet werden kann beziehungsweise sich im Bereich zwischen dem Orbitallager 3 und dem Verdichterrad 17 unter Einbringung einer Drall-/Drehbewegung des Schmierstoffgemisches durch die Trapezform eben dieses sich besser verteilen kann.
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Ferner ist die Platzierung der Leitstruktur 14 zwischen zwei Käfigtaschen 18, welche jeweils einen Wälzkörper 7 aufnehmen. Dieser Bereich zwischen zwei Käfigtaschen 18 ist zwar festigkeitsnotwendig in absoluter Hinsicht für den Käfig 8, jedoch nicht die kritischste Stelle für die Festigkeit. Insofern stellt ist die Platzierung des Leitstruktur 14 in einem nicht für die Festigkeit notwendigen Bereich eine vorteilhafte Platzierung dar, da in diesem Bereich das Material des Käfigs 8 nicht weiter geschwächt wird und die zusätzlich eingebachte Leitstruktur 14 einen herkömmlichen Käfig 8 ergänzen und hinsichtlich des Schmierstoffgemisches optimieren kann, ohne die vorhandenen Dimensionen des Käfigs zu verändern.
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Auch kann durch die diskrete Platzierung der Leitstrukturen 14 eine Käfigführung nicht beeinträchtigen, sofern die von der Käfigführung entnommene Fläche - zur Platzierung der Leitstrukturen 14 - kleiner als die verbleibende Fläche zur Käfigführung ist. Die Opferung von Käfigführungsfläche ist im Sinne einer Platzierung der Leitstrukturen 14 „außerhalb“ des führungsnotwendigen Bereichs des Käfigs 8 sowie der tatsächlichen Platzierung der Leitstrukturen 14 außerhalb des führungsnotwendigen Bereichs des Käfigs 8 ohne Opferung von Führungsfläche - eine Käfigführung ist hier nicht dargestellt. Der Schwerpunkt des Ausdrucks „außerhalb“ des führungsnotwendigen Bereichs des Käfigs 8 liegt in der für die Führung notwendigen Fläche, welche auch durch die Platzierung der Leitstrukturen 14 unterbrochen oder gestückelt sein kann, weiterhin die initiale Funktion der Käfigführung erfüllen kann.
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Mit anderen Worten kann in dieser Ausführungsform eine Käfigführung realisiert sein, sofern die beispielsweise am Außenring 6 angeordnete Gegenfläche zur Käfigführung in Umfangsrichtung die Leitstrukturen 14 in ihrer umfangsseitigen Erstreckung überspannt. Insofern wäre hierbei eine Anordnung außerhalb des für die Kafigführung notwendigen Bereichs gegeben.
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2C zeigt einen Querschnitt durch den Käfig 8 nach 2B und 2D zeigt eine Detailansicht nach 2C.
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Insbesondere bei 2D ist eine Leitstruktur 14 in der Schnittdarstellung hinsichtlich der räumlichen Ausbildung in dieser Ausführungsform gut zu erkennen. Auf der Stirnseite des Käfigs 8, auf der die Käfigtaschen 18 durch den festigkeitsnotwendigen Bereich 15 geschlossen sind, weist die Leitstruktur 14 eine geometrische Einprägung 22 in axialer Richtung auf, welche zunächst das Schmierstoffgemisch bevorraten kann. Über die in axialer Richtung auf der äußeren Mantelflächenseite abfallende beziehungsweise ansteigende Rampe 23 wird der Spalt zur Durchführung des Schmierstoffgemisches gezielt vergrößert, um den Staudruck vom Spalt bis zum Aufnahmebereich der Einprägung 22 zu reduzieren und somit dem Schmierstoffgemisch einen besseren Durchsatz durch den Spalt zu ermöglichen. Der Spalt befindet sich hierbei zwischen der äußeren Mantelfläche des Käfigs 8 und dem Außenring 6. Die Rampe 23 ist somit Teil des Spalts.
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3A zeigt den Schmierstofffluss durch eine erfindungsgemäße Orbitallageranordnung 1 und 3B zeigt eine Detailansicht nach 3A.
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Das in der Kammer 13 angesammelte Schmierstoffgemisch tritt über die Stirnseite des Käfigs 8 mit der offenen Käfigtaschenseite der Käfigtasche 18 im Betrieb in das Orbitallager 7 ein. Gut zu erkennen in 3B ist die Ausbildung des Spalts zwischen der Innenumfangsfläche des Außenrings 6 und dem Käfig 8. Das Schmierstoffgemisch passiert die Lauffläche der Wälzkörper 7 und dringt in die Leitstruktur 14 ein. Die Rampe 23 begünstigt den Eintritt in die Leitstruktur 14 wonach schließlich das Schmierstoffgemisch in der geometrischen Einprägung 23 aufgesammelt und verteilt werden kann, um den Bereich zwischen dem Orbiallager 3 und dem Verdichterrad 17 zu schmieren. Weiter wird auch dadurch die Umströmung des Käfigs 8 verbessert - erkennbar entlang der Pfeile entgegen dem Uhrzeigersinn im Querschnitt des Käfigs 8 nach 3B.
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4A zeigt einen Käfig 8 mit symmetrisch ausgebildeten Leitstrukturen 14 einer erfindungsgemäßen Orbitallageranordnung 1 in einer ersten Perspektive und 4B zeigt den Käfig 8 nach 4A in einer weiteren Perspektive.
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Im Unterschied zur Ausführungsform nach 2A ist die Leitstruktur 14 symmetrisch zwischen zwei benachbarter Käfigtaschen 18 angeordnet. Auch die geometrische Ausprägung der Leitstruktur 14 ist über einer gedachten Symmetrielinie 24, die mittig zwischen zwei benachbarten Käfigtaschen 18 angeordnet und deren Position von eben denselben bestimmt ist, symmetrisch hinsichtlich der abgrenzenden Körperkanten der Leitstruktur 14. Die abgrenzenden Körperkanten der Leitstruktur 14 sind über diese Symmetrielinie 24 gespiegelt; wie in der 4A ersichtlich. Die somit charakteristisch ausgeprägte, symmetrische Leitstruktur 14 ist über den Umfang des Käfigs 8 derart gemustert angeordnet, dass sich stets zwischen zweier benachbarter Käfigtaschen 18 eine Leitstruktur 14 befindet.
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Nach den Darstellungen in den 2A, B und der dortigen Symmetrielinie 24 wird deutlich, dass es sich bei den Leitstrukturen 14 nach 2A und B um eine asymmetrische Ausbildung der Leitstruktur 14 - nicht gespiegelt - sowie um eine asymmetrische Platzierung zwischen den zwei Käfigtaschen 18 handelt.
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5A zeigt einen Käfig 8 mit schaufelartig ausgebildeten Leitstrukturen 14 einer erfindungsgemäßen Orbitallageranordnung 1 in einer ersten Perspektive und 5B zeigt den Käfig 8 nach 5A in einer Detailansicht im Querschnitt.
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Im Gegensatz zu den vorangestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung ist bei dem Ausführungsbeispiel nach 5A, B die Leitstruktur 14 auf der der Kammer 13 zugewandten Seite des Käfigs 8 angeordnet. Diese Leitstruktur 14 hat eine Schaufelform und fördert das Schmierstoffgemisch aus der Kammer 13 in das Orbitallager 3 hinein. Im Sinne der Erfindung soll der Durchfluss des Schmierstoffgemisches verbessert werden - dies erfolgt hierbei auf der Eintrittsseite des Schmierstoffgemisches in das Orbitallager 3, um dem Staudruck mit deutlich erhöhten Eintrittsvolumen zu begegnen, um das Schmierstoffgemisch auf die dem Verdichterrad 17 zugewandte Seite des Orbitallagers 3 zu fördern und den Durchsatz zu erhöhen. Die schaufelartigen Leitstrukturen 14 begünstigen sowohl das Aufsammeln des Schmierstoffgemisches in der Kammer 13 als auch das Einbringen des Schmierstoffgemisches in das Orbitallager 3 durch seine asymmetrische Form. In Drehrichtung des Wälzlagers 3 wird das Schmierstoffgemisch durch die besondere Schaufelgeometrie eingefangen und zur Außenmantelfläche des Käfigs 8 geleitet. Die Schaufelgeometrie übernimmt die Leitfunktion, um das Schmierstoffgemisch in das Orbitallager 3 einzubringen.
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Zu Verbesserung des Austritts des Schmierstoffgemisches aus dem Wälzlager 3 kann eine Leitstruktur 14 aus den vorangestellten Ausführungsbeispielen angeordnet sein. Diese Leitstrukturen 14 aus den vorangestellten Ausführungsbeispielen ergänzen wirkungsvoll die schaufelartigen Leitstrukturen 14 der 5A, B.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Orbitallageranordnung
- 2
- Verdichterspirale
- 3
- Wälzlager / Orbitallager
- 4
- Motorwelle
- 5
- Innenring
- 6
- Außenring
- 7
- Wälzkörper
- 8
- Käfig
- 9
- Auswuchtring
- 10
- Motorwellendrehachse
- 11
- Exzentrizität
- 12
- Ausleger
- 13
- Kammer
- 14
- Leitstruktur
- 15
- festigkeitsnotwendiger Bereich des Käfigs
- 16
- führungsnotwendiger Bereich des Käfigs
- 17
- Verdichterrad
- 18
- Käfigtasche
- 19
- Hauptwellenlager
- 20
- Gehäuse
- 21
- Dichtung
- 22
- geometrische Einprägung
- 23
- Rampe
- 24
- Symmetrielinie
