DE102022119370A1

DE102022119370A1 - Verfahren zum Wuchten einer beweglichen Baugruppe einer Verdrängermaschine

Info

Publication number: DE102022119370A1
Application number: DE102022119370.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Kohl; Christian Busch; Roman Lässer
Original assignee: OET GmbH
Current assignee: OET GmbH
Priority date: 2022-08-02
Filing date: 2022-08-02
Publication date: 2024-02-08
Also published as: WO2024027990A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wuchten einer beweglichen Baugruppe (10) einer Verdrängermaschine (100), insbesondere eines Scrollverdichters, wobei die Baugruppe (10) eine orbitierende Verdrängerspirale (11), eine Antriebswelle (12) und eine Ausgleichseinrichtung (13) aufweist, wobei die Ausgleichseinrichtung (13) wenigstens ein Ausgleichselement (14) mit einer Nabe (15) umfasst, auf der die orbitierende Verdrängerspirale (11) drehbar gelagert ist, wobei die Nabe (15) auf einem ersten Exzenterzapfen (16) der Antriebswelle (12) gelagert ist und das Ausgleichselement (14) eine exzentrisch angeordnete Durchgangsbohrung (17) aufweist, in der ein zweiter Exzenterzapfen (18) der Antriebswelle (12) angeordnet ist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:- Einbauen der beweglichen Baugruppe (10) in ein Verdrängergehäuse (101) der Verdrängermaschine (100) und Betreiben der Verdrängermaschine (100);- Bestimmen eines betriebsbedingten Drehwinkelversatzes des Ausgleichselements (14) der Ausgleichseinrichtung (13) in Bezug auf eine Ausgangslage vor dem Betrieb; und- Wuchten der Baugruppe (10) zum Ausgleichen von Fertigungstoleranzen, wobei zumindest ein Bestandteil der Baugruppe (10) angepasst wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wuchten einer beweglichen Baugruppe einer Verdrängermaschine, eine Verdrängermaschine nach dem Spiralprinzip sowie die Verwendung einer beweglichen Baugruppe zur Serienproduktion von Verdrängermaschinen nach dem Spiralprinzip.
Aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der auf die Anmelderin zurückgehenden DE 10 2020 121 442 A1 , sind Scrollverdichter bekannt, die einen Ausgleichsmechanismus umfassen. Der Ausgleichsmechanismus dient dazu, Fertigungstoleranzen auszugleichen und so sicherzustellen, dass zwei ineinander verschachtelte Verdrängerspiralen gut abdichtend aneinander anliegen. Zudem werden vorhandene Schwingungen, Vibrationen und Geräusche reduziert. Weitere Scrollverdichter mit solchen Ausgleichsmechanismen sind beispielsweise aus US 4,824,346 A und DE 10 2019 108 079 A1 bekannt.
Scrollverdichter umfassen herkömmlicherweise eine stationäre und eine orbitierende Verdrängerspirale. Im besten Fall führt die orbitierende Verdrängerspirale im Betrieb eine ideale, orbitierende Bewegung aus. Allerdings wurde in der Praxis festgestellt, dass Fertigungstoleranzen oder auch Pulsationen im Kältemittel, beispielsweise durch Ölschläge oder dergleichen, den Betrieb der orbitierenden Verdrängerspirale negativ beeinflussen. Dabei bewegt sich die Verdrängerspirale aus dem idealen Massenschwerpunkt heraus, woraus erhöhte Schwingungen, Vibrationen und Geräusche resultieren. Hinzukommend entstehen dadurch hohe Kräfte und somit erhöhter Verschleiß an den einzelnen Bauteilen, beispielsweise an den Lagern, des Scrollverdichters.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem Schwingungen, Vibrationen und Geräusche einer Verdrängermaschine nach dem Spiralprinzip reduziert werden, die Lebensdauer einer solchen Verdrängermaschine erhöht wird sowie eine kostengünstige Serienproduktion von Verdrängermaschinen ermöglicht wird. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine Verdrängermaschine nach dem Spiralprinzip und die Verwendung einer beweglichen Baugruppe zur Serienproduktion von Verdrängermaschinen nach dem Spiralprinzip bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf das Verfahren durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich der Verdrängermaschine wird die Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 11 und hinsichtlich der Verwendung durch den Gegenstand des Anspruchs 13 geöst.
Konkret wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Wuchten einer beweglichen Baugruppe einer Verdrängermaschine, insbesondere eines Scrollverdichters gelöst. Die Baugruppe weist eine orbitierende Verdrängerspirale, eine Antriebswelle und eine Ausgleichseinrichtung auf. Die Ausgleichseinrichtung umfasst wenigstens ein Ausgleichselement mit einer Nabe, auf der die orbitierende Verdrängerspirale drehbar gelagert ist, wobei die Nabe auf einem ersten Exzenterzapfen der Antriebswelle gelagert ist. Das Ausgleichselement weist eine exzentrisch angeordnete Durchgangsbohrung auf, in der ein zweiter Exzenterzapfen der Antriebswelle angeordnet ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Wuchten der beweglichen Baugruppe umfasst folgende Schritte:

- Einbauen der beweglichen Baugruppe in ein Verdrängergehäuse der Verdrängermaschine und Betreiben der Verdrängermaschine;
- Bestimmen eines betriebsbedingten Drehwinkelversatzes des Ausgleichselements der Ausgleichseinrichtung in Bezug auf eine Ausgangslage vor dem Betrieb; und
- Wuchten der Baugruppe zum Ausgleichen von Fertigungstoleranzen, wobei zumindest ein Bestandteil, insbesondere zumindest ein Auswuchtelement für die Antriebswelle, der Baugruppe angepasst wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorteilhaft eine betriebsbedingt entstehende Unwucht der beweglichen Baugruppe korrigierbar, sodass Schwingungen, Vibrationen sowie Geräusche („NHV-Werte“) einer Verdrängermaschine reduziert sind. Des Weiteren werden durch die Korrektur der betriebsbedingten Unwucht der Baugruppe auftretende Kräfte und Verschleiß verringert.
In der Praxis hat sich herausgestellt, dass sich im Betrieb der Verdrängermaschine die orbitierende Verdrängerspirale aus ihrem idealen, d.h. vordefinierten, Masseschwerpunkt herausbewegt. Dies erfolgt aufgrund von Fertigungstoleranzen sowie im Betrieb auftretenden Einflüssen, beispielsweise aufgrund von Pulsationen in einem Kältemittel. Dabei verschiebt sich die Masseschwerpunktlage des Ausgleichselements derart, dass eine Unwucht im Betrieb der Baugruppe entsteht.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der betriebsbedingte Drehwinkelversatz des Ausgleichselements ermittelt. Dies hat den großen Vorteil, dass das Wuchten der beweglichen Baugruppe unter Berücksichtigung von realen Betriebsbedingungen erfolgt. So kann jeweils für einen bestimmten Typ einer Verdrängermaschine eine vorgewuchtete, insbesondere vorkorrigierte, bewegliche Baugruppe hergestellt werden. Hinsichtlich der Serienproduktion bringt dies den Vorteil mit sich, dass es ausreicht, eine einzige bewegliche Baugruppe eines Verdrängermaschinentyps vor zu wuchten, um anschließend eine Vielzahl von vorkorrigierten, gewuchteten beweglichen Baugruppen herzustellen.
Die Bestimmung des betriebsbedingten Drehwinkelversatzes erfolgt vorzugsweise durch Messen der Winkelverdrehung des Ausgleichselements der Ausgleichseinrichtung und/oder der orbitierenden Verdrängerspirale in Bezug auf eine gewuchtete Drehwinkellage vor dem Betrieb der Verdrängermaschine. Zur Bestimmung des erforderlichen Drehwinkelversatzes des Ausgleichselements können weitere Einflüsse bzw. Parameter herangezogen werden.
Vorzugsweise wird bei dem Bestimmungsschritt des Verfahrens der Drehwinkelversatz des Ausgleichselements der Ausgleichseinrichtung um eine Mittelachse J der Nabe der Ausgleichseinrichtung bestimmt.
Beim Wuchten wird ein Bestandteil der beweglichen Baugruppe angepasst. Mit anderen Worten können beim Wuchten die Antriebswelle, die orbitierende Verdrängerspirale und/oder die Ausgleichseinrichtung, insbesondere das Ausgleichselement, angepasst werden. Besonders bevorzugt aber wird beim Wuchten der beweglichen Baugruppe wenigstens ein separates Auswuchtelement vorgesehen, das den betriebsbedingten Drehwinkelversatz des Ausgleichselements der Ausgleichseinrichtung kompensiert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist somit die Baugruppe wenigstens ein Auswuchtelement für die Antriebswelle auf, das angepasst wird, um die Baugruppe zu wuchten. Das Auswuchtelement ist somit vorzugsweise dazu angepasst, die Masseschwerpunktverschiebung auszugleichen. Das angepasste Auswuchtelement wird zum Wuchten der Baugruppe mit der Antriebswelle direkt oder indirekt drehfest verbunden. Bevorzugt wird beim Wuchten der Baugruppe die Lage des Masseschwerpunkts des Ausgleichselements der Ausgleichseinrichtung um einen Drehwinkel zwischen 1 bis 10 Grad, insbesondere zwischen 2 bis 8 Grad, um die Mittelachse J der Nabe versetzt.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die bewegliche Baugruppe vor dessen Einbau außerhalb des Verdrängergehäuses gewuchtet. Die Bestandteile der Baugruppe befinden sich somit vor dem Einbau in das Verdrängerhäuse in vordefinierten Lagen bzw. Positionen. Das bedeutet, dass bspw. die Drehwinkellage des Auswuchtelements, die Drehwinkellage des Ausgleichselements der Ausgleichseinrichtung und/oder die Drehwinkellage der orbitierenden Verdrängerspirale um die Mittelachse J der Nabe, insbesondere deren Masseschwerpunktlagen, vordefiniert werden. Nach dem „Vor-"wuchten der beweglichen Baugruppe befinden sich die Bestandteile der Baugruppe in den gewuchteten Ausgangslagen. Die Ausgangslage dient als Referenzlage zur Bestimmung des betriebsbedingten Drehwinkelversatzes des Ausgleichselements nach dem Betreiben der Verdrängermaschine.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der betriebsbedingte Drehwinkelversatz des Ausgleichselements der Ausgleichseinrichtung im eingebauten Zustand oder ausgebauten Zustand der Baugruppe bestimmt. Es sind somit zumindest zwei Varianten bei der Bestimmung des Drehwinkelversatzes möglich. Bei der ersten Variante wird die Baugruppe nach einem Betreiben aus dem Verdichtergehäuse ausgebaut und anschließend die Drehwinkellage der Bestandteile der Baugruppe, insbesondere des Ausgleichselements der Ausgleichseinrichtung, in Bezug auf deren Ausgangslage ermittelt. Bei einer zweiten Variante erfolgt die Bestimmung der Drehwinkellage der Bestandteile der Baugruppe, insbesondere des Ausgleichselements der Ausgleichseinrichtung, nach dem Betreiben innerhalb des Verdrängergehäuses, das heißt im eingebauten Zustand. Dies kann beispielsweise mittels Sensoren erfolgen. Anderen Varianten zur Ermittlung der Drehwinkellage der einzelnen Bestandteile und somit des betriebsbedingten Drehwinkelversatzes sind möglich. Bei dieser Ausführungsform ist von Vorteil, dass der genaue Grad der Masseschwerpunktverschiebung bestimmt wird und auf Basis dieser Erkenntnis Gegenmaßnahmen zum Ausgleich getätigt werden können, um für die Serienproduktion vorkorrigierte, insbesondere vorgewuchtete, Baugruppen herzustellen.
Vorzugsweise werden geometrische Daten, insbesondere Lage- und/oder Konstruktionsdaten, der gewuchteten Baugruppe, insbesondere des angepassten Auswuchtelements, ermittelt und auf Basis der geometrischen Daten Baugruppen mit einer vorkorrigierten Masseschwerpunktlage für die Serienproduktion hergestellt. Dies hat den Vorteil, dass die Verfahrensschritte zum Wuchten der Baugruppe nur einmal und zwar am Anfang der Serienproduktion eines Verdrängermaschinentyps notwendig sind. Alle weiteren Baugruppen desselben Verdrängermaschinentyps können durch den ermittelten Drehwinkelversatz des Ausgleichselements mit vorkorrigierten Auswuchtelementen hergestellt werden. Dies spart Zeit und Kosten.
Um die Lage des Masseschwerpunkts des Ausgleichselements anzupassen, wird vorzugsweise das Ausgleichselement mechanisch nachbearbeitet. Beispielsweise wird an dem Ausgleichselement zumindest abschnittsweise Material abgetragen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das wenigstens eine angepasste Auswuchtelement an einer definierten Position der Baugruppe angeordnet, um die Unwucht der Antriebswelle auszugleichen. Es kann dabei zweckdienlich sein, wenigstens zwei Auswuchtelemente an unterschiedlichen Positionen der Baugruppe anzuordnen. Das (jeweilige) Auswuchtelement kann an der Antriebswelle angeordnet werden. Besonders bevorzugt wird das (jeweilige) Auswuchtelement an einem mit der Antriebswelle drehfest gekoppelten Rotor eines Elektromotors angeordnet. Bei dieser Ausführungsform wird die betriebsbedingte Masseschwerpunktverschiebung des Ausgleichselements der Ausgleichseinrichtung durch einfache und effektive Mittel ausgeglichen. Das Auswuchtelement kann alternativ als Auswuchtgewicht bezeichnet werden.
Besonders bevorzugt wird das angepasste Auswuchtelement derart an der Baugruppe angeordnet, dass es sich zumindest abschnittsweise um die Antriebswelle erstreckt und von einem axialen Ende, insbesondere einer Stirnseite, der Antriebswelle axial beabstandet angeordnet ist. Dies hat einen positiven Effekt auf den Rundlauf der Antriebswelle und somit auf die Schwingungs-, Vibrations- und Geräuschentwicklung im Betrieb der Verdrängermaschine. Es ist möglich, dass mehrere des Auswuchtelements um die Antriebswelle verteilt oder in Elementgruppen angeordnet sind.
Zusätzlich oder alternativ kann an dem Auswuchtelement zumindest abschnittsweise Material hinzugefügt werden. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass an dem Ausgleichselement der Ausgleichseinrichtung zumindest abschnittsweise Material abgetragen und/oder hinzugefügt wird. Durch die Anpassung des Auswuchtelements wird der betriebsbedingten Masseschwerpunktverschiebung entgegengewirkt, sodass Schwingungen, Vibrationen und Geräusche verringert werden.
Das Auswuchtelement kann mit wenigstens einer Ausnehmung und/oder einer Bohrung versehen werden, um der bestimmten Masseschwerpunktverschiebung des Ausgleichselements der Ausgleichseinrichtung auszugleichen. Beispielsweise kann das Auswuchtelement wenigstens eine punktuelle Ausnehmung oder wenigstens eine flächige Ausnehmung aufweisen. Es ist möglich, das das Auswuchtelement mehrere Ausnehmungen und/oder mehrere Bohrungen aufweist.
Nach einem nebengeordneten Aspekt betrifft die Erfindung eine Verdrängermaschine nach dem Spiralprinzip, insbesondere Scrollverdichter, mit einer beweglichen Baugruppe, die eine orbitierende Verdrängerspirale, eine Antriebswelle mit wenigstens einem Auswuchtelement und eine Ausgleichseinrichtung mit wenigstens einem Ausgleichselement umfasst. Das Ausgleichselement weist eine Nabe mit einer Mittelachse J auf, wobei die orbitierende Verdrängerspirale auf der Nabe drehbar gelagert ist. Die Nabe ist auf einem ersten Exzenterzapfen der Antriebswelle gelagert. Das Ausgleichselement weist eine exzentrisch angeordnete Durchgangsbohrung auf, in der ein zweiter Exzenterzapfen der Antriebswelle angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist ein Masseschwerpunkt des Ausgleichselements um eine Mittelachse J der Nabe in Bezug auf eine Lage eines gemeinsamen Masseschwerpunkts der Antriebswelle und der orbitierenden Verdrängerspirale um mindestens 2 Grad drehwinkelversetzt.
Bevorzugt ist ein Masseschwerpunkt des Ausgleichselements der Ausgleichseinrichtung um eine Mittelachse J der Nabe in Bezug auf eine Lage eines gemeinsamen Massenschwerpunkts der Antriebswelle und der orbitierenden Verdrängerspirale um mindestens 2 Grad bis 10 Grad, insbesondere mindestens 2 bis 8 Grad, drehwinkelversetzt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verdrängermaschine ist das Auswuchtelement dazu angepasst, den Masseschwerpunkt des Ausgleichselements um die Mittelachse J der Nabe um einen Drehwinkel von mindestens 2 Grad zu versetzen.
Nach einem weiteren nebengeordneten Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung einer beweglichen Baugruppe zur Serienproduktion von Verdrängermaschinen nach dem Spiralprinzip, insbesondere von Scrollverdichtern, wobei die Baugruppe nach einem erfindungsgemäßen Verfahren gewuchtet wurde.
Hinsichtlich der Verdrängermaschine und der Verwendung wird auf die im Zusammenhang mit dem Verfahren erläuterten Vorteile verwiesen. Darüber hinaus kann die Verdrängermaschine alternativ oder zusätzlich einzelne oder eine Kombination mehrerer zuvor in Bezug auf das Verfahren genannter Merkmale aufweisen.
Die Erfindung wird nachstehend mit weiteren Einzelheiten unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die dargestellte Ausführungsform stellt schematisch ein Beispiel dar, wie die erfindungsgemäße Verdrängermaschine ausgestaltet sein kann.
In diesen zeigen,

1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Verdrängermaschine nach dem Spiralprinzip mit einer beweglichen Baugruppe nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel;
2 einen Längsschnitt durch einen Teilbereich der Verdrängermaschine nach 1, in dem sich die bewegliche Baugruppe befindet;
3 eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Ausgleichsmechanismus nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel;
4 eine perspektivische Darstellung des Ausgleichsmechanismus nach 3 in einem montierten Zustand;
5 eine Vorderansicht des Ausgleichsmechanismus nach 3;
6 eine Vorderansicht der beweglichen Baugruppe der Verdrängermaschine nach 1, wobei zumindest die orbiterende Verdrängerspirale ausgeblendet ist; und
7 eine Rückansicht der beweglichen Baugruppe nach 6.

In 1 ist ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Verdrängermaschine 100 nach dem Spiralprinzip gezeigt. Mit anderen Worten ist in 1 ein erfindungsgemäßer Scrollverdichter dargestellt.
Die Verdrängermaschine 100 weist gemäß 1 ein Verdichtergehäuse 101 auf, an welches ein Elektronikgehäuse 102 angeschlossen ist. In dem Verdichtergehäuse 101 ist eine bewegliche Baugruppe 10 angeordnet. Die bewegliche Baugruppe 10 weist eine im Betrieb orbitierende Verdrängerspirale 11, eine Antriebswelle 12 und einen Ausgleichsmechanismus auf, auf den später näher eingegangen wird. Innerhalb des Verdichtergehäuses 101 ist ein Elektromotor 103 angeordnet, der die Antriebswelle 12 antreibt. Wie in 2 sowie 7 gut erkennbar, ist der Rotor 104 des Elektromotors 103 mit der Antriebswelle 12 drehfest verbunden.
Die Antriebswelle 12 wirkt über einen Exzenter-Mechanismus auf die orbitierende Verdrängerspirale 11. Die orbitierende Verdrängerspirale 11 greift dabei in eine stationäre Verdrängerspirale 21 ein, wobei durch den Eingriff und die orbitierende Bewegung variable Verdichtungskammern zwischen den Spiralwänden der Verdrängerspiralen 11, 21 entstehen.
Der Exzenter-Mechanismus zwischen der Antriebswelle 12 und der orbitierenden Verdrängerspirale 11 ist als Teil eines Ausgleichsmechanismus ausgeführt, der später anhand der 3 bis 5 näher beschrieben wird.
Die Verdrängermaschine 100 gemäß 1 weist ein Scrolllager 22, das zwischen einer Nabe 15 und der orbitierenden Verdrängerspirale 11 angeordnet ist. Im vorliegenden Fall ist das Scrolllager 22 ein Kugellager 22a. Alternativ kann das Scrolllager 22 ein Gleitlager sein. Andere Lagertypen des Scrolllagers 22 sind möglich.
Der vorgenannte Ausgleichsmechanismus umfasst eine Ausgleichseinrichtung 13, die die Antriebswelle 12 im Wesentlichen mit der orbitierenden Verdrängerspirale 11 verbindet. Wie in den 2 bis 5 gut erkennbar, ist die Ausgleichseinrichtung 13 einteilig ausgebildet. Konkret weist die Ausgleichseinrichtung 13 ein Ausgleichselement 14 und eine Nabe 15 auf, die mit dem Ausgleichselement 14 einstückig ausgebildet ist. Die Nabe 15 ist auf einem ersten Exzenterzapfen 16 der Antriebswelle 12 angeordnet. Die Nabe 15 weist dazu eine Nabenbohrung 23 auf, in welche der erste Exzenterzapfen 16 eingreift. Zwischen dem ersten Exzenterzapfen 16 und der Nabenbohrung 23 kann ein Gleitlager oder ein Nadellager ausgebildet sein. Andere Lagertypen sind möglich.
Die Nabe 15 umfasst ein Aufnahmesegment 24 für das Scrolllager 21. Das Aufnahmesegment 24 ist der orbitierenden Verdrängerspirale 11 zugewandt und trägt das Scrolllager 22. Das Aufnahmesegment 24 weist eine zylinderförmige Außenkontur auf.
Auf einer der Antriebswelle 12 zugewandten Seite ist die Nabe 15 mit dem Ausgleichselement 14 verbunden. Die Nabe 15 ist mit dem Ausgleichselement 14 einstückig ausgebildet. Mit anderen Worten ist das Ausgleichselement 14 einteilig ausgebildet, wobei die Nabe 15 Teil des Ausgleichselements 14 ist.
Das Ausgleichselement 14 weist ferner eine Ausgleichsmasse 25 auf, die sich im Wesentlichen halbringförmig bzw. bogenförmig erstreckt. Konkreter weist die Nabe 15 eine Mittelachse J auf, um die sich die Ausgleichsmasse 25 bogenförmig erstreckt. Die Ausgleichsmasse 25 ragt in Längsrichtung der Mittelachse J über die Nabe 15 vor. Konkret erstreckt sich die Ausgleichsmasse 25 in Richtung der Antriebswelle 12 über die Nabe 15 hinaus. Zwischen der Ausgleichsmasse 25 und der Nabe 15 ist ein Stegabschnitt 26 ausgebildet. Der Stegabschnitt 26 verbindet dabei die Ausgleichsmasse 25 mit der Nabe 15. In 3 und 4 ist zu sehen, dass der Stegabschnitt 26 im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildet ist. Der Stegabschnitt 26 weist zur Antriebswelle 12 hin eine kürzere Erstreckung auf, als die Ausgleichsmasse 25. Gemäß 2 ist erkennbar, dass der Stegabschnitt 26 auf einer Stirnseite 27 der Antriebswelle 12 angeordnet ist. Die Ausgleichsmasse 25 hingegen ist größtenteils radial außen an der Antriebswelle 12 angeordnet. Dabei ist ein Spalt zwischen der Antriebswelle 12 und der Ausgleichsmasse 25 vorgesehen.
Im Stegabschnitt 26 ist ferner eine Durchgangsbohrung 17 angeordnet, die sich durch den Stegabschnitt 26 hindurch erstreckt. Die Durchgangsbohrung 17 erstreckt sich konkret parallel zur Mittelachse J der Nabe 15. Die Durchgangsbohrung 17 nimmt einen zweiten Exzenterzapfen 18 der Antriebswelle 12 auf. Der Durchmesser der Durchgangsbohrung 17 ist größer als der Außendurchmesser des zweiten Exzenterzapfens 18. Mit anderen Worten ist ein Spalt 28 zwischen dem zweiten Exzenterzapfen 18 und der Durchgangsbohrung 17 vorgesehen. Im Wesentlichen erhält das Ausgleichselement 14 durch den Spalt 28 eine gewisse Bewegungsfreiheit.
Wie im montierten Zustand der Ausgleichseinrichtung 13 gemäß 4 gezeigt ist, greift der erste Exzenterzapfen 16 in die Nabenbohrung 23 und der zweite Exzenterzapfen 18 in die Durchgangsbohrung 17 ein. Der erste Exzenterzapfen 16 erstreckt sich dabei über das Ausgleichselement 14 hinaus, endet aber innerhalb der Nabenbohrung 23. Der zweite Exzenterzapfen 18 endet innerhalb der Durchgangsbohrung 17, erstreckt sich somit nicht über die Durchgangsbohrung 17 hinaus.
5 zeigt in einer Vorderansicht der Ausgleichseinrichtung 13 die Lage der unterschiedlichen Achsen, die für die Bewegung des Ausgleichsmechanismus entscheidend sind. Die Antriebswelle 12 weist eine Mittelachse S auf, die die Drehachse der Antriebswelle 12 bildet.
Die Nabe 15 weist eine Mittelachse J auf, die sich mittig durch die Nabe 15 erstreckt. Die Nabenbohrung 23 der Nabe 15 ist exzentrisch in der Nabe 15 ausgebildet. Eine Mittelachse der Nabenbohrung 23 bildet die Drehachse P der Nabe 15 bzw. des Ausgleichselements 14. Das Ausgleichselement 14 dreht folglich um die Drehachse P, die durch die Mittelachse der Nabenbohrung 23 bzw. die Mittelachse des ersten Exzenterzapfens 16 definiert ist. Die Durchgangsbohrung 17 weist eine Mittelachse Q auf, die parallel zur Mittelachse S der Antriebswelle 12 bzw. parallel zur Mittelachse der Nabenbohrung 23 verläuft.
Die Drehachse P des Ausgleichselements 14 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel von der Mittelachse J der Nabe 15 (nur) in einer ersten Querrichtung versetzt. Mit anderen Worten ist die Nabenbohrung 23 exzentrisch, insbesondere seitlich versetzt, zur Mittelachse J der Nabe 15 ausgerichtet, so dass die Drehachse P des Ausgleichselements 14 außerhalb der Mittelachse J der Nabe 15 angeordnet ist.
Die Mittelachse Q der Durchgangsbohrung 17 ist von der Mittelachse J der Nabe 15 in einer ersten und einer zweiten Querrichtung versetzt. Mit anderen Worten ist die Durchgangsbohrung 17 exzentrisch, insbesondere seitlich versetzt, zur Mittelachse J der Nabe 15 ausgerichtet, so dass die Mittelachse Q der Durchgangsbohrung 17 außerhalb der Mittelachse J der Nabe 15 angeordnet ist. Zwischen den beiden Mittelachsen J, S ist eine gedachte Verbindungsgerade gebildet, von der die Drehachse P der Nabenbohrung 23 und die Mittelachse Q der Durchgangsbohrung 17 in entgegengesetzter Richtung versetzt sind. Die beiden Achsen P, Q liegen also auf unterschiedlichen Seiten der Verbindungsgerade.
Das Ausgleichselement 14 weist ferner einen Masseschwerpunkt 19 auf, der sich im Stegabschnitt 26 befindet. Der Masseschwerpunkt 19 liegt vorzugsweise radial außerhalb der Durchgangsbohrung 17 bzw. der Mittelachse Q der Durchgangsbohrung 17, wobei „radial außerhalb“ bezogen auf die Drehachse P des Ausgleichselements 14 zu verstehen ist. Insbesondere bildet der Versatz der Durchgangsbohrung 17 von der gedachten Verbindungsgerade einen Drehwinkelversatz um die Mittelachse J der Nabe 15 derart ab, dass der Masseschwerpunkt 19 des Ausgleichselements 14 in Bezug auf eine Lage eines gemeinsamen Masseschwerpunkts 19 der Antriebswelle 12 und der orbitierenden Verdrängerspirale 11 um mindestens 2 Grad drehwinkelversetzt ist. Bevorzugt beträgt der Drehwinkelversatz von 2 bis 10 Grad, besonders bevorzugt von 2 bis 8 Grad. Der Drehwinkelversatz kann auch in einem Bereich von 2 bis 6 Grad liegen.
Dieser Drehwinkelversatz des Ausgleichselements 14 der Ausgleichseinrichtung 13 wird durch Auswuchtelemente 20a, 20b kompensiert, um eine sich im Betrieb einstellende Masseschwerpunktverschiebung der beweglichen Baugruppe 10 auszugleichen. Mit anderen Worten umfassen die Auswuchtelemente 20a, 20b Ausgleichsmassen, die die betriebsbedingte Unwucht der beweglichen Baugruppe 10 korrigieren. Solche Auswuchtelement 20a, 20b sind in den 6 und 7 gezeigt.
Konkret zeigen die 6 und 7 zwei Auswuchtelemente 20a, 20b, die an dem Rotor 104 des Elektromotors 103 angeordnet sind. Dabei ist ein erstes Auswuchtelement 20a auf einer ersten Stirnseite 32 des Rotors 103 und ein zweites Auswuchtelement 20b auf einer zweiten Stirnseite 33 des Rotors 103 angeordnet. Die erste Stirnseite 32 ist der orbitierenden Verdrängerspirale 11 zugewandt und die zweite Stirnseite 33 von der orbitierenden Verdrängerspirale 11 abgewandt.
Gemäß den 1 und 2 ist die Anordnung der beiden Auswuchtelemente 20a, 20b an den Stirnseiten 32, 33 des Rotors 104 gut erkennbar, wobei exemplarisch eine Drehstellung der Antriebswelle 12 mit Rotor 104 im Stillstand der Verdrängermaschine 100 gezeigt ist. Die Auswuchtelemente 20a, 20b sind somit an dem Rotor 104 einander gegenüber angeordnet. Die Auswuchtelemente 20a, 20b sind zusätzlich in Bezug auf die Mittelachse S der Antriebswelle 12 wechselseitig, d.h. gegenüberliegend angeordnet. Mit anderen Worten sind die beiden Auswuchtelemente 20a, 20b um die Drehachse S der Antriebswelle 12 drehwinkelversetzt.
In 6 und 7 ist gut erkennbar, dass die Auswuchtelemente 20a, 20b bogenförmig ausgebildet sind. Mit anderen Worten sind die Auswuchtelemente 20a, 20b abschnittsweise ringförmig ausgebildet. Die Auswuchtelemente 20a, 20b erstrecken sich jeweils über einen Umfangsabschnitt der Antriebswelle 12. Konkret sind die Auswuchtelemente 20a, 20b um die Antriebswelle 12 teilweise umlaufend ausgebildet.
Die Auswuchtelemente 20a, 20b füllen in radialer Richtung die jeweilige Stirnseite 32, 33 des Rotors 104 aus. Die Stirnseiten 32, 33 des Rotors 104 weisen Stirnflächen auf, an denen die Auswuchtelemente 20a, 20b angeordnet sind. Die Auswuchtelemente 20a, 20b weisen ferner Ausnehmungen 29 auf, die vorzugsweise jeweils einen Bereich um ein Verbindungselement der beiden Stirnseiten 32, 33 aussparen. Die Ausnehmungen 29 sind radial innen offen. Mit anderen Worten sind die Ausnehmungen 29 zur Antriebswelle 12 hin offen ausgebildet. Die Ausnehmungen 29 sind abschnittsweise halbkreisförmig ausgebildet. Konkreter erstrecken sich die Auswuchtelemente 20a, 20b in Umfangsrichtung um die Antriebswelle 12 innerhalb eines Winkelbereichs von 0 bis 180 Grad.
Es ist möglich, dass die Auswuchtelemente 20a, 20b jeweils eine einzige Ausnehmung 29 umfassen. Die Auswuchtelemente 20a, 20b können aber auch mehr als zwei Ausnehmungen 29 aufweisen.
Des Weiteren weisen die Auswuchtelemente 20a, 20b mehrere Bohrungen 31 auf. Konkret weist das erste Auswuchtelement 20a insgesamt drei Bohrungen 31 auf. Das zweite Auswuchtelement 20b weist insgesamt zwei Bohrungen 31 auf. Die Bohrungen 31 verlaufen parallel zur Drehachse S der Antriebswelle 12 durch die Auswuchtelemente 20a, 20b.
Der Rotor 104 des Elektromotors 103 weist, wie in 1, 2 sowie 6 und 7 gezeigt, je Bohrung 31 einen Aufnahmezapfen 34 auf. Die Auswuchtelemente 20a, 20b sind auf die Aufnahmezapfen 34 des Rotors 104 gesteckt. Das erste Auswuchtelement 20a weist insgesamt drei der Aufnahmezapfen 34 auf. Das zweite Auswuchtelement 20b weist zwei der Aufnahmezapfen 34 auf. Über die Aufnahmezapfen 34 sind die Auswuchtelemente 20a, 20b mit dem Rotor 104 drehfest verbunden. Die Auswuchtelemente 20a, 20b können auf die Aufnahmezapfen 34 gepresst sein. Die Aufnahmezapfen 34 sind derart ausgebildet, dass diese in der zugehörigen Bohrung 31 der Auswuchtelemente 20a, 20b enden, d.h. insbesondere nicht über die Auswuchtelemente 20a, 20b vorstehen.
Im Folgenden wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Wuchten der beweglichen Baugruppe 10 bzw. zum Ausgleichen einer betriebsbedingten Masseschwerpunktverschiebung der beweglichen Baugruppe 10 beschrieben.
In einem ersten Verfahrensschritt wird die bewegliche Baugruppe 10 vor dem Einbau in das Verdrängergehäuse 101 vormontiert und gewuchtet. Anschließend wird die Baugruppe 10 in das Verdrängergehäuse 101 eingebaut und die Verdrängermaschine 100 betrieben. Durch den Betrieb stellt sich durch Verdrehen eine dauerhafte Masseschwerpunktverschiebung des Ausgleichselements 14 der Ausgleichseinrichtung 13 ein. Dieser Drehwinkelversatz des Ausgleichselements 14 wird anschließend in Bezug auf eine Ausgangslage vor dem Betrieb ermittelt. Der Drehwinkelversatz des Ausgleichselements 14 wird konkret um die Mittelachse J der Nabe 15 des Ausgleichselements 14 erfasst. Der Drehwinkelversatz des Ausgleichselements 14 kann im eingebauten Zustand der Baugruppe 10 oder im ausgebauten Zustand der Baugruppe 10 erfolgen.
Als nächster Verfahrensschritt erfolgt ein Wuchten der Baugruppe 10, wobei die beiden Auswuchtelemente 20a, 20b derart angepasst und an dem Rotor 104 positioniert werden, dass die Masseschwerpunktverschiebung durch Verdrehen des Ausgleichselements 14 korrigiert wird. Die Auswuchtelemente 20a, 20b werden dabei an den Stirnseiten 32, 33 des Rotors 104 abhängig von dem ermittelten Drehwinkelversatz des Ausgleichselements 14 in einer definierten Lage um die Drehachse S der Antriebswelle 12 angeordnet. Dadurch wird die Unwucht der Antriebswelle 12 ausgeglichen, sodass eine signifikante Reduktion von Schwingungen innerhalb einer Verdrängermaschine 100 und eine Reduzierung von Vibrationen und Geräuschen erfolgt.
Um die bewegliche Baugruppe 10 für die Serienproduktion der Verdrängermaschine 100 mit einer vorkorrigierten Masseschwerpunktlage herzustellen, werden geometrische Daten, insbesondere Lage- und/oder Konstruktionsdaten, der final gewuchteten Baugruppe 10 ermittelt und darauf basierend die Auswuchtelemente 20a, 20b entsprechend angepasst.
Es ist möglich, dass die Auswuchtelemente 20a, 20b dazu mechanisch bearbeitet werden. Dabei kann an den Auswuchtelementen 20a, 20b zumindest teilweise Material abgetragen und/oder hinzugefügt werden.
Bezugszeichenliste

10: bewegliche Baugruppe
11: orbitierende Verdrängerspirale
12: Antriebswelle
13: Ausgleichseinrichtung
14: Ausgleichselement
15: Nabe
16: erster Exzenterzapfen
17: Durchgangsbohrung
18: zweiter Exzenterzapfen
19: Massenschwerpunkt des Ausgleichselements
20a: erstes Auswuchtelement
20b: zweites Auswuchtelement
21: stationäre Verdrängerspirale
22: Scrolllager
22a: Kugellager
23: Nabenbohrung
24: Aufnahmesegment
25: Ausgleichsmasse
26: Stegabschnitt
27: Stirnseite
28: Spalt
29: Ausnehmung
31: Bohrung
32: erste Stirnseite des Rotors
33: zweite Stirnseite des Rotors
34: Aufnahmezapfen des Rotors
100: Verdrängermaschine
101: Verdrängergehäuse
102: Elektronikgehäuse
103: Elektromotor
104: Rotor
J: Mittelachse der Nabe
S: Mittelachse der Antriebswelle
P: Drehachse der Nabe
Q: Mittelachse der Durchgangsbohrung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102020121442 A1 [0002]
US 4824346 A [0002]
DE 102019108079 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Wuchten einer beweglichen Baugruppe (10) einer Verdrängermaschine (100), insbesondere eines Scrollverdichters, wobei die Baugruppe (10) eine orbitierende Verdrängerspirale (11), eine Antriebswelle (12) und eine Ausgleichseinrichtung (13) aufweist, wobei die Ausgleichseinrichtung (13) wenigstens ein Ausgleichselement (14) mit einer Nabe (15) umfasst, auf der die orbitierende Verdrängerspirale (11) drehbar gelagert ist, wobei die Nabe (15) auf einem ersten Exzenterzapfen (16) der Antriebswelle (12) gelagert ist und das Ausgleichselement (14) eine exzentrisch angeordnete Durchgangsbohrung (17) aufweist, in der ein zweiter Exzenterzapfen (18) der Antriebswelle (12) angeordnet ist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: - Einbauen der beweglichen Baugruppe (10) in ein Verdrängergehäuse (101) der Verdrängermaschine (100) und Betreiben der Verdrängermaschine (100); - Bestimmen eines betriebsbedingten Drehwinkelversatzes des Ausgleichselements (14) der Ausgleichseinrichtung (13) in Bezug auf eine Ausgangslage vor dem Betrieb; und - Wuchten der Baugruppe (10) zum Ausgleichen von Fertigungstoleranzen, wobei zumindest ein Bestandteil der Baugruppe (10) angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe (10) wenigstens ein Auswuchtelement (20a, 20b) für die Antriebswelle (12) aufweist, das zum Wuchten der Baugruppe (10) angepasst wird und mit der Antriebswelle (12) direkt oder indirekt drehfest verbunden ist/wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe (10) vor dessen Einbau außerhalb des Verdrängergehäuses (101) gewuchtet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der betriebsbedingte Drehwinkelversatz des Ausgleichselements (14) der Ausgleichseinrichtung (13) im eingebauten Zustand oder ausgebauten Zustand der Baugruppe (10) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass geometrische Daten, insbesondere Lage- und/oder Konstruktionsdaten, der gewuchteten Baugruppe (10), insbesondere des angepassten Auswuchtelements (20a, 20b), ermittelt werden und auf Basis der geometrischen Daten Baugruppen (10) mit einer vorkorrigierten Masseschwerpunktlage für die Serienproduktion hergestellt werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass das angepasste Auswuchtelement (20a, 20b) an einem mit der Antriebswelle (12) drehfest gekoppelten Rotor (104) eines Elektromotors (103) angeordnet ist/wird, um die Unwucht auszugleichen.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass sich das angepasste Auswuchtelement (20a, 20b) zumindest abschnittsweise um die Antriebswelle (12) erstreckt und von einem axialen Ende, insbesondere einer Stirnseite (27), der Antriebswelle (12) axial beabstandet angeordnet ist/wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass das Auswuchtelement (20a, 20b) mechanisch nachbearbeitet wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass an dem Auswuchtelement (20a, 20b) zumindest abschnittsweise Material abgetragen und/oder Material hinzugefügt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass das Auswuchtelement (20a, 20b) mit wenigstens einer Ausnehmung (29) und/oder einer Bohrung (31) versehen wird.
Verdrängermaschine (100) nach dem Spiralprinzip, insbesondere Scrollverdichter, mit einer beweglichen Baugruppe (10), die eine orbitierende Verdrängerspirale (11), eine Antriebswelle (12) mit wenigstens einem Auswuchtelement (20a, 20b) und eine Ausgleichseinrichtung (13) mit wenigstens einem Ausgleichselement (14) umfasst, wobei das Ausgleichselement (14) eine Nabe (15) mit einer Mittelachse J aufweist, wobei die orbitierende Verdrängerspirale (11) auf der Nabe (15) drehbar gelagert ist, die Nabe (15) auf einem ersten Exzenterzapfen (16) der Antriebswelle (12) gelagert ist und das Ausgleichselement (14) eine exzentrisch angeordnete Durchgangsbohrung (17) aufweist, in der ein zweiter Exzenterzapfen (18) der Antriebswelle (12) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Masseschwerpunkt (19) des Ausgleichselements (14) um die Mittelachse J der Nabe (15) in Bezug auf eine Lage eines gemeinsamen Masseschwerpunkts der Antriebswelle (12) und der orbitierenden Verdrängerspirale (11) um mindestens 2 Grad drehwinkelversetzt ist.
Verdrängermaschine nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass das Auswuchtelement (20a, 20b) dazu angepasst ist, den Masseschwerpunkt (19) des Ausgleichselements (14) um die Mittelachse J der Nabe (15) um einen Drehwinkel von mindestens 2 Grad Drehwinkel zu versetzen.
Verwendung einer beweglichen Baugruppe (10) zur Serienproduktion von Verdrängermaschinen (100) nach dem Spiralprinzip, insbesondere von Scrollverdichtern, wobei die Baugruppe (10) nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10 gewuchtet wurde.