-
Die Erfindung betrifft eine Kältemittelverdichteranordnung
mit einem Gehäuse,
das eine Oberseite und Wände
aufweist, und einem Verdichter, der oberhalb eines Motors angeordnet
ist und einen Zylinder aufweist, in dem ein Kolben bewegbar ist,
der von dem Motor angetrieben ist, der in dem Gehäuse angeordnet
ist.
-
Eine derartige Kältemittelverdichteranordnung
wird beispielsweise in Haushaltskühlgeräten verwendet. Die Anordnung
ist dabei in einer hermetisch geschlossenen Kapsel mit Saug- und
Druckanschlüssen
angeordnet. Solche Verdichter sind seit langer Zeit bekannt und
werden in großer
Stückzahl hergestellt.
Dabei gibt es eine Reihe von Anforderungen an derartige Kältemittelverdichter.
Zum einen müssen
sie im Hinblick auf den Energieverbrauch im Betrieb optimiert werden.
Zum anderen ist es wünschenswert,
den Verdichter bei gegebener Kälteleistung
möglichst
platzsparend zu bauen, damit für den Nutzer
des Kühlgeräts möglichst
viel Nutzraum zur Verfügung
steht. Gleichzeitig sollen die Herstellungskosten so gering wie
möglich
gehalten werden, ohne daß sich
andere Parameter, die für
den Komfort des Nutzers oder für
den Energieverbrauch wichtig sind, verschlechtern.
-
DE 195 16 811 C2 beschreibt eine Kältemittelverdichteranordnung
der eingangs genannten Art, bei der auf der Oberseite des Motors
ein massiver gegossener Verdichterblock angeordnet ist. In dem Verdichterblock
sind der Zylinder, Lager für
die Antriebswelle und gegebenenfalls Hohlräume zur Bildung von Dämpfungseinrichtugnen
ausgebildet. Ein derartiger Verdichterblock erfordert zahlreiche
Bearbeitungsschritte und ist daher kostenaufwendig in der Herstellung.
Darüber
hinaus weist er ein relativ großes
Gewicht auf und erfordert eine gewisse Bauhöhe innerhalb der Gehäusekapsel.
-
EP 0 507 091 B1 beseitigt einige dieser Probleme
dadurch, daß der
Verdichterblock durch ein Bauteil aus tiefgezogenem Stahlblech ersetzt
ist, das sich auf dem Stator des Motors abstützt. In diesem Bauteil sind
Durchbrüche
zur Aufnahme eines Lagerelements und eines Zylinderrohres vorgesehen.
Der Zylinder ist über
einen Rohrflansch mit dem Blechteil verbunden.
-
US 6 095 768 A zeigt einen weiteren Verdichter
mit einem topfförmigen
Blechgehäuse,
das den Antriebsmotor aufnimmt und auf seiner Oberseite durch eine
Stahlschiene überbrückt und
weitgehend verschlossen ist. Die Stahlschiene ist mit dem Gehäuse verschweißt. Im Boden
des Gehäuses
und in der Schiene sind Öffnungen
zur Aufnahme von selbstzentrierenden Lagerelementen für die Antriebswelle
vorgesehen. Ein Zylinderrohr mit seitlichen Flanschen ist an einem
Ende der Schiene aufgelegt und festgeschweißt.
-
DE 14 76 993 A zeigt einen Kältekompressor mit
Haubenmotor, bei dem eine Haube zwischen dem Rotor und dem Stator
eines Antriebsmotors für
den Kompressor angeordnet ist. Der Kompressor ist in einem Kompressorgehäuse angeordnet,
das die Haube verschließt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den
Aufbau der Verdichteranordnung zu vereinfachen.
-
Diese Aufgabe wird bei einer Kältemittelverdichteranordnung
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Gehäuse an der Oberseite offen
ist.
-
Damit wird zunächst die Montage vereinfacht.
Man kann den Motor einfach von oben in das Gehäuse einsetzen, ohne daß weitere
Schritte erforderlich sind, um das Gehäuse zu schließen. Der
Motor ist "frei", ohne Störungen durch
das Gehäuse
mit dem Verdichter verbunden zu werden. Man muß keine Durchführungen
durch einen Gehäusedeckel mehr
vorsehen, die zusätzliche
Bearbeitungsschritte erfordern. Dadurch, daß das Gehäuse an seiner Oberseite offen
ist, kann man das Gehäuse
mit einem relativ geringen Gewicht ausbilden. Zusätzlicher Bauraum
für einen
Verschluß der
Oberseite des Gehäuses
ist nicht erforderlich.
-
Vorzugsweise weist der Motor einen
Stator auf, und das Gehäuse
weist über
mehr als die Hälfte seines
Umfangs eine Bauhöhe
auf, die kleiner ist als die axiale Länge des Stators. Damit trägt man der Tatsache
Rechnung, daß der
Stator des Motors in der Regel stabil genug ist, um eine ausreichende
Abstützung
für weitere
Bauelemente der Verdichteranordnung bieten zu können. Es reicht da her aus,
den Motor in beschränktem
Umfang mit dem Gehäuse
zu verbinden. Erforderlich ist lediglich, daß die Zuordnung von Motor und
Gehäuse
relativ zueinander aufrecht erhalten werden kann.
-
Hierbei ist bevorzugt, daß der Stator
ein Blechpaket aufweist und die Bauhöhe größer ist als die axiale Länge des
Blechpakets. Das Blechpaket des Stators ist der mechanisch stabile
Teil des Stators. Das Gehäuse
umfaßt
also diesen mechanisch stabilen Teil vollständig. Dies ergibt eine ausreichende
Verbindungsmöglichkeit
zwischen dem Motor und dem Gehäuse.
-
Vorzugsweise steht eine Seitenwand
des Gehäuses
in Axialrichtung über
den Stator über
und bildet eine Abstützung
für den
Verdichter. Dies ist eine relativ einfache Ausgestaltung. Man verlängert eine
Seitenwand des Gehäuses
einfach so, daß der darin
befestigte Verdichter oberhalb des Motors angeordnet ist, wie dies
bei herkömmlichen
Kältemittelverdichtern
auch der Fall ist. Allerdings kann der Verdichter ohne Zwischenschaltung
eines Gehäusedeckels
mit dem Motor in Verbindung stehen, was Bauhöhe einspart und die Kosten
bei der Herstellung verringert.
-
Bevorzugterweise weist die Seitenwand
einen Durchbruch auf, durch den ein Zylinderrohr gesteckt ist. Das
Zylinderrohr bildet dann den Zylinder des Verdichters, in dem der
Koben bewegbar ist. Ein Zylinderrohr kann ein fach hergestellt werden.
Es weist ein geringes Gewicht auf. Dadurch werden auch die Kräfte, die
die Seitenwand aufnehmen muß, klein
gehalten.
-
Bevorzugterweise weist das Zylinderrohr
an einem Ende einen radialen Flansch auf, der an der Seitenwand
anliegt und der mit der Seitenwand verbunden ist. Dies ist eine
einfache Möglichkeit,
eine stabile Verbindung zwischen dem Zylinderrohr und der Seitenwand
herzustellen. Der Flansch ist einstückig mit dem Zylinderrohr verbunden.
Dadurch, daß er
an der Gehäusewand
anliegt, ist eine flächige
Verbindung zwischen dem Flansch und der Gehäusewand möglich. Vorzugsweise ist das
Zylinderrohr von außen,
d.h. der dem Motor abgewandten Seite, durch die Gehäusewand
gesteckt. Der Flansch kann dann mit Bolzen an der Gehäusewand
festgespannt werden, ohne daß Verspannungen
im Zylinderrohr auftreten, die die Zylindergeometrie verändern könnten.
-
Bevorzugterweise ist die Seitenwand
auf ihrer Außenseite
als Auflagefläche
für eine
Ansaug- und/oder Ausstoßanordnung
ausgebildet. Die Seitenwand bildet dann sozusagen die Basis für einen Zylinderkopf,
der eine Saug- und
Druckventilanordnung, einen Saugschalldämpfer sowie einen Zylinderkopfdeckel
enthält.
Dadurch läßt sich
die Zylinderkopfanordnung stabil mit dem Verdichter verbinden. Geräusche, die
durch Vibrationen entstehen können, werden
klein gehalten.
-
Bevorzugterweise ist die Auflagefläche eben ausgebildet.
Dies ermöglicht
eine relativ einfache Fertigung. Eine ebene Fläche kann mit hoher Güte beispielsweise
durch Planschleifen oder -fräsen
hergestellt werden. Die Anpassung an den Zylinderkopf ist einfach.
-
Vorzugsweise weist das Gehäuse eine
Innenseite auf, die an die Außenkontur
des Motors angepaßt
ist. Die Positi on des Motors im Gehäuse ist dann bereits durch
die Anpassung der Innenseite an die Außenkontur festgelegt.
-
Wenn beispielsweise der Motor einen
rechteckigen Querschnitt aufweist, dann ist er verdrehfest im Gehäuse gehalten.
-
Bevorzugterweise weist das Gehäuse eine Stufe
auf, auf der das Blechpaket des Stators aufliegt, wobei im Bereich
der Stufe Ausnehmungen vorgesehen sind. Damit wird der Motor in
Schwerkraftrichtung im Gehäuse
mit den Teilen abgestützt, die
mechanisch am stabilsten sind, nämlich
mit dem Blechpaket des Stators. Die Ausnehmungen sparen einerseits
Gewicht. Sie erlauben andererseits, daß die Statorwicklungen durch
das Gehäuse
nach außen
ragen können.
Die Abfuhr von Wärme,
die sich möglicherweise
in den Statorwicklungen entwickelt, ist damit verbessert.
-
Bevorzugt ist der Motor in Richtung
auf einen Boden des Gehäuses
durch Federelemente gespannt, die im Bereich des offenen Endes des
Gehäuses
in das Gehäuse
eingesetzt sind. Diese Federelemente drücken das Blechpaket des Stators
in Axialrichtung zusammen und gegen die Stufe des Gehäuses. Damit
wird zweierlei erreicht. Zum einen wird der Motor auf einfache Weise
zuverlässig
im Gehäuse
fixiert. Zum anderen wird das Blechpaket des Stators zusammengehalten,
so daß unter
Umständen
Spannelemente entfallen können,
die ansonsten für
das Blechpaket vorgesehen sein müssen,
beispielsweise Bolzen, die durch das Blechpaket geführt sind.
-
Vorzugsweise weist das Gehäuse am offenen
Ende mehrere Vorsprünge
auf, unter die die Federelemente greifen. Im Gehäuse sind also bereits Widerlager
vorgesehen, an denen sich die Federelemente abstützen können. Dies erlaubt eine relativ einfache
Montage.
-
Hierbei ist besonders bevorzugt,
daß in
den Vorsprüngen
schlitzartige Vertiefungen angeordnet sind, in die die Federelemente
eingesetzt sind. Die Federelemente sind also länglich ausgebildet. Sie erstrecken
sich über
etwa die Breite der Seite des Gehäuses. Sie werden einfach von
oben in die Schlitze eingesetzt und dann hinter Vorsprüngen verrastet. Damit
ist der Stator zuverlässig
im Gehäuse
befestigt.
-
Vorzugsweise weist das Gehäuse eine
feststehende Rotorwelle auf, auf der ein Rotor des Motors drehbar
gelagert ist. Die Welle kann zusammen mit dem Gehäuse hergestellt
werden, beispielsweise einstückig
mit dem Gehäuse
ausgebildet sein, was sich günstig
auf die Herstellungskosten auswirkt. Durch die Entkopplung von Rotor
und Welle vermeidet man einen relativ aufwendigen Montageprozeß, bei dem
der Rotor üblicherweise
erwärmt
und auf die Welle aufgeschrumpft wird. Darüber hinaus wird die bewegte
Masse des Rotors vermindert, weil sich die Antriebswelle nicht mehr
mitdrehen muß.
Dadurch verringert sich die Leistungsaufnahme des Motors.
-
Vorzugsweise ist der Rotor am offenen
Ende des Gehäuses
mit einer Grundplatte verbunden, die eine Basis für einen
Kurbeltrieb für
den Kolben bildet. Da die Welle nicht mehr zur Übertragung der Drehbewegung
auf den Kurbeltrieb, der letztendlich den Kolbenantrieb treibt,
zur Verfügung
steht, verwendet man einfach eine Grundplatte, die mit dem Rotor
verbunden ist. Die Grundplat te kann mit vergleichsweise schwachen
Verbindungselementen mit dem Rotor verbunden werden, weil die Verbindungen
zwischen dem Rotor und der Grundplatte radial relativ weit außen erfolgen
können.
Durch die Verbindung einer Platte ist man bei der Positionierung
des Kurbeltriebs relativ frei.
-
Die Erfindung wird im folgenden anhand
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigen:
-
1 eine
Kältemittelverdichteranordnung im
Längsschnitt
I-I nach 2,
-
2 eine
Querschnittsansicht II-II nach 1 und
-
3 eine
perspektivische Explosionsdarstellung der Verdichteranordnung.
-
Eine Verdichteranordnung 1 weist
einen Motor 2 auf, der in einem Gehäuse 3 angeordnet ist.
Der Motor 2 weist einen Stator 4 mit einem Statorblechpaket 5 und
Statorwicklungen 6 auf. Innerhalb des Stators 4 ist
ein Rotor 7 angeordnet. Der Rotor 7 ist drehbar
auf einer Rotorwelle 8 gelagert, die fest mit dem Gehäuse 3 verbunden
ist. Im vorliegenden Fall ist die Rotorwelle 8 einstückig mit
dem Gehäuse 3 ausgebildet,
beispielsweise als Gußteil.
-
Wie aus 3 zu erkennen ist, weist der Stator 4 eine
praktisch rechteckige Außenform
auf. Dementsprechend weist das Gehäuse 3 eine Innenkontur
auf, die an die Form des Stators 4 angepaßt ist.
Die Innenkontur ist also ebenfalls rechteckförmig ausgebildet. Wenn der
Stator 4 in das Gehäuse 3 eingesetzt
ist, dann ist er dort drehfest gelagert.
-
Durch die im wesentlichen rechteckige
Form des Gehäuses 3 ergeben
sich in Umfangsrichtung gesehen vier Wände, von denen drei eine Bauhöhe aufweisen,
die zwar das Blechpaket 5 des Stators 4 überragen,
aber nicht über
die Statorwicklung 6 am oberen Ende hinausragen. An dem über das
Blechpaket 5 überstehenden
Teil weisen diese Wände
Vorsprünge 9 auf.
Diese Wände
weisen darüber
hinaus Durchbrüche 10 auf,
die an ihrem oberen Rand durch Stege 11 begrenzt sind,
die die Vorsprünge 9 miteinander
verbinden.
-
Das Gehäuse 3 weist eine Bodenplatte 12 auf,
die über
eine Stufe 13 in die Wände übergeht.
Im Bereich der Stufe sind Ausnehmungen 14 vorgesehen, durch
die Teile der Statorwicklung 6 nach außen ragen können.
-
Eine Seitenwand 15 ist etwas
stabiler ausgebildet als die übrigen
Seitenwände.
Diese Seitenwand 15 steht in Axialrichtung des Motors 2 über diesen über. Diese
Seitenwand 15 bildet eine Abstützung für einen Verdichter 16,
der einen Zylinder 17 aufweist, in dem ein Kolben 18 bewegbar
ist. Der Kolben 18 wiederum wird, wie weiter unten erläutert, vom
Motor 2 hin und herbewegt, um das Volumen des Zylinders 17 zu
verkleinern und zu ver größern.
-
Der Zylinder 17 ist in einem
Zylinderrohr 19 ausgebildet, das einen umlaufenden Flansch 20 an einem
Ende aufweist. Das Zylinderrohr 19 ist von der Außenseite,
d.h. der dem Motor 2 abgewandten Seite her, durch die Öffnung 21 hindurchgesteckt,
so daß der
Flansch 20 an der Außenseite
der Seitenwand 15 befestigt werden kann. In der Seitenwand 15 sind hierbei
Befestigungsöffnungen 22 vorgesehen,
in die Gewindebolzen eingeschraubt werden können, die durch entsprechende
Ausnehmungen 23 am Flansch 20 des Zylinderrohrs 19 geführt sind.
-
Die Außenseite der Seitenwand 15 ist
eben. Sie dient als Auflagefläche
für eine
Ansaug- und Ausstoßvorrichtung 24,
die ein Ventilplattenpaket 25 mit Saug- und Druckventilen
und einen Saugschalldämpfer 26 aufweist.
-
Der Motor 2 ist mit Hilfe
von Federelementen 27 (in 1 nur
gestrichelt dargestellt) im Gehäuse 3 befestigt.
Hierzu weist das Gehäuse
im Bereich der Vorsprünge 9 schlitzförmige Öffnungen 28 auf,
in die die Federelemente 27 eingesteckt werden können. Die
Federelemente 27 rasten dann unter den Stegen 11 ein
(siehe 2) und spannen
das Blechpaket 4 gegen die Stufe 13, auf der das
Blechpaket 4 aufliegt. Die sonst üblichen Bolzen oder Schweißverbindungen
zum Zusammenhalten des Statorblechpakets 4 können dadurch
entfallen, und man verbessert den Wirkungsgrad des Motors durch
die Reduktion der Wirbelstromverluste.
-
Das Gehäuse 3 ist an seiner
Oberseite, d.h. der dem Verdichter 16 zugewandten Seite,
offen. Das Zylinder rohr 19 ist ausschließlich an
der Seitenwand 15 befestigt. Es kann, wie man in 1 und 3 erkennen kann, auch in einer in die
Statorwicklung 6 eingeprägten Ver tiefung angeordnet
sein. Dadurch kann die Bauhöhe
verringert werden.
-
Der Rotor 7 ist über eine
Nietverbindung 29 drehfest mit einer Grundplatte 30 verbunden,
die sich mit dem Rotor 7 dreht. In der Längsschnittansicht
der 1 ist nur eine Nietverbindung 29 erkennbar.
In Umfangsrichtung verteilt sind aber mehrere entsprechende Nietverbindungen 29 vorgesehen,
vorzugsweise mindestens drei. Die Nietverbindung wird durch Nietzapfen
gebildet, die durch Öffnungen 56 in der
Grundplatte 30 geführt
sind. Die Öffnungen 56 weiten
sich nach oben auf. Wenn die Nietzapfen 57 verformt werden,
entsteht eine formschlüssige
Verbindung.
-
Zwischen der Grundplatte 30 und
der Rotorwelle 8 ist ein Axialdrucklager 31 ausgebildet.
Zwischen der Welle 8 und dem Rotor 7 ist ansonsten
ein Gleitlager 32 vorgesehen.
-
An der Oberseite der Grundplatte 30 ist
ein Ausgleichsgewicht 33 angeordnet, das auf praktisch beliebige
Art mit der Grundplatte 30 verbunden sein kann. beispielsweise
durch Nieten, Schrauben, Kleben oder Schweißen.
-
Ein Kurbelzapfen 34 ist
mit einem Montageflansch 35 ausgebildet, der auf der Grundplatte 30 aufliegt.
Der Montageflansch 35 weist einen Zapfen 36 auf,
der in eine Bohrung 37 der Grundplatte 3 eingesteckt
ist. Der Montageflansch 35 wird über Befestigungsschrauben 41 (3) mit der Grundplatte 30 verbunden.
Alternativ kann natürlich
der Zapfen 36 auch in die Grundplatte 30 eingepreßt werden.
-
Auf dem Kurbelzapfen 34 ist
ein Pleuellager 38 einer Pleuelstange 39 gelagert,
die über
ein Kolbenlager 40 mit dem Kolben 18 verbunden
ist. Mit Hilfe der Pleuelstange 39 wird die Rotationsbewegung der
Grundplatte 30 in eine translatorische Bewegung des Kolbens 18 umgesetzt.
-
Wie insbesondere aus 1 zu erkennen ist, ist der Kurbelzapfen 34 exzentrisch
zum Zapfen 36 angeordnet. Durch ein Verdrehen des Kurbelzapfens 34 gegenüber der
Grundplatte 30 läßt sich
die Hublänge
des Kolbens 18 verändern
und der verbleibende Totraum, wenn sich der Kolben im oberen Totpunkt
befindet, einstellen. Je nach dem, unter welchem Drehwinkel der
Montageflansch 35 auf der Grundplatte 30 befestigt
wird, ergibt sich eine andere Exzentrizität des Kurbelzapfens 34 in
Verhältnis
zur Drehachse des Rotors 7.
-
Durch den dargestellten Aufbau kann
man neben dem eigentlichen Verdichterblock der herkömmlichen
Kältemittelverdichter
auch die sonst erforderlichen Vorrichtungen zu dessen Befestigung am
Stator, etwa mit Hilfe von Montagebolzen, die im Statorblechpaket
befestigt werden, ersetzten. Man spart also das aufwendige und schwere
Verdichterblockbauteil über
dem Motor sowie dessen Befestigung am Stator ein. Vielmehr ist der "Verdichterblock" nunmehr als Teil
des Statorgehäuses
ausgebildet. Man kann sich daher auf solche Teile be schränken, die
für den
Betrieb des Verdichters 16 erforderlich sind. Zusätzliche
Befestigungsmaßnahmen
können
weitgehend entfallen.