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Kolbenmaschine, insbesondere Motorkompressor für hermetisch gekapselte
Kleinkältemaschinen Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenmaschine, insbesondere
Motorkompressor für hermetisch gekapselte Kleinkältemaschinen, mit einer einstöckigen,
zu beiden Seiten der Kurbel gelagerten Kurbelwelle, die von außen durch das ungeteilte
erste Hauptlager eingeführt wird.
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Die Verwendung elnstückiger, zweifach gelagerter Kurbelwellen erforderte
bisher irgendwelche Unterteilungen am Gehäuse, sei es, daß das Gehäuse selbst aus
zwei Teilen besteht, deren jeder eines der Hauptlager enthält, sei es, daß die Hauptlager
als entfernbare Einsätze ausgebildet und selbst geteilt sind. In jedem Fall wird
also das Gehäuse erst fertig zusammengebaut, nachdem die Kurbelwelle an Ort und
Stelle gebracht war. Nachteilig hierbei ist es, daß eine ganze Reihe von Teilen
vorgefertigt werden tnuß und daß die getraue Ausrichtung dieser Teile beim Zusammenbau
schwierig zu erreichen ist.
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Aus diesem Grund hat man vielfach, insbesondere bei Motorkompressoren
für hermetisch gekapselte Kleinkältemaschinen, nur ein einziges längeres Lager für
die Kurbelwelle vorgesehen. Hierfür ist kein ge= teilten Lager erforderlich; man
muß jedoch eine etwas ungleichmäßige Druckverteilung im Lager in Kauf nehmen und
kann außerdem den rotierenden Teil des Motors erst nach dem Einbau der Kurbelwelle
auf dem durch das Lager gesteckten Wellenteil aufmontieren. Es kommt hinzu, daß
man auch bei dieser Konstruktion Kolbenzylinder und Lager nicht zu einem einstöckigen
Bauteil vereinigen kann, wenn man nicht besondere Maßnahmen, z. B: Teilung des beweglichen
Kurbellagers, trifft.
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Sodann sind Sonderkonstruktionen bekannt, bei denen eine einstöckige,
zu beiden Seiten der Kurbel gelagerte Kurbelwelle von außen durch das ungeteilte
erste Hauptlager eingeführt wird. !n diesem Zusammenhang kann auch ein eilteiliges
Gehäuse verwendet werden. Bei dieser Konstruktion hat der zentrische Teil der Kurbelwelle
einen so großen Durchmesser, daß der Kurbelzapfen innerhalb der Querschnittsfläche
der übrigen Welle liegt. Hierdurch ist der Hub beschränkt. lFerner ist eine so dicke
Kurbelwelle aus den verschiedensten Gründen (Gewicht, Preis usw.) nachteilig. Außerdem
ist es notwendig, entweder den Kurbelzapfen oder das ihn umgebende Lager geteilt
auszuführen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einstöckige Kurbelwelle
von außen durch ein ungeteiltes Hauptlager einzuführen, bei der der Kurbelzapfen
den Querschnitt der übrigen Welle überschreiten darf.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kurbelwelle
zwischen dem Kurbelzapfen und den zentrischen Lagerzapfen exzentrisch zu letzteren
angeordnete Zwischenabschnitte aufweist, die in Axialrichtung mindestens so lang
sind wie das erste Hauptlager und deren Querschnittsfläche innerhalb der Projektion
des Kurbelzapfenquerschnitts auf den Querschnitt der Lagerzapfen liegt, wobei die
Kurbelwellen-Querschnittsfläche an keiner Stelle den Bohrungsquerschnitt des ersten
Hauptlagers überschreitet.
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Bei dieser Konstruktion kann man die Kurbelwelle von außen her durch
das ungeteilte erste Hauptlager einführen. Es können sogar beide Hauptlager ungeteilt
sein. Auch das Gehäuse kann einstöckig sein und den Kolbenzylinder aufweisen.
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Wenn sich die Zwischenabschnitte innerhalb des ersten Hauptlagers
befinden, kann man die gesamte Kurbelwelle radial versetzen und auf diese Weise
nacheinander den vorderen Lagerzapfen, den Kurbelzapfen und den hinteren Lagerzapfen
durch das erste Hauptlager schieben. Es ist hierdurch bei einstöckigen Kurbelwellen
erstmals möglich, dem außerhalb der Lager befindlichen Wellenteil einen beliebigen
Querschnitt zu geben, bei Motorkompressoren beispielsweise den drehbaren Teil des
Motors vor dem Einbau der Kurbelwelle auf diese zu montieren. Ferner ergeben sich
fabrikatorische Vereinfachungen, weil weniger Teile als bisher vorgefertigt werden
müssen, weil die beiden Hauptlager in einem Durchgang gebohrt werden können und
weil bei sämtlichen Maschineu
der gleichen Serie die gleiche Passung
gewährleistet ist, die hier nicht von dem Zusammenpreßdruck eines geteilten Lagers
abhängt.
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Es ist zwar bei Mehrkolbenmaschinen bekannt, die Kurbelzapfen im Abstand
voneinander anzuordnen und zwischen ihnen Wellenabschnitte vorzusehen. Dies sind
jedoch keine Zwischenabschnitte im Sinne der Erfindung.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann auch das mit dem --Kolben
verbundene bewegliche Lager ungeteilt und sein Bohrungsdurchmesser höchstens gleich
demjenigen des ersten Hauptlagers, mindestens jedoch gleich demjenigen des zweiten
Hauptlagers sein, und der vom ersten Hauptlager entfernt liegende Zwischenabschnitt
kann in Axialrichtung länger sein als das bewegliche Lager.
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Das Einführen des vorderen Lagerzapfens und des Kurbelzapfens der
-Kurbelwelle in das bewegliche Lager geschieht prinzipiell genauso wie das Einführen
durch das erste Hauptlager. Dieses einfache Vorgehen macht die Zusammenfassung von
Kolbenzylinder und Lagern in einem Bauteil ohne zusätzliche Maßnahmen möglich.
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Erfindungsgemäß 'kann die Verbindung zwischen beweglichem Lager und
Kolben mittels Pleuelstange erfolgen. Bekanntlich muß bei einem Pleuelantrieb die
Mittelachse des' Zylinders in bestimmter Winkelbeziehung zur Mittelachse der Kurbelwelle
stehen. Diese Winkelbeziehung läßt sich wesentlich leichter erreichen, wenn die
entsprechenden Bohrungen an einem einzigen Gehäuse vorgenommen werden können, als
wenn bei einem geteilten Gehäuse die Winkelzuordnung erst beim Zusammenbau einjustiert
werden muß.
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In manchen Fällen kann es zweckmäßig sein, das bewegliche Lager als
Kurbelschleife mit Gleitsteinführung auszubilden. Diese Konstruktion empfiehlt sich
beispielsweise, wenn Ausrichtfehler, die im Betrieb auf Grund temperaturabhängiger
Spannungen oder Verzerrungen auftreten, auszugleichen sind. Da geteilte Kurbelschleifenantriebe
nicht herzustellen sind; ermöglicht es die -erfindungsgemäße Konstruktion erstmals,
einen Kurbelschleifenantrieb bei zweifach gelagerten Kurbelwellen anzuwenden.
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Um ein ungehindertes Einführen zu ermöglichen, wird der Abstand zwischen
den einander zugewandten Kanten der beiden Hauptlager größer gewählt als der Abstand
der einander abgewandten Kanten von zuerst eingeführtem Lagerzapfen und Kurbel.
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Es trägt zu einer Querschnittsvergrößerung der Zwischenabschnitte
der Kurbelwelle bei, wenn nicht ein reiner Kreisquerschnitt benutzt wird, sondern
wenn die volle Projektionsfläche des Kurbelquerschnitts auf den Lagerzapfenquerschnitt
ausgenutzt wird, also der Querschnitt durch zwei Kreisbögen begrenzt ist. Diese
Maßnahme hat darüber hinaus den Vorteil, daß die Kurbelwelle beim Drehen nur zweimal
eingespannt werden muß, einmal in der Mittelachse der Lagerzapfen und einmal in
der Mittelachse des Kurbelzapfens.
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Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist ein Motorkompressor
dadurch charakterisiert, daß das Motorlagerschild das erste Hauptlager aufweist
und mit Kolbenzylinder und zweitem Haupt-Lager aus einem ungeteilten Stück besteht.
Auf diese Weise ergibt sich ein Motorkompressor, der aus einer Kleinstzahl von Teilen.
besteht und dementsprechend schnell und billig hergestellt werden kann. Weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen
Motorkompressor gemäß der Erfindung, F i g. 2 eine bei diesem Ausführungsbeispiel
verwendete Kurbelwelle, F i g. 3 einen Schnitt durch die Kurbelwelle nach F i g.
2 längs der Linie III-III, F i g. 4 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform
der Kurbelwelle und F i g. 5 in schematischen Darstellungen (a bis e) das Einführen
der Kurbelwelle in die beiden festen und das bewegliche Lager der Maschine.
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Der Motorkompressor in F i g. 1 ist in der Kapsel 1 mit Hilfe von
Federn 2 in üblicher Weise aufgehängt. Ein einziger Bauteil 3, insbesondere
ein Gußstück, bildet das Lagerschild oder den Motorträger 4, den Kompressorzylinder
5 eventuell mit angegossenen Schalldämpferräumen sowie das erste Hauptlager 6 und
das zweite Hauptlager 7 für die Motorkurbelwelle B. Stator 9 und Rotor 10 sind von
beliebiger Bauart und daher nur angedeutet. Der Zylinder ist oben durch eine Ventilkonstruktion
11 abgedeckt, die ebenfalls nur schematisch veranschaulicht ist. Der Kolben 12 ist
mit dem Kurbelzapfen 13 der Welle 8 über einen Kurbelschleifenantrieb
14 üblicher Bauart verbunden.
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Die Motorkurbelwelle 8 ruht im ersten Hauptlager 6 mit dem als Lagerzapfen
15 bezeichneten Wellenende und in dem zweiten Hauptlager 7 mit dem vorderen Lagerzapfen
16. Zwischen dem Kurbelzapfen 13 und dem Lagerzapfen 15 befindet sich ein Zwischenabschnitt
17, desgleichen zwischen dem Kurbelzapfen 13 und dem Lagerzapfen 16 ein Zwischenabschnitt
18. Die beiden zur Einführung der Kurbelwelle erforderlichen Zwischenabschnitte
17 und 18 können ferner die lediglich gestrichelt .angedeuteten, aufgeschobenen
Auswuchtgewichte tragen. Der Kolben 12 kann vor dem Einsetzen der Kurbelwelle von
unten durch eine entsprechende Aussparung 20 im Gehäuse 3 in seinen Zylinder 5 geschoben
werden.
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In den F i g. 2 und 3 ist eine Kurbelwelle in Seitenansicht und im
Querschnitt gezeigt, wie sie erfindungsgemäß verwendet werden kann. Das Ausführungsbeispiel
der F i g. 4, in der für gleiche Teile die gleichen, aber mit einem Apostroph versehenen
Bezugszeichen verwendet sind, unterscheidet sich von demjenigen der F i g. 2 und
3 dadurch, daß der Kurbelzapfen 13' einen etwas größeren Durchmesser hat als der
Lagerzapfen 16' und der Lagerzapfen 15' wiederum einen etwas größeren Durchmesser
als der Kurbelzapfen 13', daß die Mittelachsen der Lagerzapfen und des Kurbelzapfens
etwas weiter auseinandergerückt sind, somit eine größere Kurbelauslenkung entsteht,
und daß die Querschnittsfläche der Zwischenabschnitte durch zwei Kreisbögen begrenzt
ist.
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Damit das anschließend an Hand der F i g. 5 geschilderte Verfahren
zum Einführen der Kurbelwelle in die verschiedenen Lager einwandfrei vor sich geht,
ist auf folgende Abmessungen Rücksicht zu nehmen. Der Querschnitt der Kurbelwelle
vom Lagerzapfen 16 bis zum Lagerzapfen 15 darf an keiner Stelle den Bohrungsquerschnitt
des ersten Hauptlagers 6 überschreiten. In F i g. 3 haben alle Zapfen 13,15,16 den
gleichen Durchmesser, der auch dem Durchmessei
des ersten Hauptlagers
6 entspricht. In F i g. 4 nimmt der Durchmesser der Zapfen 15',13' und 16' in der
genannten Reihenfolge ab. In gleicher Weise sind die Querschnittsabmessungen für
die durch das Kurbelzapfenlager 14 zu führenden Teile der Kurbelwelle mit Bezug
auf dieses Lager 14 zu wählen. Wie die Schnittansichten der F i g. 3 und 4 zeigen,
liegen die Querschnittsflächen der Zwischenabschnitte 17 und 18 innerhalb der Projektionen
der angrenzenden Zapfenquerschnittsflächen aufeinander. Überdies hat der Zwischenabschnitt
17 eine größere axiale Länge als das erste Hauptlager 6, und der Zwischenabschnitt
18 hat eine größere axiale Länge als das erste Hauptlager 6 und das Kurbelzapfenlager
14. Sodann ist der freie Raum zwischen den beiden Hauptlagern 6 und 7, also der
Abstand zwischen ihren einander zugewandten Kanten, größer als der Abstand zwischen
den einander abgewandten Kanten des Lagerzapfens 16 und des Kurbelzapfens 13.
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In F i g. 5 ist das erste Hauptlager 6, das zweite Hauptlager 7 und
das bewegliche Lager 14 nur schematisch veranschaulicht. Die Kurbelwelle 8 soll
von außen durch das erste Hauptlager 6 eingeführt werden. Dies geschieht in den
folgenden Arbeitsschritten. Zunächst (a) wird der Lagerzapfen 16 in das Lager 6
eingeführt. Dann (b) schiebt man die Kurbelwelle weiter, bis der Zwischenabschnitt
18 sich im Lager 6 befindet. Nachdem die Welle in dieser Stellung nach unten versetzt
und außerdem das bewegliche Lager 14 in die richtige Stellung gebracht wurde, schiebt
man (c) den Kurbelzapfen 13 in das stationäre Lager 6 und den Lagerzapfen 16 in
das bewegliche Lager 14. Hernach (d) wird die gesamte Kurbelwelle wiederum um ein
Stück nach links verschoben, wobei die Zwischenabschnitte 17 und 18 in die Lager
6 bzw.14 gelangen. In dieser Stellung kann die Kurbelwelle wieder um ein Stück angehoben
werden. Nach entsprechender Aufwärtsbewegung des Lagers 14 ist es schließlich (e)
möglich, die Kurbelwelle in ihre Endstellung zu bringen, in der der Lagerzapfen
16 sich im Lager 7, der Kurbelzapfen 13 im Lager 14 und der Lagerzapfen
15
im Lager 6 befinden.
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Wenn man Auswuchtgewichte 19 auf die Zwischenabschnitte 17 und 18
aufsetzen will, muß man diese beim Einführen der Kurbelwelle in die entsprechenden
Lager mit auffädeln.
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Die so geschaffene Maschine zeichnet sich durch Billigkeit, ruhigen
Lauf, einfache Herstellung und vor allem die Tatsache aus, daß alle wesentlichen
stationären Teile in einem einzigen Gußstück vereinigt sein können.