DE1628157A1

DE1628157A1 - Gekapselter Motorverdichter,insbesondere Kleinkaeltemaschine

Info

Publication number: DE1628157A1
Application number: DE19681628157
Authority: DE
Inventors: Heinz Mahncke; Leffers Hans Ulrik; Dipl-Ing Valbjoern Knud Vagn; Larsen Bendt Wegge
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1968-02-01
Filing date: 1968-02-01
Publication date: 1972-01-05
Also published as: FR2001153A1; GB1226311A; SE350807B; DE1628157B2; BR6906029D0; DE1628157C3; US3560116A; ES362828A1

Description

Gekapselter Motorverdichter, insbesondere Kleinkältemaschine

Die Erfindung bezieht sich auf einen gekapselten Motorverdichter, insbesondere eine Kleinkältemaschine, bei dem eine Pumpe zu Schmier- und Kühlzwecken Öl aus dem Sumpf fördert, das einerseits über die Kapselwand und andererseits über die Wickelköpfe in den Sumpf zurückgeleitet wird.

Es ist eine Kältemaschine mit senkrechter Kurbelwelle · und unten liegendem Motor bekannt, bei dem eine Verdrängerpumpe am unteren Ende der Kurbelwelle über ein Tauchrohr das Öl aus dem Sumpf fördert und den verschiedenen Schmierstellen (Wellenlager, Kurbellager, Zylinder) zuführt. Das Überschußöl wird senkrecht nach oben gegen die Decke der Kapsel geschleudert und läuft längs der Kapselwand in den Ölsumpf zurück, wobei es gekühlt wird. Den Wickelköpfen des Motors sind Auffangschalen mit Überlauföffnungen zugeordnet, in denen sich Öl sammeln kann, das aus den Schmierstellen austritt. Die auf diese Weise erzielbare Kühlung der Statorwicklung ist jedoch gering, denn die der Wicklung pro Zeiteinheit zugeführte Ölmenge ist klein, weil an den Schmierstellen

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eine erhebliche Drosselung auftritt, und Hat eine sehr hohe Temperatur, weil das Öl an den Schmiersteilen bereits Wärme aufgenommen hat, insbesondere am sehr heißen Zylinder.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die am meisten durch höhere Temperaturen gefährdeten T ile eines Iüotorverdichters wesentlich besser zu kühlen als es bisher möglich war.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Hauptteil des über die Wickelköpfe geführten Ölstroms von der Pumpe direkt, also ohne Zwischenfunktion, über die Köpfe geleitet wird.

Durch das direkte Beaufschlagen der Wickelköpfe erreicht, man zweierlei.

Erstens wird" der ölstrom nxht durch irgendwelche Lagerstellen gedrosselt; es kann also eine sehr große Ölmenge über die Wickelköpfe geleitet werden. Sie kann um ein vielfaches größer sein al3 die bisher übliche Gesamtfördermenge. Zweitens erreicht das öl die Wickelköpfe annähernd mit der Temperatur des Ölsumpfes, da das Öl auf dem Weg zu den Wickelköpfen keine wesentliche Temperaturerhöhung durch Wärmeaufnahme erfährt. Somit wird an der Statorwicklung, die am meisten durch Temperaturerhöhungen gefährdet ist, die dort entstehende Wärme unmittelbar abgeführt. Eine wesentliche Erhöhung der Ölsumpftemperatur ist hierbei nicht zu befürchten, da sich das Öl beim Überströmen der Wickelköpfe infolge seiner großen Menge nur geringfügig erwärmt und weil aus dem Sumpf kontinuierlich öl entnommen und zwecks Kühlung längs der Kapselwand zurückgeleitet wird.

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Besonders günstig ist es, wenn der kontinuierlich über die Wickelkopfe geführte Ölstrom so groß ist, daß er allein zur notwendigen Kühlung der Wickelköpfe ausrei-cht. Bisher mußte auch das in der Kapsel befindliche ' Gas einen Teil der Kühlung besorgen. Diese Gaskühlung ist aber vom jeweiligen Betriebszustand abhängig und oftmals bei niedrigen Verdampfungstemperaturen unzureichend. Die vorgeschlagene ölkühlung ist vom Betriebszustand unabhängig. ·

Um eine möglichst intensive Kühlung ai erreichen, sollte die umgewälzte Ölmenge ganz wesentlich erhöht werden. Insbesondere sollte die umgewälzte Gesamtölmenge mindestens 180 l/PS.h betragen. Dieser. Wert liegt um etwa eine Größenordnung höher als bei den bisher ausgeführten Maschinen.

Für die erfindungsgemäße Ausgestaltung eignen sich am besten Maschinen, die l-rr "Bekannter Weise eine senkrechte Welle mit unten liegendem Motor haben. Bei ihnen ist nämlich der Weg für den zu den Y/ickelköpfen geführten Ölstrom und damit auch der leitungswiderstand und die Förderhöhe besonders klein.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der über die Wickelköpfe zu leitende Ölstrom über Kanäle außerhalb der Yfellenbohrung geführt. Insbesondere kann es sich hierbei um Kanäle handeln, die durch den Rotor verlaufen. Die Wellenbohrung selbst kann daher in üblicher Weise für das Schmieröl und das über die Kapselwand zurückzuleitende öl benutzt werden. Von diesem kann das Wickelkopf öl von Anfang an getrennt geführt werden. Im Rotor lassen sich die Kanäle sehr einfach durch Ausstanzen von Öffnungen in den Blechen erzeugen. Sehr zweckmäßig

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ist es oftmals, die Kanäle durch Nuten am Innenumfang des Rotors und/oder am Außenumfang der Welle zu erzeugen.

Hierbei können die im Rotor verlaufenden Kanäle oben zwischen der Stirnkante des Lagers und dem oberen Kurzschlußring münden. Das Öl wird dann durch Zentrifugalkraft direkt auf die oberen Wickelköpfe geschleudert.

Eine weitere Beschleunigung erfährt das Öl dadurch, daß die Kanäle von unten nach oben mit Bezug auf die Drehrichtung schräg nach rückwärts verlaufen. Die für das Vfickelkopföl benötigte Pumpe oder der entsprechende Pumpenteil braucht daher keine allzu große Pörderwirkung zu haben.'

Insbesondere genügt es, am unteren Ende der Welle eine an sich bekannte Zentrifugalpumpe vorzusehen, deren Durchmesser jedoch den Wellendurchmesser zumindest über einen Teil ihrer Länge übersteigt. Auf diese Weise gelingt es, eine größere Ölmenge zu fassen und auch in die Kanäle außerhalb der Wellenbohrung zu führen.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besitzt ein Hohlkonus im Bereich der Rotorunterkante eine Umfangserweiterung über den Wellendurchmesser hinaus und der durch die Erweiterung gebildete Raum steht mit den außerhalb der Wellenbohrung verlaufenden Kanälen in Verbindung. Der erweiterte Raum kann beispielsweise dadurch entstehen, daß die Erweiterung des Hohlkonus gegen den unteren Kurzschlußring abgedichtet anliegt. Statt dessen kann atoer die Erweiterung auch durch eine ringartige Ausbauchung des Hohlkonus selbst geschaffen sein.

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Wenn in dem oder an dem unteren Kurzschlußring etwa radial nachaxßen führende Durchbrüche vorgesehen sind, kann von dieser Erweiterung .aus auch der untere Wickel- · kopf mit Öl versorgt werden. Diese Durchbrüche können auf vielerlei Art erzeugt werden. Beispielsweise befinden sich im Kurzschlußring Nuten, die durch ein Blech oder durch ein flanschartiges Ende des Konus abgedeckt sind. Statt dessen kann ein Abdeckblech oder der Plansch des Konus auch etwa radial stehende Rillen aufweisen.

Pur manche Zwecke hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Pumpe als Doppelpumpe mit zwei voneinand er getrennten Austritten auszuführen, die einerseits für den über die Kapselwand und andererseits für den über die Wickelköpfe geleiteten Ölstrom bestimmt sind. Hierdurch kann die Größe der beiden Ölströme für sich weitgehend unabhängig festgelegt werden. Eine sehr einfache Form ergibt sich, wenn die Doppelpumpe aus zwei zueinander konzentrischen Hohlkonen gebildet· wird.

Um eine möglichst große Ölmenge zu Kühlzwecken an der Kapselwand ablaufen lassen zu können, empfiehlt es sich, daß die Kurbelwelle im Anschluß an die Wellenbohrung innerhalb der Projektion des Kurbelzapfens auf die Welle mindestens zwei zur oberen Stirnfläche hin offene Bohrungen aufweist, wobei von jeder Bohrung höchstens ein Lager, z. B. Kurbellager, gespeist wird und mindestens eine Bohrung glatt hindurchgeht. Auf diese Weise ergibt sich ein sehr geringer Leitungswiderstand bis zur oberen Stirnfläche der Kurbelwelle, so daß dort große Ölmengen austreten und zur Kapselwand geschleudert werden können.

Um eine verbesserte Kühlung der unteren .Wickelköpfe zu

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erzielen, kann der Motortragkörper außerhalb der oberen . Wickelkopfe eine Auffangwand besitzen und zwischen Wand und Stator-Außenkante können Öffnungen vorgesehen sein, durch die das Öl zu den unteren Wickelköpfen abläuft. Außerdem können im Bereich der unteren Außenkante des Stators Umlenkvorrichtungen vorgesehen sein, die das ablaufende Öl den unteren Wickelköpfen zuführen.

Die Erfindung wird nachstehend in Zusammenhang mit in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Pig, 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Kurbelwelle in der Höhe A-A der Pig. I,

Pig. 3 einen Querschnitt durch den Rotor eines anderen Ausführungsbeispiels und

Pig. 4 eine abgewandelte Doppelpumpe im Längsschnitt.

In einer Kapsel 1 ist der Motor-Tragkörper 2 eines Motorverdichters für eine Kälteanlage federnd abgestützt. Der MotoiMD?agkörper bildet ein Lager 3 für die Motor-Kurbelwelle 4, trägt den Stator 5 des Motors, weist in einem oberen Portsatz 6 einen in der Zeichnung nicht sichtbaren Zylinder auf und bildet mit dem Portsatz 6 und einem Einsatz 7 Schalldämpfer-Kammern 8. Der Einsatz 7 stellt außerdem ein zweites Lager 9 für die Motor-Kurbelwelle 4

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dar. Um den Kurbelzapfen 10 greift ein Kurbellager 11. Ferner trägt die Welle 4 den Rotor 12 eines Kurzschlußläufers. Am oberen Ende ist eine Stirnplatte 13 und sin Abspritzring 14 mittels einer "Schraube 15 befestigt. Der Rotor besitzt obere und untere Kurzschlußringe 16 j Der Stator hat obere und untere Wickelkopfe 18,19.

Die Motor-Kurbelwelle besitzt eine Mittelbohrung 20, in die von unten ein· Rohr 21 eingesteckt ist, das am unteren linde einen Hohlkonus 22 bildet. Von dieser Bohrung gehen eine Querbohrung 23 zum Lager 3 und drei parallele Längsbohrungen 24,25 und 26 aus, die alle an der oberen Stirnfläche der Welle frei in den Keller 14 ausmünden.-Von der Bohrung 24 führt eine Querbohrung 27 zum Kurbellager 11, von der Bohrung 26 führt eine Querbohrung 28 zum oberen Lager "9. Die Bohrung 25 geht unbeeinflußt bis zur oberen Stirnseite.

Auf das· Rohr 21 ist ein zweites Rohr 29 geschoben, das mit drei oder vier Klemmrippen 30 am ersten Rohr 21 festgeklemmt ist und am unteren Ende ebenfalls einen Hohlkonus 31 aufweist, der etwas über dem Hohlkonus 22 beginnt. Das obere Ende des Rohres 29 ist zu einem Plansch 32 umgebogen, der bis auf einige radiale Vertiefungen 33 dicht am unteren Kurzschlußring 17 anliegt. Zwischen den beiden Rohren 21,29, dem=Kurzschlußring 17, dem Rotor 12 und der Welle 4 wird-ein Höhlraum 34 gebildet, von dem Kanäle 35 durch den Rotor 12 nach oben gehen. Diese Kanäle münden oben zwischen dem Lager 3 und dem Kurzschlußring 16, aber an einer gegenüber der Drehrichtung des Rotors nach rückwärts versetzten Stelle. Der Tragkörper 2 bildet eine die oberen Wickelkopfe 18 umgebende Auffangwand 36, die am unteren Ende mit Öffnungen 37 versehen ist, so daß in den Baum 38 eintretendes öl am äußeren Umfang des Stators ablaufen kann. Am unteren Ende

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des Stators ist eine Auffang- und Umlenkvorrichtung 39 vorgesehen, mit der das ablaufende Öl den unteren Wickelköpfen 19 zugeleitet wird. Die Vorrichtung 39 kann aus einem Blechring bestehen, der mit einzelnen einwärts gedrückten Rippen auf den Stator 5 aufgeklemmt ist. Der Innenraum 40 des Einsatzes 7 steht über Durchbrüche 41 mit dem Raum 38 in Verbindung, so daß aus den Schmierstellen austretendes Öl ebenfalls über den Raum 38 abfließen kann.

Im Betrieb fördert der Hohlkonus 22 aus dem Ölsumpf 42 in üblicher Weise genügend Öl, damit die Schmierstellen der Lager und des Zylinders einwandfrei versorgt werden. Außerdem wird der Ölüberschuß durch die drei Bohrungen 24-26 nach oben gefördert und dort durch den Teller 14 an die Wand der Kapsel 1 geschleudert. Beim Ablaufen längs der Kapselwand zurück in den Sumpf 42 wird das Öl stark abgekühlt. ;

Der zweite Hohlkonus 31 fördert Öl durch den Zwischenraum zwischen den beiden Rohren 21,29 in den Raum 34. Von dort tritt das öl durch die Kanäle 35 nach oben und wird über den Kurzschlußring 16 auf die oberen Wickelköpfe 18 geschleudert. Ein zweiter Teil des Öls tritt über die Kanäle 34 nach aißen und wird auf die unteren Wickelköpfe 19 geschleudert. Das oben abgeschleuderte öl kann durch den Spalt zwischen Rotor und Stator nach unten fließen; der überwiegende Teil wird jedoch von der Wand 3b aufgefangen und durch die Öffnungen 37 längs des äußeren Umfangs des Stators 5 nach unten geleitet, wo es von der Vorrichtung 39 aufgefangen und zusätzlich über die unteren' . Wickelköpfe 19*geführt wird. Da der Widerstand zwischen der zvieLten Pumpe und der oberen Stirnseite der Kanäle 35

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sehr klein gemacht werden .kann, z. B. durch Wahl einer genügenden Anzahl entsprechend großer Kanäle,und weil die Kanäle 35 durch Rückwärtsneigung selbst noch zur Forderung beitragen können, werden sehr große ülmengen über die oberen Wickelköpfe 18 geleitet. Aus diesem Grund kann viel Wärme abgeführt werden, ohne daß das öl einen erheblichen !Temperaturanstieg erfährt. Verwendet man eine Verdränger-Pumpe, können derartige Ölmengen auch bei etwas höheren Leitungswiderständen über die Wickelköpfe geführt werden.

Bei einem Ausführungsbeispiel· einer 1/3 PS- Maschine mit einem Hubvolumen von 12 cm förderte die innere Pumpe-, alsoder Hohlkonus 22, 48 l/h, von denen etwa 12 l/h für die Schmierung verbraucht werden und etwa 36 l/h zwecks Rückkühlung an der Kapselwand herunterlaufen. Die äußere Pumpe, also der Hohlkonus-3I dagegen fördert etwa 80 l/h, hauptsächlich wegen des größeren aktiven Durchmessers des Konus.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel, das. in Fig. 3 dargestellt ist, sind am inneren Umfang des Rotors 12 Nuten 43 ausgestanzt, die durch die 7/elle 4 abgedeckt werden. Auf diese Weise entstehen ebenfalls Kanäle 44, die Öl zu den oberen Wickelköpfen zu führen vermögen.

In Pig. 4 ist eine einzelne Zentrifugalpumpe gezeigt, bei der die Aufteilung in die beiden Öl-ströme erst in Höhe •der Unterkante des Rotors erfolgt. Zu diesem Zweck besitzt ein Rohr 45 mit unterem Hohlkonus 46 am oberen Ende eine Ausbauchung 47, die außen am Kurzschlußring 17 anliegt, löcher 48 an der Oberseite der Ausbauchung 47 ermöglichen es, daß ein Teil des Öls in einen Raum 49 und von dort in die Kanäle 35 des Stators eintritt» Da

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durch die Aufweitung 47 ein zusätzlicher Antrieb erfolgt, kann der über die Öffnungen 48 abgezweigte Ölstrom größer gehalten werden als der durch die Bohrung 20 nach oben steigende ölstrora.

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Claims

Patentansprüche;

Gekapselter Motorverdichter, insbesondere Kleinkältemaschine, bei dem eine Pumpe zu Schmier- und Kühlzwecken Öl aus dem Sumpf fordert, das einerseits über die Kapselwand und andererseits über die Wickelköpfe in den Sumpf zurückgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptteil des über die Wickelkopfe geführten ölstroms von der Pumpe direkt, also ohne Zwischenfunktion, über die Köpfe geleitet wird.

2. Motorverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kontinuierlich über die Wickelköpfe geführte öistrom so groß ist, daß er allein zur notwendigen Kühlung der Wickelköpfe ausreicht.

3· Motorverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die umgewälzte Gesamtölmenge mindestens ¹ l/PS.h. ist. ...

4. Motorverdichter nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine in bekannter V/eise eine senkrechte We'Jle mit unten liegendem Motor hat.

5. Motorverdichter nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der über die Wickelköpfe, zu leitende öistrom über Kanäle außerhalb der Wellenbohrung geführt wird.

6. Motorverdichter nach Anspruöh 5» dadurch gekennzeichnet, •daß der über-die Wickelköpfe zu leitende Öistrom durch Kanäle geführt wird, die durch den Rotor verlaufen.

7. Motorverdichter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die im Rotor verlaufenden Kanäle oben

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Nr. I Satz 3 defe ÄndewngsgeS. v. 4.9.19'"

zwischen der Stirnkante des Lagers und dem oberen Kurzschlußring münden.

8. Motorverdichter nach einem der Ansprüche 5-7» dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle von unten nach oben mit Bezug auf die Drehrichtung schräg nach rückwärts verlaufen.

9· Motorverdichter nach einem der Ansprüche 1-8» dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende der Welle eine an sich bekannte Zentrifugalpumpe vorgesehen ist, deren Durchmesser jedoch den Wellendurchmesser zumindest über, einen Teil ihrer länge übersteigt.

10. Motorverdichter nach Anspruch 5 und 9» dadurch gekennzeichnet, daß ein Hohlfconus im Bereich der Rotorunterkante eine Umfangserweiterung über den Wellendurchmesser hinaus besitzt und daß der durch die Erweiterung gebildete Raum mit den außerhalb der Wellenbohrung verlaufenden Kanälen in Verbindung steht.

11. Motorverdichter nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet,. daß die Erweiterung des Hohlkonus gegen den unteren Kurzschlußring abgedichtet anliegt.

12. Motorverdichter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in dem oder an dem unteren Kurzschlußring etwa radial naoh außen führende DurchbrUohe vorgesehen sind.

IJ. Motorverdichter nach einem Ansprüche 1-12, dadurch ge kennzeichnet, daß die Pumpe eine Doppelpumpe mit zwei voneinander getrennten Austritten ist, die einerseits

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für den über die Kapselwand und andererseits für den über die Wickelköpfe geleiteten ölstrom bestimmt sind.

14. Motorverdichter nach Anspruch 13 i dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelpumpe aus zwei zueinander konzentrisehen Hohlkonen gebildet wird.

15· Motorverdichter nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle im Anschluß an die Wellenbohrung innerhalb der Projektion des Kurbelzapfens auf die Welle mindestens zwei zur oberen Stirnfläche hin offene Bohrungen aufweist, wobei von jeder Bohrung höchstens ein Lager, z. B. Kurbellager, gespeist wird und mindestens eine Bohrung glatt hindurch geht.

16. Motorverdichter nach einem der Ansprüche 1-15» dadurch gekennzeichnet, daß der Motor-Tragkörper außerhalb der oberen Wickelköpfe eine Auffangwand besitzt und zwischen Wand und Stator-Außenkante öffnungen vorgesehen sind, durch die das Öl zu den unteren Wickel-Kpfen abläuft.

17. Motorverdichter nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der unteren Auatrittskante des Stators Umlenkvorrichtungen vorgesehen sind, die das ablaufende

. öl den unteren Wickelköpfen zuführen.

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