DE2342245A1 - Wirbelverdichter - Google Patents

Description

Patentanwälte

81-21.269P(21.270H)

21. August 1975

HITACHI , LTD., Tokio (Japan)

Wirbelverdichter

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wirbelverdichter insbesondere des Typs, der unmittelbar mit einem Elektromotor verbunden wird.

Ein bereits entwickelter Wirbelverdichter weist einen Mantel mit einem darin gebildeten Luftkanal, ein axial außerhalb des Mantels angeordnetes Gehäuse und ein an den Mantel angrenzendes Laufrad auf. In dem Gehäuse sind verschiedene Elemente

81-(POS 30582)-sch

409813/0339

eines Elektromotors untergebracht, u. a. ein Stator, ein in diesem konzentrisch angeordneter Läufer, ein auf dem Außenumfang desselben vorgesehener Läuferleiter und eine den Läufer mit dem Laufrad verbindende tfelle.

Bei dieser Art eines Wirbelverdichters ist es. erforderlich, beim Zusammenbau desselben nicht nur einen Spalt vorgegebener Abmessung zwischen dem Gebläsemantel unu dem Laufrad, sonaern einen v/eiteren Spalt vorgegebener Abmessung zv/ischen der äußeren Umfangsfläche de3 Läufeizs und .der inne,ren Uaxangsfir.-che des Stators vorzusehen, um die Leistungsfähigkeit des .Verdichters zu steigern. In diesem Fall haben sich bisher Schwierigkeiten ergeben beim gleichzeitigen Vorsehen diecü-jxbeiden Spalte mit einem hohen Genauigkeitsgrad. Dadurch, vrarde das Montageverfahren des Verdichters kompliziert, una die Anzahl der Arbeitsschritte wurde erhöht. Infolgedessen ergibt sich der Nachteil hoher Herstellungskosten, una außerdem erhöht sich die Häufigkeit, mit der fehlerhafte Produkte hergestellt werden.

Da der bereits entwickelte Verdichter einen zylindrischen Elektromotor verwendet, verschieben sich der Läufer und das Laufrad, die mit dem Elektromotor über ein Lager verbunden sind, in axialer Richtung um einen Betrag, der dem Spiel des Lagers entspricht, so dafa sich zwischen dem Laufrad und dem Mantel ein Spalt relativ großer Abmessung ergibt. Dies resultiert in einer Herabsetzung der Leistungsfähigkeit des Verdichters.

Bei dem bereits entwickelten V/irbelverdichter können auf den Verdichter zur Einwirkung gebrachte LastSchwankungen eine axiale Verschiebung des Laufrades zur Folge haben, wodurch der Verdichter in abnorme Schwingungen versetzt wird (Eesonanz). Die Konstruktion des bereits entwickelten Verdichters

409813/0339

BAD ORIGINAL

ist derart, daß es nicht-möglich ist, abnorme Schwingungen vollständig zu vermeiden. Außerdem hat der bereits entwickelte Wirbelverdichter relativ große Gesamtabmessungen, und dadurch sind seiner Verwendung Grenzen gesetzt.

Durch die Erfindung sollen die oben aufgeführten Nachteile des bereits entwickelten Verdichters eliminiert werden. Es ist dalier Aufgabe der Erfindung, einen Wirbelverdichter mit sehr gutein Betriebsverhalten und hoher Leistungsfähigkeit zu schaffen, bei dem zwischen dem Laufrad und dem Mantel nur ein Spalt vorgesehen ist, der mit hoher Genauigkeit gebildet werden muW bei der Montage des Verdichters, wobei dieser Spalt kleinere Abmessungen hat als der entsprechende, in dem bereits entwickelten Verdichter ausgebildete Spalt. Dabei soll der Wirbelverdichter zur Verwendung mit - einem flachen anstelle eines bisher verwendeten zylindrischen Elektromotors ausgebildet sein, wodurch das axiale Spiel zwischen Läufer und Laufrad wegfällt. Bei dem erfindungsgemäßen Wirbelverdichter soll das Auftreten abnormer Schwingungen ausgeschlossen werden durch Verwendung eines flachen Elektromotors. Mit dem Wirbelverdichter gemäß der Erfindung sollen bei der Kühlung des mit dem Verdichter verbundenen Elektromotors gute Ergebnisse erzielt werden, wodurch die Ausgangsleistung des Motors erhöht wird, indem der wärmeerzeugende Teil des Motors in unmittelbarer Nähe des Verdichters angeordnet wird;, der Wirbelverdichter soll bei konstanter Ausgangsleistung des Motors insgesamt gedrängt ausgebildet sein. Die Herstellungskosten des erfindungsgemäßen Wirbelverdichters sollen dadurch verringert werden, daß die Anzahl der bei der Montage des Verdichters auszuführenden Arbeitsschritte geringer ist als die Anzahl der hei der Montage des bereits entwickelten Verdichters benötigten Arbeitsschritte. Weiterhin soll gemäß der Erfindung ein Wirbelverdichter von wesentlich verringerter Gesamtabmessung geschaffen werden, so daß der Verdichter auch

409813/0339

Zwecken dienen kann, die bisher bei bereits entwickelten Wirbelverdichtern nicht in Betracht gezogen werden konnten.

Durch die Erfindung wird also ein Wirbelverdichter des Typs angegeben, der unmittelbar mit einem Elektromotor verbunden ist, bestehend aus einem einen Luftkanal enthaltenden Mantel, einem in dem Mantel festangeordneten Stator mit Statorwicklüngen, einer an dem Mantel befestigten Welle, einem drehbar auf dieser gelagerten Laufrad, das eine Anzahl von an den Luftkanal angrenzenden Flügeln aufweist, und einem in dem Laufrad festangeordneten Läufer, der an den Antriebsteil des Stators angrenzend vorgesehen ist. Der Wirbelverdichter ist derart aufgebaut, daß bei seiner Montage nur der eine zwischen dem Mantel und dem Laufrad definierte vorgegebene Spalt genau eingestellt werden muß.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt eines bereits entwickelten Wirbelverdichters;

Fig. 2 einen Vertikalschnitt eines erfindungsgemäßen Wirbelverdichters;

Fig. 3 eine Vorderansicht des festangeordneten Teils des in Fig. 2 gezeigten Wirbelverdichters, wobei die Abdeckung und der Drehteil des Verdichters entfernt sindj

Fig. 4 eine Vorderansicht des Drehteils des in Fig. 2 gezeigten Verdichters.

Ein bereits entwickelter Wirbelverdichter wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben; ein zylindrischer Elektromotor hat einen Stator 1, auf den eine Statorwicklung 2 gewickelt

409813/03

ist; ein Gehäuse 3 ist vorgesehen; ein Läufer 4 weist einen Läuferleiter 5 auf, der am Außenumfang des Läufers "befestigt ist, dabei ist der Läuferleiter 5 im allgemeinen durch Druckgießen aus Aluminium hergestellt; ein Endträger 6 ist vorgesehen, ein Lager 7 ist an einem als weiterer Endträger dienenden Gebläsemantel 8 befestigt, ein Führungskanal 9 ist in einem äußeren .Randabschnitt des Gebläsemantels ausgebildet, ein Laufrad 11 ist an den Gebläsemantel angrenzend angeordnet und wird von dem Elektromotor M angetrieben; das Laufrad 11 weist Gebläseflügel 12 auf, eine Abdeckung 13 ist auf der Vorderfläche des Mantels vorgesehen; eine Ansaugöffnung 14 ist in einem Teil des Führungskanals gebildet, eine nicht gezeigte Trennplatte ist zwischen der Ansaugöffnung 14 und einer Drucköffnung vorgesehen (die Drucköffnung ist in der Figur nicht gezeigt, da sie hinter der Ansaugöffnung ausgebildet ist), so daß das Gebläse als Pumpe arbeiten kann, und eine Welle 15 trägt den Läufer 4, und auf ihrem Vorderende ist das Laufrad montiert.

Wie Fig. 1 deutlich zeigt, sind bei dem bereits entwickelten Wirbelverdicliter zwei Spalte vorhanden, deren Abmessungen mit hoher Genauigkeit unter Einhaltung strenger Toleranzen infolge ihrer Struktur aufrechterhalten werden müssen; einer (g-l) dieser Spalte ist zwischen der Innenfläche des Stators 1 und der äußeren Umfangsflache des Läufers 4 vorhanden und ist mit 0,3 mm bemessen, wie dies bei üblichen Elektromotoren der Fall ist. Der Spalt g-l hat auf die Kennlinien von Motoren einen bedeutenden Einfluß. Es ist bisher üblich gewesen, die Abmessung des Spalts g-l dadurch auf einem vorgegebenen Genauigkeitsgrad zu halten, daß entweder der Außenumfang des' Läufers 4 oder die Innenfläche des Stators 1 (üblicherweise letztere) mit einem hohen Präzisionsgrad bearbeitet wurde. Ein weiterer Spalt g-2 ist zwischen dem Gebläsemantel 8 und dem·Laufrad 11 vorgesehen, wobei die Abmessung dieses Spalts

409313/0339

vorzugsweise im Bereich zwischen 0,3-0,4 mm liegt oder im wesentlichen gleich der Abmessung des Spalts g-1 des Motors ist, so daß die Kennlinien des Verdichters verbessert v/erden können. Aufrechterhaltung der Abmessungen dieser beiden Spalte g-1 und g-2 mit dem gewünschten Genauigkeitsgrad bei der Montage des Verdichters stellt ein schwer zu lös'endes Problem dar. Da die Welle 15 des Motors M mit dem Laufrad verbunden ist, ergibt sich im übrigen die Tendenz, daß die Genauigkeit der Abmessung des Spalts g-2 verschlechtert wird, wodurch sich ein Nachlassen der Leistungsfähigkeit des Verdichters ergibt, wenn versucht wird, die Kennlinien des Motors M da-• durch zu verbessern, daß die Abmessung des Spalts g-1 mit hoher Genauigkeit aufrechterhalten v/ird, und umgekehrt. Dadurch war es bisher häufig erforderlich, die Erzeugnisse zur Beseitigung des Fehlers zu demontieren, oder sie mußten als fehlerhaft ausgeschieden werden.

Es wird nunmehr unter Bezugnahme auf !'ig. 2-4 ein erfindungsgemäßer Wirbelverdichter beschrieben. Ein Stator 101 ist ein Bestandteil eines flachen Elektromotors, und auf diesen Stator ist eine Statorv/icklung 102 gev/ickelt. Ein Gebläsemantel 108 ist um den äußeren Randabschnitt vorgesehen mit einem ringförmigen Luftkanal 109, der im Querschnitt halbkreisförmig gewölbt ist. Dem Luftkanal 109 benachbart ist in dem Mantel radial innerhalb desselben eine Hingnut 117 geformt, in der der Stator mit der Statorv/icklung 102 sicher montiert ist. Der Luftkanal 109 ist an einer Stelle durch eine Trennwand 110 geschlossen, und auf einer Seite dieser Trennwand 110 ist eine Ansaugöffnung 114 gebildet, und auf der anderen Seite der Trennwand ist eine Drucköffnung 114-1 gebildet. Am Mittelabschnitt des Verdichtermantels 108 ist eine Welle 115 angeordnet, deren einer Teil sich axial aus dem Mantel 108 herauserstreckt.

409813/0339

23*2245

Eine Anzahl radialer Flügel 112 geringer Dicke, die mit einem Laufrad 111 einstückig ausgebildet sind, ist umfangsmäßig in einer Ringnut angeordnet, die um den äußeren üandabschnitt des Laufrades in regelmäßigen Abständen ausgebildet ist. Jedes Paar benachbarter Flügelpaare 112 definiert zwischen sich eine Zelle 116, deren Querschnitt im wesentlichen gleich dem des Luftkanals 109 ist, und eine Sequenz dieser Zellen liegt ■ nach erfolgter Montage dem Luftkanal 109 zugewandt und im Abstand von diesem. Je geringer die Dicke der Flügel 112 ist, desto größer wird die Leistungsfähigkeit des Verdichters. Daher werden die Flügel vorzugsweise einstückig mit dem Laufrad aus Aluminium durch Druckgießen hergestellt, um sicherzustellen, daß die Genauigkeit der Abmessungen für die Flügel geringer Dicke erhalten werden kann.

Ein Laufereisenkern 104 von Kreisringform wird gleichzeitig mit dem Druckgießen des Laufrades in einen radial innen liegenden Teil des Laufrades 111 derart eingebettet, daß der Läufereisenkern 104 dem Stator 101 zugewandt und im Abstand von diesem liegt, nachdem der Verdichter zusammengebaut ist. Wenn das Laufrad durch Druckgießen geformt wird, wird gleichzeitig einstückig mit dem Laufrad ein Läuferleiter 105 geformt. .

Das Laufrad 111 ist in seinem Mittelteil durch ein Lager 107 auf einem Ende der Welle montiert, die sich von dem Verdichtermantel 108 axial nach außen erstreckt. Eine Abdeckung 113 dient zum Abdecken des Laufrades 111, und die Abdeckung ist luftdicht durch geeignete übliche Mittel an einem Außenrand des Mantels befestigt.

Aus der Beschreibung ist offensichtlich, daß der erfindungsgemäße Wirbe!verdichter nur einen Spalt g aufweist., der zwischen einer axialen Endfläche des Laufrades 111 und einer axialen Endfläche des Verdichtermantels dem Laufrad benachbart gebildet ist, Der Spalt g hat vorzugsweise eine im Be-

3/0339

reich zwischen 0,3-0,4 mm liegende Abmessung.

Beim Betrieb des Verdichters wird die Luft in den kleinen Zellen 116,. die in dem einstückig mit dein Läufer ausgebildeten Laufrad 111 vorgesehen sind, zwangsläufig durch Zentrifugalkräfte nach außen zu den Außenrandabschnitten der Zellen bewegt, wenn der Läufer unter dem Einfluß der elektromagnetischen Kraft, die durch das Zusammenwirken zwischen Läufer und Stator entsteht, rotiert. Die Zellen 116 und der in dem Verdichtermantel lOcj gebildete Luftkanal 109 sind beide im ^uerschnitt halbkreisförmig gewölbt, und die Öffnungen der Zellen liegen der öffnung des Luftkanals gegenüber, so daß sie einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt bilden. Aufgrund dieser Konstruktion wird die Luft in einer Zelle 116 nach Durchströmen des Luftkanals in die benachbarte Zelle eingeführt. Da also die durch die Ansaugöffnung 114 in den Luftkanal 109 eingeführte Luft durch die in dem Laufrad gebildeten Zellen beschleunigt wird, wird der Luftdruck, in dem v/irbelverdichter vor Erreichen der Drucköffnung 114-1 sehr hoch. Infolgedessen wird die Luft aus der Drucköffnung 114-1 unter einem Druck herausgepreßt, der nahezu zehnmal so hoch ist wie der Luftdruck, der sich im Pall des bereits entwickelten Zentrifugalwirbelverdichters ergibt. Die irn Luftkanal 109 vorgesehene Trennwand 110 dient dazu, ein Ausströmen von Druckluft von der Druckseite zur Ansaugseite infolge zu großer Druckunterschiede zu verhindern.

Bei dem erfindungsgemäßen i/Zirbelverdichter ergeben sich folgende Vorteile:

a) Die Gesamtlänge des Verdichters beträgt etwa den dritten Teil der Gesamtlänge eines bereits entwickelten Wirbelverdichters. So kann der Verdichter bei Inaustrienühmaschinen, Kopiergeräten o. ä. Anwendung linden, bei denen seine Verwendung bisher nicht möglich war.

409813/0339

b) Der Verdiclrfcermantel und das Laufrad sind einstückig miteinander ausgeführt, so daß die Anzahl der Fertigungsschritte um mehr als die Hälfte der Fertigungsschritte bei bereits entwickelten Wirbelverdichtern verringert wird, und entsprechend können die Herstellungskosten verringert werden. Da außerdem der erfindungsgemäße Verdichter nur eine sehr geringe Anzahl von Teilen aufweist, die mit hoher Präzision bearbeitet werden müssen, ist die Qualität der Verdichter gleichbleibend gut.

c) Bei bereits entwickelten Wirbelvereaichtern mit einem zylindrischen Elektromotor besteht eine Tendenz, daß das Laufrad -infolge des Druckes der beim Betrieb des Verdichters durch den Luftkanal strömenden Luft axialen Kräften ausgesetzt wird, und infolgedessen besteht die Tendenz, daß sich das Laufrad und der Läufer um einen dem Spiel des Lagers entsprechenden Betrag axial verschieben. Deshalb ist es bisher üblich gewesen, einen Spalt relativ großer Abmessung zwischen dem Laufrad und dem Mantel vorzusehen, indem das Spiel des Lagers in die Berechnung einbezogen wurde. Außerdem besteht die Möglichkeit, daß eine .'rinderung der Last eine axiale Verschiebung des Laufrades zur Folge hat, wodurch häufig abnorme Schwingungen in dem Verdichter bewirkt werden. Diese Jiachteile der bereits entwickelten Wirbelverdichter treten bei dem erfindungsgemäßen iVirbeiverdichter nicht auf. Durch. Verwendung eines flachen Elektromotors braucht das Spiel des Lagers bei der I-iontage des Verdichters nicht in Betracht gezogen zu werden, da das Laufrad zu dem Verdichtermantel durch eine Kraft angezogen, wird, die größer ist als der Druck, der beim Betrieb des Verdichters durch die durch den Luftkanal strömende Luft erzeugt wird. Daher lcann der Spalt g zwischen dem Laufrad und aera Hantel eine so kleine A bines sung haben, aa.ö die Kennlinien aes Verdichters verbessert und aie abnormen Schwingungen eliminiert v/eracn,

40981 3/0339
BAD ORIGINAL

d) Bei dem erfindungsgemäßen Verdichter liegen axe v/ärmeerzeugenden Teile des Elektromotors in der l-Ialie aos Jiuf tkanalc. Dadurch wird die Kühlung des Kotors erleichtert unu seine Ausgangsleistung erhöht, wodurch wiederum, wenn die Ausgangaleistung des Kotors konstant ist, eine gedrängte Form des Motors erhalten v/erden kann.

Aus der Beschreibung sieht man, dau uer eriindungsgemüße Y/irbelverdichter nur einen "opait auf v/eist, der mit hoher Präzision vorgesehen sein muß, daß die .üeistungsiQiiglcei'i; dec Verdichters v/es ent Ii eil verbessert wird und daß eine gedrängte Form erhalten wird.

4098 1 3/0339
BAD ORIGINAL

Claims (6)

1. - 11 -

   fat e η t a η s ρ r ü c h e

   Iy »/irbelverdichter, g e k e η ii ζ e 1 c Ii η e t durch einen rait einem Luftkanal (1OS)) ausgebildeten Mantel (108), einen eine .Statorwicklung (102) aufweisenden, daran vorgesehenen Stator (lül), der in dem Kantel (108) festangeordnet ist, eine am Hittelabsehnitt des kanteIs (108) befestigte Welle (115), deren einer Sndabsehnitt sich in axialer Verlängerung erstreckt, ein auf dem oiiiuabschnitt der "welle (115) im Abstand von dem Hantel (106) drehbar befestigtes Laufrad (ill), eine in dem Hantel (108) gebildete, dem Luftkanal (109) gegenüberliegende Anzahl kleiner Zellen (116) und einen in dem Laufrad (ill) derart angeordneten Läufer (104), daß der Läufer (104) an den Stator (3.01) angrenzend im Abstand von diesem vorgesehen ist.
2. 2. Wirbelverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß swischen dem Hantel (108) una dem Laufrad (ill) ein Spalt (g) vorhanden ist, dessen Abmessung im Bereich zwischen 0,3-U,4 me liegt.
3. 3. V/irbe.Iverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftkanal (109) ringförmig ist und um den axial äußeren Teil des Hanteis (108) herum gebildet ist und daß in dem Hantel (108) konzentrisch-mit dom ringförmigen Luftkanal (109) und diesem benachbart in einem axial inneren Teil des Hanteis (108) eine Ringnut (117) gebildet ist, in der der Stator (lOl) festangeordnet ist.
4. 4. »Virbelverdichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

   α aß der ringförmige Luftkanal (10.')) im Querschnitt halbkreisförmig gewölbt ist und daß an einem jiindabschnitt des Luftka-

   409813/0339

   BAD ORIGINAL

   nals (109) eine Luftansaugüifnung (114) und am anderen Jinde des Luftkanals (109) eine Druckluftöffnung (114-1) gebildet ist.
5. 5. v/irbelverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl kleiner Zellen (116) um einen äußeren liandteil aes Laufrades (ill) herum und an deii Luftkanal (109) anliegend gebildet ist, wobei jede der kleinen Zellen (13-6) durch ein Paar einander benachbarter Flügel (112) begrenzt ist una die kleinen Zellen (116) im Querschnitt im wesentlichen gleich dem Luftkanal (109) sind und diesem zugewandt liegen.
6. 6. Wirbelverdichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daid ein Läufereisenkem (104) in den radial innenliegenden Teil des Laufrades (ill) eingebettet und der Anzahl kleiner Zellen (116) benachbart angeordnet ist und daß auf dem Läufereisenkern (104) einstückig mit dem Laufrad (ill) ein Läuferleiter (105) gebildet ist.

   4098 13/0339

   Leerseite