DE2617369A1 - Gekapselter motorverdichter fuer kaeltemaschinen - Google Patents
Gekapselter motorverdichter fuer kaeltemaschinenInfo
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Description
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DA 377
DANFOSS A/S, Nordborg (Dänemark)
Gekapselter Motorverdichter für Kältemaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf einen gekapselten Motorverdichter für Kältemaschinen, mit vertikaler Motorkurbelwelle, einen Schubkolben
aufweisenden Verdichter, mindestens einem auf derselben Seite des Motorverdichter-Schwerpunkts wie der Verdichter gelegenen
Ausgleichsgewicht an der Motorkurbelwelle und in einer auf der dem Verdichter gegenüberliegenden Seite des Motorverdichter-Schwerpunkts
verlaufenden Ebene angreifenden Federn, insbesondere mit obenliegendem Verdichter und vertikalen Schraubendruckfedern,
zur federnden Anbringung des Motorverdichters in der Kapsel.
Ein bekannter Motorverdichter dieser Art besitzt einen vierpoligen
Motor, an dessen Stator zwei Lagerschilde angesetzt sind. Das obere Lagerschild trägt den Zylinder. Das untere
Lagerschild weist drei radial vorstehende Füße mit Aufnahmebohrungen auf, in welche vertikale Schraubendruckfedern eingesetzt
sind. Ein federndes Druckrohr besitzt unterhalb des Motorverdichters zwei Windungen und ist durch den ölsumpf herausgeführt.
Die Federn und das federnde Druckrohr sollen verhindern, daß Schwingungen, die im Motorverdichter beim Anlauf und beim
Betrieb entstehen, ungehindert auf die Kapselwand übertragen werden, die Kapselwand vibrieren lassen und von ihr teilweise
als Körperschall weitergegeben, teilweise als störende Geräusche abgestrahlt werden.
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In der Praxis ist man seit vielen Jahren dazu übergegangen,
die Federn nicht auf der dem Verdichter gegenüberliegenden Seite des Motors anzuordnen. Bevorzugt wurden vielmehr Angriffspunkte,
die sich in einer Ebene zwischen Verdichter und Motor oder in einer den Schwerpunkt des Motorverdichters
durchsetzenden Ebene befinden. Mit diesen und anderen Maßnahmen ließ sich jedoch das Vibrationsniveau nicht unter einen bestimmten
Wert absenken.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vibrationen bei einem Motorverdichter der eingangs beschriebenen Art herabzusetzen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Abstand
a der Umlaufebene des Ausgleichsgewichts-Schwerpunkts vom Motorverdichter-Schwerpunkt, vor allem in Abhängigkeit vom
Produkt m„ · r aus Masse m„ und Schwerpunkt-Drehradius r des
a. a »α a a
Ausgleichsgewichts, so/Vählt ist, daß sich unterhalb des Motorverdichter-Schwerpunktseine
Ruheebene ergibt, in der der Motorverdichter im Betrieb nahezu keine radiale Auslenkung erfährt,
und daß die Federn etwa in dieser Ruheebene am Motorverdichter angreifen.
Diese Konstruktion beruht auf der überraschenden Feststellung, daß bei einem Motorverdichter mit gegebenen Konstruktionsdaten
jedem gewählten Ausgleichsgewicht ein Abstand dieses Gewichts vom Motorverdichter-Schwerpunkt derart zugeordnet werden kann,
daß sich auf der gegenüberliegenden Seite des Motorverdichter-Schwerpunkts eine Ruheebene ergibt, in der die Auslenkungen des
Motorverdichters senkrecht zur Motorachse praktisch Null sind, obwohl der Verdichter selbst wegen des Schubkolbenantriebs und
gegebenenfalls wegen vorhandener Unwuchten Bewegungen vollführt, die die Frequenz der Motordrehzahl haben. Die in der
Ruheebene angreifenden Federn werden daher zumindest von dieser Frequenz praktisch nicht erregt, so daß sich eine entsprechende
Herabsetzung der Vibrationen ergibt. Ferner können
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die Federn wesentlich weicher als bisher ausgeführt werden, da nicht auf Federriickstellkräfte geachtet zu werden braucht,
die einer zu großen Verschiebung des Stators quer zur Achse entgegenwirken. Daher läßt sich die Eigenfrequenz des aus
Motorverdichter und Federaufhängung bestehenden Systems soweit herabsetzen, daß zwischen Erregerfrequenz und Eigenfrequenz
ein erheblicher Abstand vorhanden ist.
ma · ra Betrachtet man das Verhältnis η = , wobei m die
Masse und r der Schwerpunkts-Drehradius des Ausgleichsgewichts,
el
M die Summe der Massen von Kurbelzapfen, Pleuelstange und Kolben sowie r^ die Exzentrizität des Kurbelzapfens ist, dann
liegen die praktisch brauchbaren Werte zwischen etwa 0,1 und etwa 3,0. Besonders günstig ist es jedoch, wenn η zwischen 0,3
und 1,5 liegt. Bei derart gewähltem η ist der Abstand der Umlaufebene des Ausgleichsgewichts-Schwerpunkts vom Motorverdichter-Schwerpunkt,
wie er zur Erzielung einer Ruheebene erforderlich ist, höchstens um ein vertretbares Maß größer
als der Abstand zwischen der Zylinderachse und dem Motorverdichter-Schwerpunkt. Die axiale Länge des Motorverdichters
wird daher durch den neuen Vorschlag praktisch nicht vergrößert.
Mit besonderem Vorteil beträgt bei Verwendung eines einzigen Ausgleichsgewichts η etwa 0,6 - 0,9. Dieses Ausgleichsgewicht
kann dann zwischen Lager und Kurbelzapfen angeordnet sein.
Bei Verwendung zweier Ausgleichsgewichte, deren Schwerpunkt zwischen diesen Gewichten liegt, sollte η etwa 0,9 - 1,1
betragen, weil dies zu einem verhältnismäßig kurzen Motorverdichter führt.
Insbesondere kann das Produkt mö · r so gewählt werden, daß
ει a
sich die Ruheebene annähernd an der Unterseite des Statorblechpakets
befindet und die vertikalen Schraubendruckfedern im wesentlichen innerhalb der Projektion des Statorblechpakets
angeordnet sind. Auf diese Weise kann man mit verhältnismäßig einfachen Halterungen für die Federn auskommen. Außerdem wird
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nicht radial außerhalb des Stators zusätzlicher Platz für die Federn benötigt.
Mit besonderem Vorteil ist die Masse m& des Ausgleichsgewichts
gleich dem 1- bis 2-fachen, vorzugsweise etwa dem 1,5-fachen, Gewicht von Kolben und Pleuelstange. Eine solche auf die
oszillierenden Massen bezogene Bemessung des Ausgleichgewichts liegt weit außerhalb der üblichen Bemessung, für die Faktoren
unter 1, z. B. um 0,5, bekannt sind. Erzielt wird auf diese Weise, daß die noch auf die Kapselwand übertragenen Schwingungen
in allen Erregerrichtungen unterhalb eines vorgegebenen kleinen Grenzwerts liegen, also nicht bei allgemein niedrigem
Vibrationsniveau in Vorzugsrichtungen übermäßige Schwingungsamplituden auftreten.
Des weiteren ist es günstig, wenn das Trägheitsmoment des Motorverdichters um die zur Zylinderachse parallele y-Achse
kleiner ist als sein Trägheitsmoment um die senkrecht hierzu und zur Motorkurbelwellenachse stehende x-Achse. Dies
führt dazu, daß der Abstand der Ruheebene vom Schwerpunkt mit steigendem η kleiner wird. Durch passende Wahl von
η lassen sich daher recht kurze Motorverdichter herstellen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Motor zweipolig ist. An sich sind zweipolige Motoren bekannt. In der vorliegenden
neuen Kombination wird aber die Zweipoligkeit zur weiteren Herabsetzung der Geräusche ausgenutzt, weil wegen der gegenüber
der vierpoligen Ausführung höheren Drehzahl die Erregerfrequenz erhöht ist und daher der Abstand zur Eigenfrequenz
des inneren Sytems, die mit Hilfe möglichst weicher Federn herabgesetzt worden ist, noch größer wird.
Die Schraubendruckfedern können insbesondere so weich bemessen sein, daß sie sich unter dem Gewicht des Motorverdichters
um etwa die Hälfte oder mehr des freien Federwegs, der durch den Blockanschlag begrenzt wird, zusammendrücken.
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Diese weichen Federn ergeben eine besonders niedrige Resonanzfrequenz.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind Mittel vorgesehen, um die wirksame Federlänge in Abhängigkeit von Querausschlägen
des Motorverdichters zu verkürzen. Diese können beispielsweise darin bestehen, daß in jede der Schraubendruckfedern
oben und unten ein paraboloidförmiger Einsatz eingreift. Auf diese Weise wird dafür gesorgt, daß die Feder bei einer Bewegung
des Motorverdichters in Umfangsrichtung, wie sie beim Start unvermeidlich ist, zunehmend steifer wird, so daß auch
bei einer im Betrieb weichen Feder keine übermäßige Umfangsauslenkung beim Anlauf auftritt.
Wenn sich der obere Einsatz bei durch das Gewicht des Motorverdichters
belasteter Schraubendruckfeder bis nahe an den unteren Einsatz erstreckt, bilden diese Einsätze gleichzeitig
einen Transportanschlag für vertikale Bewegungen des Motorverdichters .
Des weiteren können nahe der Ruheebene über den Stator radial hinausragende Transportanschläge vorgesehen sein. Diese begrenzen
eine radiale Verlagerung des Motorverdichters beim Transport.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind auf die Köpfe von
Statorschrauben Halterungen aufgesetzt, die eine ringförmige Anlagefläche für die Schraubendruckfeder und einen etwa zylindrischen,
klemmend in die Feder greifenden Fortsatz aufweisen. Insbesondere können die Halterungen aus Kunststoff bestehen,
die paraboloidförmigen Einsätze an die zylindrischen Fortsätze anschließen und die Transportanschläge durch Kragen
der Halterungen gebildet sein. Eine solche Halterung ist einfach zu befestigen, einfach mit der Feder zu verbinden und erfüllt
eine Vielzahl von Funktionen. Der Kunststoff nimmt bei Wirksamwerden als Transportanschlag durch Verformung Energie
auf und verhindert das Entstehen von Metallspänen.
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In weiterer Ausgestaltung ist dafür gesorgt, daß das Druckrohr oberhalb des Ölsumpfes verläuft und durch Bildung mindestens
zweier etwa rechteckförmiger Schleifen, deren Ebenen etwa rechtwinklig zueinander stehen und höchstens in einem Winkel
von 45° zur Vertikalen verlaufen, eine erhöhte Weichheit in allen drei Koordinatenrichtungen hat. Das Druckrohr ist an
einer Stelle angeschlossen, die verhältnismäßig große Ausschläge durchführt. Die große Weichheit des Druckrohres verhindert,
daß auf diese Weise stärkere Geräusche auf die Kapselwand übertragen werden. Die Lage oberhalb des Ölsumpfes stellt
sicher, daß nicht Geräuschschwingungen über das Öl an die Kapselwand abgegeben werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen vertikalen Querschnitt durch einen gekapselten Motorverdichter gemäß der Erfindung,
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf den Stator in der Kapsel,
Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 2 und
Fig. 4 in einem Diagramm den Abstand a der Umlaufbahn des
Ausgleichsgewichts-Schwerpunkts und den Abstand ζ der Ruheebene ζ von der Schwerpunktsebene 0 des Motorverdichters
.
In einer Kapsel 1 ist ein Motorverdichter 2 angeordnet. An einem Stator 3 ist ein Bauelement 4 befestigt, das einen Zylinder
und ein Lager 6 aufweist. In diesem Lager ist eine Motorwelle 7 gehalten, die einen Rotor 8 trägt und über eine Kurbel 9
und eine Pleuelstange 10 einen Kolben 11 treibt. Zwischen Kurbelzapfen und Lager ist ein Ausgleichsgewicht 12 an der
Welle 7 angebracht.
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Ein Druckrohr 13 erstreckt sich von einer Druckschalldämpferkammer
14 zu einem Austrittsstutzen 15. Das Druckrohr weist eine erste etwa rechteckige Schleife 16 auf, deren Ebene
zur Zeichenebene um etwa 20 - 30° geneigt ist. Eine zweite Schleife 17 besitzt eine etwa vertikal verlaufende Ebene.
Dieses Druckrohr hat infolge der vielen geraden Abschnitte und der Schleifenform eine große Weichheit in allen drei
Koordinaten.
Der Motorverdichter ist mittels vier Schraubendruckfedern 18 abgestützt, die sich zwischen dem Kapselboden und der Unterseite
des Stators 3 erstrecken. Der Befestigung dient eine obere Halterung 19 und eine untere Halterung 20, die je
aus einem Kragen 21, 21·, der eine Anlagefläche für die
Feder 18 aufweist, einem zylindrischen Einsatz 22, 22·, auf welchem die Federenden klemmend aufsitzen, und einem paraboloidförmigen
Fortsatz 23, 23' besteht. Die obere Halterung 19 weist eine Vertiefung 24 auf, so daß die Halterung auf den
Kopf 25 einer Statorschraube 26 aufgesetzt werden kann. Die Halterung 20 besteht aus Metall und ist am Boden der Kapsel 1
festgeschweißt. Der Kragen 21 steht mit einem Teil seines Umfangs über den Stator 3 über. Die Halterung 19 kann aus einem verhältnismäßig
weichen, kältemittelbeständigen Kunststoff, beispielsweise Tetrafluoräthylen, bestehen. Die beiden Enden der
paraboloidförmigen Fortsätze 23 und 23' haben einen geringen
Abstand voneinander, so daß sie bei einer vertikalen Bewegung des Motorverdichters als Transportanschlag dienen. Die überstehenden
Teile der Kragen 21 kommen, wenn während des Transports eine übermäßige Radialbewegung des Motorverdichters auftritt,
mit der Kapselwand in Berührung und dienen daher ebenfalls als Transportanschlag.
In Fig. 1 ist der Motorverdichter-Schwerpunkt S mit der zugehörigen
Schwerpunktebene 0 eingezeichnet. Der Ausgleichsgewichts-Schwerpunkt P hat einen Abstand r von der Motorachse. Die
Umlaufbahn dieses Schwerpunkts P liegt in einer Ebene I, die
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einen Abstand a von der Schwerpunktsebene O hat. Die Exzentrizität
des Kurbelzapfens beträgt rk; die Zylinderachse bestimmt
eine Ebene II, die einen Abstand c von der Schwerpunktsebene hat. Die Anlagefläche der Kragen 21 liegt etwas unterhalb des
Statorblechpakets und definiert eine Ebene, die als Ruheebene III in Fig. 1 eingetragen worden ist; sie hat einen Abstand ζ
von der Schwerpunktsebene O.
In Fig. 4 ist ein Diagramm veranschaulicht, dessen Abszisse der Lage der Schwerpunktsebene O entspricht. Auf der Abszisse
ist nach oben der Abstand a und nach unten der Abstand ζ aufgetragen. Bei einem gegebenen Motorverdichter ist der Abstand
c zur Zylinderachse vorgegeben. Auf der Ordinate ist die Verhältniszahl η = a * a aufgetragen, wobei m die Masse und
TTTr-
r der Schwerpunkts-Drehradius des Ausgleichsgewichts 12, M die Summe der Massen von Kurbelzapfen 9, Pleuelstange 10 und
Kolben 11 sowie rk die Exzentrizität des Kurbelzapfens ist.
Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, ergibt sich für jedes η ein Wert von a, bei dem sich eine Ruheebene in einem definierten
Abstand ζ einstellt. Die dargestellte Neigung der Kennlinie für ζ ergibt sich, wenn das Trägheitsmoment des Motorverdichters
um die x-Achse größer ist als dasjenige um die y-Achse (vgl. Fig. 2). Die Kurven können für einen gegebenen
Motorverdichter durch Versuche oder auch durch Berechnungen ermittelt werden. Der angegebene Bereich von η = 0,3 bis 1,5
stellt sicher, daß der Abstand a nicht zu groß und daher der über das Lager 6 hinausragende Teil des Motorverdichters nicht
zu lang wird. Damit die Axiallänge nach unten nicht zu groß wird, also der Abstand ζ möglichst klein ist, sollte bei dieser
Ausführungsform im rechten Teil des Diagramms im Bereich um η = 1 gearbeitet werden. Dies läßt sich exakt allerdings nur
beim Vorhandensein zweier zu beiden Seiten des Kurbelzapfens angebrachter Ausgleichsgewichte erzielen, weil im Abstand c, also
in Höhe des Kurbelzapfens, kein Ausgleichsgewicht angebracht werden kann. Bei einer Ausführungsform mit nur einem Ausgleichsgewicht
sind hier η-Werte von 0,7 - 0,9 zu empfehlen, weil dann
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der Abstand a gerade so groß ist, daß sich das Ausgleichsgewicht
zwischen Lager und Kurbelzapfen befindet.
Bei einer solchen Ausgestaltung können außerordentlich weiche Federn verwendet werden. Bei einem Motorverdichter mit einem
Hubvolumen von etwa 5,5 cm-3 und einem Gewicht von etwas mehr
als 4 kg, für den man früher Federn mit einer Federkonstante von 0,35 - 0,4 kp/mm benötigte, kann man nunmehr eine Federkonstante von 0,1 kp/mm anwenden. Das bedeutet allerdings,
daß diese Federn gegenüber bisher rund 3 mm, um nunmehr rund 10 mm zusammengedrückt werden. Diese Weichheit ist aber zulässig,
weil radiale Bewegungen der Federn infolge der Anordnung in der Ruhelage beim Betrieb nicht auftreten und weil
bei der unabwendbaren Verlagerung in Umfangsrichtung während des Anlaufs die Federn durch Anlage von Windungen an die
Paraboloidfortsätze 23, 23· mit der Auslenkung zunehmend
steifer werden. Auslenkungen während des Transports werden durch die Transportanschläge aufgefangen. Insgesamt konnte
bei einem Motorverdichter lediglich durch diese Maßnahme das Vibrationsniveau auf ein Achtel herabgesetzt werden.
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Leerseite
Claims (16)
- 26173G9Patentansprüche1 .J Gekapselter Motorverdichter für Kältemaschinen, mit vertikaler Motorkurbelwelle, einen Schubkolben aufweisenden Verdichter, mindestens einem auf derselben Seite des Motorverdichter-Schwerpunkts wie der Verdichter gelegenen Ausgleichsgewicht an der Motorkurbelwelle und in einer auf der dem Verdichter gegenüberliegenden Seite des Motorverdichter-Schwerpunkts verlaufenden Ebene angreifenden Federn, insbesondere mit obenliegendem Verdichter und vertikalen Schraubendruckfedern, zur federnden Anbringung des Motorverdichters in der Kapsel, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand a der Umlaufebene (II) des Ausgleichsgewichts-Schwerpunkts (P) vom Motorverdichter-Schwerpunkt (S), vor allem in Abhängigkeit vom Produkt m_ . r aus Masse m_ und Schwerpunkt-Dreh-el SL Slradius r des Ausgleichsgewichts, so gewählt ist, daß sichelunterhalb des Motorverdichter-Schwerpunkts eine Ruheebene (III) ergibt, in der der Motorverdichter im Betrieb nahezu keine radiale Auslenkung erfährt, und daß die Federn (18) etwa in dieser Ruheebene am Motorverdichter angreifen.
- 2. Motorverdichter nacjj Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daßdas Verhältnis η » zwischen 0,3 und 1,5 liegt,M rkwobei m_ die Masse und r der Schwerpunkts-Drehradius des 9. aAusgleichsgewichts (12), M die Summe der Massen von Kurbelzapfen (9), Pleuelstange (10) und Kolben (11) sowie rfc die Exzentrizität des Kurbelzapfens ist.
- 3. Motorverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines einzigen Ausgleichsgewichts η etwa 0,6 bis 0,9 beträgt.
- 4. Motorverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung zweier Ausgleichsgewichte η etwa 0,9 bis 1,1 beträgt.709844/0260ORtGlNAL INSPECTED
- 5. Motorverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt m_. r_ so gewählt ist, daßel Slsich die Ruheebene (III) annähernd an der Unterseite des Statorblechpakets befindet und die vertikalen Schraubendruckfedern (18) im wesentlichen innerhalb der Projektion des Statorblechpakets angeordnet sind.
- 6. Motorverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurchgekennzeichnet, daß die Masse m_ des Ausgleichgewichts (12)dem «■gleich/1 - 2fachen, vorzugsweise etwa dem 1,5-fachen Gewicht von Kolben (11) und Pleuelstange (10) ist.
- 7. Motorverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sein Trägheitsmoment um die zur Zylinderachse parallele x-Achse kleiner ist als sein Trägheitsmoment um die senkrecht hierzu und zur Motorkurbelwellenachse stehende x-Achse.
- 8. Motorverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor zweipolig ist.
- 9. Motorverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubendruckfedem (18) so weich bemessen sind, daß sie sich unter dem Gewicht des Motorverdichters (2) um etwa die Hälfte oder mehr des freien Federwegs zusammendrücken.
- 10. Motorverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (23, 23') vorgesehen sind, um die wirksame Federlänge in Abhängigkeit von Querausschlägen des Motorverdichters zu verkürzen.
- 11. Motorverdichter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dajs in jede der Schraubendruckfedem (18) oben und unten je ein paraboloidförmiger Einsatz (23, 23') eingreift.7Q98U/026Q
- 12. Motorverdichter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich der obere Einsatz (23) bei durch das Gewicht des Motorverdichters (2) belasteter Schraubendruckfeder (18) bis nahe an den unteren Einsatz (23') erstreckt.
- 13. Motorverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß nahe der Ruheebene (III) über den Stator (3) radial hinausragende Transportanschläge (21) vorgesehen sind.
- 14. Motorverdichter nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Köpfe (25) von Statorschrauben (26) Halterungen (19) aufgesetzt sind, die eine ringförmige Anlagefläche für die Schraubendruckfeder (18) und einen etwa zylindrischen, klemmend in die Feder greifenden Fortsatz (22, 22") aufweisen.
- 15. Motorverdichter nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen (19, 20) aus Kunststoff bestehen, die paraboloidförmigen Einsätze (23, 23') an die zylindrischen Fortsätze (22, 22') anschließen und die Transportanschläge durch Kragen (21) der Halterungen gebildet sind.
- 16. Motorverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckrohr (13) oberhalb des ölsumpfes verläuft und durch Bildung mindestens zweier etwa rechteckförmiger Schleifen (16, 17), deren Ebenen etwa rechtwinklig zueinander stehen und höchstens in einem Winkel von 45° zur Vertikalen verlaufen, eine erhöhte Weichheit in allen drei Koordinatenrichtungen hat.709844/0260
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