DE2617369C3 - Gekapselter Motorverdichter für Kältemaschinen - Google Patents
Gekapselter Motorverdichter für KältemaschinenInfo
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Description
Bevorzugt wurden vielmehr Angriffspunkte, die sich in
einer Ebene zwischen Verdichter und Motor oder in einer den Schwerpunkt des Motorverdichters durchsetzenden
Ebene befinden. Aber auch mit diesen und anderen Maßnahmen ließ sich das Vibrationsniveau s
nicht unter einen bestimmten Wert absenken.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen in seiner Kapsel angeordneten Motorverdichter der
eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei dem die durch die unvermeidbaren Horizontalschwingungen des
Motorverdichter hervorgerufenen Vibrationen der Kapsel noch weiter herabgesetzt sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Abstand a der Umlaufebene des Ausgleichsgewichts-Schwerpunkts
vom Motorverdichter-Schwerpunkt und/oder das Produkt m, ■ r3 aus Masse ma und
Schwerpunkl-Drehradius r, des Ausgleichsgewichts so gewählt ist, daß sich auf der dem Verdichter
gegenüberliegenden Seite des Motorverdichter-Schwerpunkts eine Ruheebene ergibt, in der der
Motorverdichter im Betrieb nahezu keine radiale Auslenkung erfährt, und daß die Federn angenähert in
dieser Ruheebene am Motorverdichter angre:fen.
Diese Konstruktion beruht auf der überraschenden Feststellung, daß bei einem Motorverdichter mit
gegebenen Konstruktionsdaten jedem nach Masse und Drehradius gewählten Ausgleichsgewicht ein Abstand
dieses Gewichts vom Motorverdichter-Schwerpunkt oder umgekehrt jedem gewählten Abstand ein aus
Masse und Drehradius des Ausgleichsgewichts gebilde- so tes Produkt derart zugeordnet werden kann, daß sich
auf der gegenüberliegenden Seite des Motorverdichter-Schwerpunkts eine Ruheebene ergibt, in der die
Auslenkungen des Motorverdichters senkrecht zur
Molorachse praktisch Null sind, obwohl der Verdichter j;
selbst wegen des Schubkolbenantriebs und gegebenenfalls wegen vorhandener Unwuchten Bewegungen
vollführt, die die Frequenz der Motordrehzahl haben. Eine solche Ruheebene ergibt sich, wenn in zwei
senkrecht zueinander stehenden, die Motorachse aufweisenden Ebenen im selben Abstand vom Motorverdichier-Schwerpunkt
gilt: Die von einem am System angreifenden Moment hervorgerufene Verschwenkbewegung
in diesem Abstand ist gleich der durch eine am System angreifende Kraft hervorgerufene Verschiebebewegung.
Die in der Ruheebene angreifenden Federn werden daher zumindest von dieser Frequenz der
Motordrehzahl praktisch nicht erregt, so daß sich eine entsprechende Herabsetzung der Vibration ergibt.
Ferner können die Federn wesentlich weicher als bisher ausgeführt werden, da nicht auf Federrückstellkräfte
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 so weit herabsetzen, daß zwischen Erregerfrequenz und Eigenfrequenz ein erheblicher Abstand
vorhanden ist.
Betrachtet man das Verhältnis
60
η =
Mrk
wobei M die Summe der Massen von Kurbelzapfen, Pleuelstange und Kolben sowie η die Exzentrizität des
Kurbelzapfens ist, dann liegen die praktisch brauchbaren Werte zwischen et"ia 0,1 und etwa 3,0. Besonders
günstig ist es jedoch, wenn η zwischen 03 und 1,5 liegt.
Bei derart gewähltem π 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 π etwa 0,6—03.
Dieses Ausgleichsgewicht kann dann zwischen Lager und Kurbelzapfen angeordnet sein.
Bei einer Alternativlösung beträgt/7 03 bis 1,1 und das
Ausgleichsgewicht besteht aus zwei zu beiden Seiten der Zylinderachse angeordneten Teilgewichten. Dies
führt zu einem verhältnismäßig kurzen Motorverdichter.
Insbesondere kann das Produkt mM ■ r, so gewählt
werden, daß sich die Ruheebene annähernd an der Unterseite des Statorblechpakets des Motors befindet
und die vertikalen SchraubendrucUedern im wesentlichen innerhalb der Projektion des Svatorblechpakets
angeordnet sind. Auf diese Weise kann man mit verhältnismäßig einfachen Halterungen für die Federn
auskommen. Außerdem wird nicht radial außerhalb des Stator;, zusätzlicher Platz für die Federn benötigt.
Mit besonderem Vorteil ist die Masse m, des Ausgleichsgewichts gleich dem 1 - bis 2fachen, vorzugsweise
etwa dem 1 ^fachen. Gewicht von Kolben und Pleuelstange. Eine solche auf die oszillierenden Massen
bezogene Bemessung des Ausgleichsgewichts 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 mi; 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 oer vierpoligen Ausführung höheren Drehzahl die Erregerf,
equenz erhöht ist und daher der Abstand zur Eigenfrequenz des inneren Systems, di° mit Hilfe
möglichst weicher Federn herabgesetzt worden ist. noch größer wird. Außerdem lassen sich auf einfache
Weise unterschiedliche Trägheitsmomente um die x-Achse und die y- \ü\st erzielen.
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. Diese außerordentlich weichen Feder» ergeben eine besondere niedrige
Resonanzfrequenz, die weit unterhalb der Erregerfrequenz liegt. Darüber hinaus ergibt sich eine sehr gute
Dämmung auch gegenüber anderen innerhalb des Motorverdichter erzeugten Geräusches, z. B. den
Venv'geräuschen.
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 Schraubcndruckfedern oben und unten ein paraboloidfönniger 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.
Des weiteren ist es zweckmäßig, daß auf die Köpfe von Statorschrauben Halterungen für die Schraubendruckfedern
"aufgesetzt sind, die mit einem nahe der Ruheebene befindlichen, über den Stator radial
hinausragenden Kragen einen horizontal wirkenden Transportanschlag und mit einem in die Schraubendruckfedern
greifenden Einsatz einen vertikal wirkenden Transportanschlag bilden. Die Weichheit der
Federn erfordert Transportanschläge. Wenn sich die Ruheebene annähernd an der Unterseite des Statorblechpakets
befindet, kann ein Bauteil sowohl eine Schraubendruckfeder-Halterung als auch einen horizontal
wirkenden Transportanschlag und einen vertikal wirkenden Transportanschlag bilden. Eine solche
Halterung läßt sich auch leicht montieren. Wenn sie aus Kunststoff besteht, nimm; sie bei Wirksamwerden als
Transportanschlag durch Verformung Energie auf und verhindert das Entslehen von Metallspänen.
In weiterer Ausgestaltung ist dafür gesorgt, daß das
Druckrohr oberhalb des ölsumpfcs verläuft und durch Bildung mindestens zweier etwa rechteckförmiger
Schleifen, deren Ebenen etwa rechtwinklig zueinander stehen und höchstens in einem Winke! vors 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 Weichheil des Druckrohres verhindert, daß auf diese Weise stärkere
Geräusche auf die Kapselwand übertragen werden. Die Lage oberhalb des Öisumpfes 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 zeigt
Fig. 1 einen vertikalen Querschnitt durch einen gekapselten Motorverdichter gemäß der Erfindung.
F i g. 2 eine schematische Draufsicht auf den Stator in der Kapsei.
F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie A-A in F i g. 2 und
F i g. 4 in einem Diagramm den Abstand a der Umlaufbahn des Ausgleichsgewichts-Schwerpunkis und
den Abstand ζ der Ruheebene ζ von der Schwerpunktsebene Odes Motorverdichters.
In einer Kapsel 1 ist ein Motorverdichter 2 angeordnet An einem Stator 3 ist ein Bauelement 4
befestigt, das einen Zylinder 5 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 Kurbeizapfen und Lager ist ein Ausgleichsgewicht 12 an
der Welle 7 angebracht
Ein Druckrohr 13 erstreckt sich von einer Druck- _ Schalldämpferkammer 14 zu einem Austrittsstutzen IS.
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 ailen 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 Stalorschraube 26 aufgesetzt werden
;c kanr,. Die Ksiterung 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, kältemittclbeständigcn Kunststoff, beispielsweise
Tetrafluorethylen, 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
Trans;.artanschlag 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 Transportanichlag.
In F i g. 1 ist der Motorverdichter-Schwerpunkt 5mit
J5 der zugehörigen Schwerpunktebene O eingezeichnet.
Der Ausglcichsgewichts-Schwcrpunkt P hat einen Abstand /\ von der Motorachse. Die Umlaufbahn dieses
Schwerpunkis fliegt in einer Ebene !,die einen Absland
a von der Schwerpunktsebene O hat. Die Exzentrizität
des Kurbelzapfens beträgt /t: die Zylinderachse
bestimmt eine Ebene II. die einen Abstand c von der
Schwerpunktsebene O hat. Die Anlageflächc der Kragen 21 liegt etwas unterhalb des Statorblechpakets
und definiert eine Ebene,die als Ruheebene Hl 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
so und nach unten der Abstand ζ aufgetragen. Bei einem gegebenen Motorverdichter isi der Abstand c zur
Zylinderachse vorgegeben. Auf der Ordinate ist die Verhäkniszahl
aufgetragen, wobei τπ3 die Masse und r3 der Schwerpunkts-Drehradius
des Ausgleichsgewichts 12, M die
bo Summe der Massen vor Kurbelzapfen 9, Pleuelstange
i0 und Kolben 11 sov>
η die Exzentrizität des
Kurbelzapfens ist Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist ergibt sich für jedes π 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-Achsc (vgl.
Fig.2). Die Kurven können 'für einen gegebenen
Motorverdichter durch Versuche oder auch durch Berechnungen ermittelt werden. Der angegebene
Bereich von π = 0,3 bis 1,5 stellt sicher, daß der Abstand
α 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 Bei ..,cn um n=l gearbeitet werden. Dies läßt sich
exakt allerdings nur beim Vorhandensein zweier zu beiden Seiten des Kurbelzapfens angebrachter Ausgleichsgewichte erzielen, weil im Abstand c, alo in Höhe
des Kurbelzapfens, kein Ausgleichsgewicht angebracht werden kann. Bei einer Ausführungsform mit nur einem
Ausgleichsgewicht sind hier /J-Werte von 0,7 — 03 zu
empfehlen, weil dann 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 cm3 und einer Masse 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
ίο 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 hcrabeesetzt werden.
Claims (9)
1. Gekapselter Motorverdichter für Kältemaschinen, mit vertikaler Motorkurbelwelle, einen Schubkolben
aufweisendem 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 ι ο Motorverdichter-Schwerpunkts verlaufenden Ebene
angreifenden Federn, insbesondere mit obenliegendem Verdichter und vertikalen Schraubenfedern, zur
federnden Anbringung des Motorverdichters in der Kapsel dadurch gekennzeichjiet, daß der
Abstand a der Umlauf ebene (I) des Ausgleichsgewichts-Schwerpunkts
(P) vom Motorverdichter-Schwerpunkt (S) und/oder das Produkt m, ■ r, aus
Masse b:± und Schwerpunkt-Drehradius ra des
Ausgleichsgewichts so gewählt ist, daß sich auf der dem Verdichter gegenüberliegenden Seite des
Motorverdichier-Schwerpunkts eine Ruheebene (III) ergibt, in der der Motorverdichter im Betrieb
nahezu keine radiale Auslenkung erfährt, und daß die Federn (18) angenähert in dieser Ruheebene am
Motorverdichter angreifen.
2. Motorverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis
.-etwa die Hälfte oder mehr des freien Federwegs
y zusammendrücken.
10. Motorverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 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, daß in jede der Schraubeudruckfedern
(18) oben und unten je ein paraboloidförmiger Einsatz (23,23*) eingreifL
12. Motorverdichter nach Anspruch 5 und 10 oder
11, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Köpfe (25) von Statorschrauben (26) Halterungen (19) für die
"Schraubendruckfedern (18) aufgesetzt sind, die mit einem nahe der Ruheebene befindlichen, über den
Stator radial hinausragenden Kragen (21) einen horizontal wirkenden Transportanschlag und mit
einem in die Schraubendruckfedern· greifenden Einsatz (23,23') einen vertikal wirkenden Transportanschiag
bilden.
13. Motorverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckrohr
(13) oberhalb des Ölsumpfes verläuft und durch Bildung mindestens zweier etwa rechteckförmiger
Schleifen (16, 17), deren Ebenen Ptwa rechtwinklig zueinander stehen und höchstens in einem Winkel
von 45° zur Vertikalen verlaufen, eine erhöhte Weichheit in alien drei Koordinatenrichtungen hat.
IH, τ.
zwischen 03 und 1.5 liegt, wo' ei M die Summe der
Massen von Kurbelzapfen (9), Pleuelstange (10) und Kolben (U) sowie r* 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 />
etwa 0,9 bis 1,1 beträgt und das Ausgleichsgewicht aus zwei zu beiden Seiten der
Zylinderachse angeordneten Teilgewichtcn besteht.
5. Motorverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt
nh ■ ra so gewählt ist. daß sich die Ruheebene (111)
annähernd an der Unterseite des Statorblechpakets befindet und die vertikalen Schraubendruckfedcrp.
(18) im wesentlichen innerhalb der Projektion des Statorblcchpakeis des Motors (2) angeordnet sind.
6. Motorverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5,dadurch gekennzeichnet,daß die Masse /".,des
Ausgleichsgewichts (12) gleich der 1- bis 2fachen Masse 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 _y-Achse kleiner ist als sein Trägheitsmoment um die
senkrecht hierzu und zur Motorkurbelwclleriächse 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 Schraubendruckfedern
(18) so weich bemessen sind, daß sie sich unter dem Gewicht des Motorverdichters (2) um
Die Erfindung bezieht sich auf einen gekapselten
j5 Motorverdichter für Kältemaschinen, mit vertikaler
Motorkurbelwelle, einen Schubkolben aufweisendem Verdichter, mindestens einem auf derselben Seite des
Motorverdichter-Schwerpunkts wie der Verdichter gelegenen Ausgleichsgewicht an-Jer Motorkurbelwelle
4» und in einer auf der dem Verdichter gegenüberliegenden
Seite des Moiorverdichter-Schwerpunkts verlaufenden Ebene angreifenden Federn, insbesondere mit
obenliegendem Verdichter und vertikalen Schraubenfedern, zur federnden Anbringung des Moiorvcrdichtcrs
in der Kapsel.
Ein bekannter Motorverdichter dieser Art (GB-PS 59 615) weist einen obenliegenden Verdichter auf. In
einer etwa durch den Schwerpunkt des Motors gehenden Ebene ist außerhalb des Stators eine
-,η Stützkonstruktion vorgesehen, an der vertikale Schraubendruckfedern
angreifen. Auf diese Weise soll ein Minimum an horizontaler Vibration auf den Rest der
Maschine übertragen werden. Auch dieses Minimum an übertragenen Schwingungen führt zu einer Vibration
is der Kapselwand, die teilweise als Körperschall weitergegeben,
teilweise als störendes Geräusch abgestrahlt wird. Außerdem gilt diese Lehre nur für einen
bestimmten Motorverdichter. Bei anderen Konstruktionen treten in der Ebene des Motorschwerpunkts auch
„o größere Schwingungen auf,
Bei einem recht ähnlichen Motorverdichter (Plank-Kuprianoff,
Abbildung 188) sind die Schraubendruckfedern am Motorverdichter in einer Ebene befestigt, die mit erheblichem Abstand unterhalb der
b5 Ebene des Motorschwerpunkts verläuft.
In der Praxis ist man seit vielen lahren dazu übergegangen, die Federn nicht auf der dem Verdichter
gegenüberliegenden Seite des Motors anzuordm-n.
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