DE3226189A1 - Kurbelwelle fuer kleine hubkolbenmaschinen - Google Patents

Kurbelwelle fuer kleine hubkolbenmaschinen

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Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Kurbelwellen der oben angegebenen Art werden stets aus einem einzigen Stück, z. B. aus geschmiedetem Stahl oder Kugelgraphitgusseisen hergestellt. Die Herstellung von Kurbelwellen durch diese Verfahren ist ziemlich kostspielig, so dass jede Verringerung der Herstellungskosten begrüsst wird.
Eine Verringerung der Herstellungskosten könnte, zumindestens theoretisch, dadurch erzielt werden, dass die Kurbelwellen durch das Sinterverfahren mit Metallpulvern geformt werden. Gegen diese Lösung spricht jedoch in der Praxis die tatsächliche Unmöglichkeit, sehr lange rohrförmige Teile durch Sintern zu formen.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Kurbelwelle der eingangs angegebenen Art, die sich für eine extrem wirtschaftliche Herstellung eignet.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss durch den Gegenstand des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das Festhalten der ringförmigen Ausbildungen in der Eingriffsstellung kann durch Schweissen, vorzugsweise Warzenschweissen, oder durch einen Montageklebstoff oder anaeroben Klebstoff für Metalle erzielt werden.
Das Formen der Kurbelwelle in der angegebenen Art ist extrem einfach und wirtschaftlich.
Das einzige zu formende komplexe Teil ist dasjenige mit dem Kurbelzapfen und dem Exzenter. Dieses Teil kann vorteilhaft und in wirtschaftlicher Weise als Sintermetall geformt werden, dessen Technik bei einem einzigen Sintervorgang ein halbfertiges Teil benötigt, das nur wenige und einfache weitere Bearbeitungsvorgänge erfordert.
Ein einfaches weiches Stahlrohr, selbst von verhältnismässig mittelmässiger Qualität und folglich verhältnismässig billig, kann zum Formen des langgestreckten rohrförmigen Teils verwendet werden.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt eines Hermetikkompressors für Kühlgeräte mit einer Kurbelwelle nach der Erfindung;
Fig. 2 eine Schrägansicht der beiden Bestandteile der Kurbelwelle gemäss einer ersten Ausführungsform vor deren Vereinigung;
Fig. 3 und 4 eine Schrägansicht bzw. einen verkürzten Längsschnitt der Kurbelwelle von Fig. 2, deren beide Bestandteile vereinigt sind;
Fig. 5 und 6 der Fig. 3 und 4 ähnliche Darstellungen einer zweiten Ausführungsform der Kurbelwelle.
Gemäss Fig. 1 enthält ein kleiner Hermetikkompressor für Kühlfluide, wie er gegenwärtig zum Beispiel in Hauskühlgeräten verwendet wird, ein abgedichtetes Gehäuse 10 aus Stahlblech.
Xm Gehäuse 10 ist ein Kompressorrahmen 12 elastisch aufgehängt. Der Kompressorrahmen 12 besteht vorzugsweise aus Gusseisen und enthält unter anderem ein mittleres Lager 14 mit senkrechter
— V —
Achse und einen oberen Zylinder 16 mit waagerechter Achse. Eine senkrechte Kurbelwelle 18, deren Einzelheiten in Fig. bis 5 besser dargestellt sind, ist mit dem Kompressorrahmen 12 verbunden.
Die Hauptteile der Kurbelwelle 18 enthalten vom oberen zum unteren Ende einen Kurbelzapfen 20, einen Exzenter 22 in Form eines abgeflachten Sektors und ein langgestrecktes Rohrstück 24.
Das Rohrstück kann unterteilt in zwei zylindrische Abschnitte betrachtet werden, einem oberen Abschnitt 26 und einen Zwischenabschnitt 28 ohne Absatz dazwischen und einem kegelstumpf förmigen unteren Abschnitt 30.
Der obere zylindrische Abschnitt 26 ist im Lager 14 drehbar gelagert. Die Unterseite des Exzenters 22 hat einen ringförmigen Vorsprung 32, der nach Art eines Schublagers mit einer oberen ringförmigen erhabenen Fläche 34 des Lagers 14 zusammenarbeitet.
Ein Käfiganker 36 eines Elektromotors, dessen Stator mit seinem unteren Ende am Kompressorrahmen 12 befestigt ist, ist durch nicht gezeigte Mittel am zylindrischen Zwischenabschnitt 28 verkeilt.
Ein kurbelwellenseitiges Ende 40 einer Pleuelstange ist mit dem Kurbelzapfen 20 verbunden, während das andere Ende der Pleuelstange mit einem Kolben 42 verbunden ist, der im Zylinder 16 des Kompressors verschiebbar ist.
Der kegelstumpfförmige untere Abschnitt 30 des RohrStücks taucht in das öl ein, das sich im Unterteil des Gehäuses 10 befindet, und wirkt während der Drehung der Kurbelwelle in bekannter Weise als Axial-Zentrifugalpumpe für Schmierzwecke, was noch im einzelnen erläutert wird.
Gomäss Fig. 2 sind der Kurbelzapfen 20 und der Exzenter 22 aus einem einzigen Stück 44 geformt. Diese Teile bestehen vorteilhaft aus einem aus Sintermetall geformten Teil.
Das Teil 44 ist vom Rohrstück 24 getrennt, das ein selbstständiges Teil bildet, über das noch weitere Ausführungen gemacht werden.
Bei der Herstellung des Teils 44 wird die dem Kurbelzapfen gegenüberliegende Seite des Exzenters 22 als ringförmige Eingriffsausbildung geformt ist, bestehend aus einem kreisförmigen Sitz mit geringer Tiefe und einer konisch erweiterten öffnung. Zusätzlich wird während der Herstellung des Teils 44 der Kurbelzapfen 20 mit einem rohrförmigen Gebilde versehen, d. h. mit einem inneren axialen Kanal 48. Dieser Kanal mündet am oberen oder freien Ende des Kurbelzapfens 20 und mündet auch in den Sitz 46 am gegenüberliegenden oder unteren Ende, vgl. Fig. 4.
Während des Sinterns wird eine Einkerbung 50 in der Oberseite des Exzenters 22 geformt, vgl. Fig. 3.
Am Teil 44 werden vor dessen noch zu beschreibender Vereinigung mit dem Rohrstück 24 nut einige wenige einfache mechanische Bearbeitungsvorgänge vorgenommen. Einer dieser Bearbeitungsvorgänge ist die Bildung einer quer verlaufenden Schmierbohrung 52 im Kurbenzapfen 20, vgl. Fig. 3. Die Schmierbohrung mündet zur Aussenseite des Kurbelzapfens 20 an einem Ende einer Schmiernut 54 der Drehverbindung mit dem kurbelwellenseitigen Ende der Pleuelstange. Eine weitere Bohrung 56 (Fig. 2 und .4) wird ausgehend von einer schrägen Fläche 50a der Kerbe 50 senkrecht zu dieser Fläche hergestellt. Die Bohrung 56 ermöglicht ein Entgasen des Öls dadurch, dass ihre untere öffnung sich in einer Zone ausserhalb des Films des aufsteigenden Öls befindet. Somit strömt das öl beim Betrieb des Kompressors aus dem oberen Ende des Kanals 48 über und wird durch die Zentrifugalkraft gegen die Innenfläche des
_ ο —
Oberteils des Gehäuses 10 zu dessen Kühlung und gegen den Kolben 42 geschleudert, um diesen und die Drehkupplung zwischen seinem Kolbenbolzen und dem kolbenseitigen Ende 40 der Pleuelstange zu schmieren.
Die Aussenflache des Kurbelzapfens 20 und die Fläche des ringförmigen Vorsprungs 32 können auch vor der Verbindung des Teils 44 mit dem Rohrstück 24 vorgeschliffen werden.
All diese mechanischen Vorgänge, ausgeführt an einem kleinen und handlichen Teil, sind wirtschaftlicher als wenn dieselben Vorgänge an einer einstückigen Kurbelwelle ausgeführt werden. Bei diesen Vorgängen wird zur Positionierung des Teils 44 Bezug auf zwei diametral gegenüberliegende Flächen 58 des Exzenters 22 genommen.
Das Rohrstück 24 wiederum kann aus einem kontinuierlichen kalibrierten Rohr aus weichem Stahl von verhältnismässig mittelmässiger Qualität hergestellt werden, z. B. aus "Fe 35".
Die Verwendung dieses kostengünstigen Materials gestattet an sich schon eine beträchtliche Einsparung. Andererseits ist die Verwendung dieses Materials dadurch voll gerechtfertigt, dass der Abschnitt 26 des rohrförmigen Teils 28 mit einem Lager 24 aus Gusseisen verbunden ist, wobei Drehkupplungen zwischen Gusseisen und weichem Stahl bei geeigneter Schmierung für Maschinen voll annehmbar sind.
Das Rohrstück 24 wird aus dem kontinuierlichen Rohr mit einigen wenigen Vorgängen hergestellt, die "in Reihe" ausgeführt werden können und aus folgenden Schritten bestehen: Abschneiden der Teile, Drehen des anderen Endes zur Bildung eines ringförmigen Endteils 60 mit kleinerem Querschnitt, das ein ringförmiges Gebilde darstellt und für den Eingriff mit dem Sitz oder einer entsprechenden ringförmigen Ausbildung 46 des Teils 44 mit
einer Kerbverzahnung versehen ist# Vorschleifen und Vorformen des Abschnitts 30 auf die im wesentlichen kegelstumpfförmige Form. Das genaue Profil des Endteils 60 ist nicht dargestellt, da es vom Verfahren zu dessen Befestigung im Sitz 46 abhängt.
Die querverlaufenden Schmierbohrungen 62 für das Lager werden auch im Rohrstück 24 ausgebildet.
Die Herstellung des kegelstumpfförmigen Teils 30 kann durch Drehhämmern erfolgen in Verbindung mit einem im Rohrstück 24 befindlichen konischen Stift.
Die in der beschriebenen und dargestellten Weise hergestellten beiden Teile 24 und 44 werden zur Bildung der Kurbelwelle schliesslich aneinander befestigt durch Eingriff des ringförmigen Endteils 60 in den kreisförmigen Sitz 46. Ist dieser Eingriff ausgeführt, so ist das bevorzugte Verfahren zur Erzielung der endgültigen Verbindung das Warzenschweissen.
Ein weiteres Verbindungsverfahren ist das Kleben mit Montageklebstoff für Metalle.
Wenn die Verbindung zwischen dem ringförmigen Endteil 60 und Sitz 46 bei guter Zentrierung ausgeführt ist, ist nur noch ein Fertigschleifen der Schublagerfläche 32 und der zylindrischen Teile 20 und 26 erforderlich. Jegliche kleinen Parallelitätsfehler sind annehmbar, wenn das kurbelwellenseitige Ende 40 mit der Pleuelstange selbst lose verbunden ist, wie beispielsweise bei einer Pleuelstange von der Art, wie sie in der italienischen Patentanmeldung 67969-A/80 vom 20. Juni 1980 der Inhaberin beschrieben ist.
Eine Kurbelwelle der beschriebenen und dargestellten Art hat verschiedene sowohl technologische als auch betriebliche Vorteil·.
Unter den technologischen Vorteilen, wie sie im Verlauf der obigen Beschreibung in grösserem Ausmass erwähnt sind, ist die Vereinfachung des Arbeitszyklus, eine Vereinfachung, die vor allem dadurch begründet ist, dass die einzelnen Teile (24 und 44), die kleiner als eine aus einem einzigen Teil hergestellte Kurbelwelle sind, den Vorbearbeitungsvorgängen unterworfen sind.
Die Bildung des Rohrstücks 24 aus einem Rohr und die Bildung des Teils 44 aus einem gesinterten Material ermöglicht das Weglassen verschiedener herkömmlicher Bearbeitungsvorgänge, insbesondere des Bohrens zur Bildung oder Fertigstellung des Kanals für den Durchtritt von Schmieröl.
Einsparungen werden auch bei den Lagerkosten erzielt, da einerseits die Teile 24 kompakt und andererseits auch die geformten Teile 44 verhältnismässig kompakt gespeichert werden können.
In Betracht gezogen wird auch die Verwendung von Rohrstücken 24 von einer einzigen Bauart und Grosse in Verbindung mit geformten Teilen 44 von unterschiedlicher Grosse mit beispielsweise kleineren oder grösseren Exzentern 22 entsprechend der Leistung des für sie vorgesehenen Kompressors.
Vom funktioneilen Standpunkt ermöglicht die Herstellung des inneren Kanals des Rohrstücks 24 aus einem kalibrierten Rohr eine ausreichend glatte Oberfläche, so dass sich kein merklicher Druckabfall des Öls im Kanal ergibt. Selbst in der Übergangszone zwischen den Innenflächen des kegelstumpfförmigen Teils 30 und des zylindrischen Teils 28 gibt es keine schädlichen ünstetigkeiten im Hinblick auf den Druckabfall, falls in bevorzugter Weise der kegelstumpfförmige Teil 30 durch Drehhämmern in Verbindung mit einem inneren Stift hergestellt ist.
Schliesslich gibt die Herstellung des Teils 44 aus porösem Sintermaterial die gute Wirkung einer besseren Schmierfähigkeit der Oberflächen des Kurbelzapfens und des Schublagervorsprungs 32.
Die zweite Ausführungsform der Kurbelwelle von Fig. 5 und 6 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform von Fig. 2 bis 4 nur in noch zu beschreibenden Einzelheiten. Die Teile der Kurbelwelle von Fig. 5 und 6, die denjenigen von Fig. 2 bis 4 gleichen oder hiermit ähnlich sind, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht erneut beschrieben.
Im Fall von Fig. 5 und 6 wird bei der Herstellung des Teils in der dem Kurbelzapfen 20 gegenüberliegenden Seite des Exzenters 22 eine ringförmige Eingriff sausbildung hergestellt, beistehend aus einem ringförmigen Vorsprung 64 mit einer zylindrischen Aussenflache.
Die Innenfläche des Rohrstücks 24 ist an ihrem entsprechenden Ende mit einem ringförmigen zylindrischen Sitz 66 versehen, dessen Durchmesser demjenigen des Vorsprungs 64 entspricht.
In diesem Fall bestehen die ringförmigen Eingriffsausbildungen aus dem Vorsprung 64 und dem Sitz 66, in den der Vorsprung 64 eingesetzt ist.
Der Halt dieser Ausbildungen 64 und 66 beim Eingriff kann auch in diesem Fall durch Warzenschweissung in der Berührungszone zwischen dem Ende des Rohrstücks 24 und dem Exzenter 22 oder mit einem Montageklebstoff oder einem anaeroben Klebstoff für Metalle zwischen den verbundenen Oberflächen des Vorsprungs 64 und des Sitzes 66 erfolgen.
Der Vorsprung hat einen längsgerichteten Einschnitt 68, durch den das öl aus der höher gelegenen seitlichen Bohrung 62 ausströmen kann und der, was wichtiger ist, als Kanal zum Fördern
des Öls wirkt, das im Rohrstück 24, an dessen Wand durch Zentrifugalkraft haftend, bis zum inneren Kanal 48 des Kurbelzapfens 20 ansteigt.
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Claims (1)

  1. Patentanwälte
    i^ETZ & PARTNER
    ffelraetorfetc.10,8000 München 21
    24-33.933P(33.934H)
    13. Juli 1982
    ASPERA S.p.A.
    Via Madonna del Castello 1 ,
    Castelnuovo Don Bosco (Asti)
    Italien
    Kurbelwelle für kleine Hubkolbenmaschinen
    Ansprüche
    .) Kurbelwelle für kleine Hubkolbenmaschinen, insbesondere Hermetikkompressoren für Kühlgeräte,
    - mit in ihrer Längsrichtung aufeinanderfolgend angeordnet: einem Kurbelzapfen zur Aufnahme eines kurbelwellenseitigen Kolbenstangenendes, einem Exzenter in Form eines· abgeflachten Sektor und einem langgestreckten rohrförmigen Teil, der mit dem Kurbelzapfen nicht -koaxial ist und teils als Lager, teils als Träger für ein Drehglied, etwa einen Rotor eines Elektromotors, wirkt,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass der Kurbelzapfen (20) und der Exzenter (22) als einstückiges Metallteil (44) ausgebildet sind,
    - dass das langgestreckte rohrförmige Teil durch ein gesondertes metallisches Rohrstück (24) gebildet ist und
    - dass die zum Rohrstück (24) gewandte Seite des Exzenters
    (22) und das entsprechende Ende des Rohrstücks (24) entsprechende ringförmige Ausbildungen (46, 60; 64, 66) haben, die ineinander greifen und ineinander gehalten werden.
    24-68090
    2. Kurbelwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    - dass die ringförmigen Ausbildungen (46, 60; 64, 66) durch Schweissen ineinander gehalten werden.
    3. Kurbelwelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
    - dass das Schweissen ein Warzenschweissen ist.
    4. Kurbelwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    - dass die ringförmigen Ausbildungen (46, 60; 64, 66) durch einen Metallklebstoff ineinander gehalten werden.
    5. Kurbelwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    - dass die ringförmige Ausbildung des Exzenters (22) ein kreisförmiger Sitz (46) ist und
    - dass die ringförmige Ausbildung des Rohrstücks (24) eine Aussenflache (60) hiervon ist, die in den Sitz eingreift.
    6. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
    - dass die ringförmige Ausbildung des BohrStücks (24) ein in der Innenfläche am Ende ausgebildeter Endsitz (66) ist und
    - dass die ringförmige Ausbildung des Exzenters (22) ein mit dem Endsitz (66) in Eingriff stehender ringförmiger Vorsprung (64) ist.
    7. Kurbelwelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
    - dass der Kurbelzapfen (20) rohrförmig ist und einen längsgerichteten inneren Kanal (48) hat, der sich an der Stelle der Wand des Vorsprungs (64) durch den Exzenter (62) fortsetzt, und
    - dass der Vorsprung (64) einen mit dem Kanal (48) ausgefluchteten längsgerichteten Einschnitt (68) hat zur Bildung eines Kanals zum Fördern von Schmieröl aus dem Innenraum des Rohrstücks (24) zum Kanal (48).
    8. Kurbelwelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
    - dass in der Wand des Rohrstücks (24) eine Schmierbohrung (62) ausgebildet ist, die mit dem durch den Einschnitt (68) im Vorsprung (64) gebildeten Kanal in Verbindung steht.
    9. Kurbelwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    - dass das Metallteil (44) mit dem Kurbelzapfen (20) und dem Exzenter (22) aus Sintermetall besteht.
    10. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
    - dass das Rohrstück (24) aus weichem Stahl besteht.
    11. Kurbelwelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, - dass das Stahlrohr kalibriert ist.
    12. Kurbelwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    - dass das langgestreckte Rohrstück (24) an seinem dem Exzenter gegenüberliegenden Ende einen im wesentlichen kegelstumpfförmigen Teil (30) hat, der als Axial-Zentrifugal-Schmierpumpe wirkt,
    - dass der Kurbelzapfen (20) rohrförmig ist und einen inneren längsgerichteten Kanal (48) hat, der sich innerhalb der innersten ringförmigen Ausbildung (60; 64) durch den Exzenter (22) fortsetzt und mit dem Innenraum des Rohrstücks
    _ A —
    (24) in Verbindung steht/ und
    - dass jeweils seitliche Schmierbohrungen (62, 52) in der als Lager des Rohrstücks (24) wirkenden Wand (26) und im Kurbelzapfen (20) ausgebildet sind.
    13. Kurbelwelle nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass im Exzenter (22) eine Entgasungsbohrung (56) ausgebildet ist, die sich vom kreisförmigen Sitz (46) schräg zur gegenüberliegenden Seite des Exzenters (22) erstreckt.
    14. Kurbelwelle nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass der im wesentlichen kegelstumpfförmige Endteil (30) des Rohrstücks (24) in Anwesenheit eines innenliegenden Stifts durch Drehhämmern hergestellt ist.
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