DE3400468C2

DE3400468C2 -

Info

Publication number: DE3400468C2
Application number: DE3400468A
Authority: DE
Inventors: Tsuneo Tokio/Tokyo Jp Monden; Masao Fuji Shizuoka Jp Ozu; Satoshi Kawasaki Jp Ikegami
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1983-01-18
Filing date: 1984-01-09
Publication date: 1989-02-02
Also published as: DE3400468A1; JPS59133984A; IT8419227A0; JPH0355233B2; GB8400119D0; IT1173073B; US4508495A; GB2133836A; GB2133836B

Description

Die Erfindung betrifft eine Exzenterwelle für einen Kälte mittelverdichter, der in einem äußeren Gehäuse eine mit einem Ende der Exzenterwelle verbundene Antriebseinheit und einen eine Arbeitskammer umfassenden Verdichterab schnitt aufweist, wobei die Exzenterwelle aus einer zylin drischen Welle besteht, die einen zylindrischen Exzenter aufweist, der innerhalb der Arbeitskammer angeordnet ist und auf den eine ringförmige Exzenterrolle drehbar aufge setzt ist, und wobei der Exzenter eine von seiner einen Stirnfläche zur anderen verlaufende Nut aufweist, die einen Schmieröldurchgang bildet.

Bei bekannten Exzenterwellen der genannten Art (EP 00 54 972 und EP 00 54 966) ist der Exzenter mit der Welle einheit lich, d.h. einstückig ausgebildet. Eine solche Ausbildung kann praktisch nur durch Gießen oder Schmieden erhalten werden. Die Zahl der hierfür verwendbaren Werkstoffe ist demzufolge begrenzt, während die Herstellungskosten für diese Teil ziemlich hoch sind. Wenn der Exzenter anderer seits getrennt von der Welle angefertigt und dann z.B. mittels Schrumpfsitzes an ihm befestigt wird, können sich die Maße der Welle durch Wärmeeinfluß, d.h. aufgrund der durch die Erwärmung eingeführten Restspannung verändern. Beim Einpressen des Exzenters besteht die Gefahr, daß die Welle oder der Exzenter aufgrund des Widerstandes gegen den Einpreßdruck verformt wird und der Außenumfang der Welle Beschädigungen erleidet. Im Fall einer Klebe verbindung od.dgl. besitzt die Exzenterwelle geringe Festigkeit und damit geringere Betriebszuverlässigkeit. Bei getrennter Herstellung der Welle und des Exzenters, wobei letzterer eine einen Schmieröldurchgang bildende Nut nicht aufweist, sind allerdings die Fertigungskosten niedriger als bei einstückiger Ausbildung.

Es ist auch eine Welle, insbesondere Steuerwelle für Brennkraftmaschine mit auf der Welle befestigten hohlen Nocken und Lagerkörpern bekannt (DE-PS 4 69 449). Die Nocken sind mit der Welle verschweißt, wozu im Bereich jedes anzuschweißenden Nockens die Welle mit einer Ring nut versehen ist, während die Nocken rings um ihre Bohrung eine in die Nut eingreifende Umbördelung aufweisen. Die dadurch entstehenden kreisförmigen Taschen werden mit Schweißdraht ausgefüllt. Dies bedeutet, daß bei der be kannten Ausführung die Schweißung entlang beider Umfangs ränder erfolgt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Exzenterwelle der ein leitend genannten Art zu schaffen, welche auf einfache Weise mit hoher Maßgenauigkeit hergestellt werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß in dem als getrenntes Teil hergestellten Exzenter die von der einen Stirnfläche zur anderen verlaufende Nut sich bis in die Nähe einer Bohrung für die Welle erstreckt, und daß der Exzenter durch die Grundfläche der Nut hindurch mittels Laserstrahlschweißung mit der Welle verbunden ist.

Vorzugsweise sind in der Grundfläche der Nut mehrere Schweiß stellen vorgesehen.

Für eine Exzenterwelle gemäß der Erfindung kann als Folge der getrennten Herstellung von Exzenter und Welle eine Vielzahl von geeigneten Materialien ausgewählt werden, so daß sowohl für die Welle als auch für den Exzenter das jeweils optimale Material verwendet werden kann. Außerdem bleibt die Schmierölnut erhalten, so daß insbe sondere gute Schmierung zwischen dem Exzenter und der auf ihn drehbar aufgesetzten Exzenterrolle gewährleistet ist. Schließlich wird durch die angewendete Laserstrahl schweißung hohe Maßgenauigkeit der fertigen Exzenter welle gewährleistet, weil beim Verschweißen mittels Laserstrahlen die Welle und der Exzenter lediglich ört lich erwärmt werden, so daß außer an den Schweißstellen selbst keinerlei Wärmebeeinflussung auftritt. Demgemäß werden weder die Welle noch der Exzenter beim Verschwei ßen in irgendeiner Weise verformt. Von einem Laserstrahler ausgestrahlte Laserstrahlen sind parallele Strahlen aus gezeichneten Interferenzvermögens; sie können mittels reflektierender Spiegel auf eine beliebige vom Laser strahler entfernte Stelle gerichtet und durch optische Linsen auf einen Fleck oder Punkt kleinster Abmessungen fokussiert werden. Die Lichtleistungsdichte an einem solchen Strahlfleck oder -punkt liegt im wesentlichen im Bereich von 10⁵-10⁸ W/cm². Jeder zu bearbeitende Werk stoff kann damit geschmolzen und augenblicklich verdampft werden, wenn er sich nahe dem oder am Strahlfleck oder -punkt befindet. Insbesondere hat es sich gezeigt, daß der Nutzwert einer solchen Laserstrahlbehandlung in einer Wärmebehandlung liegt, die besonders für Schweiß zwecke geeignet ist. Vorteile der Laserbehandlung sind folgende: 1. Der thermische Einfluß auf den bearbeiteten Werkstoff kann weitgehend unterdrückt und damit ein Ver ziehen oder Durchbiegen des Werkstoffes verringert werden;

2. andere neben der Bearbeitungsstelle des Werkstoffes be findliche, möglicherweise wärmeempfindliche Elemente werden nicht beeinflußt; 3. jeder normalerweise unzugängliche Ab schnitt oder Bereich des Werkstoffes (Werkstückes) kann geschweißt werden, weil keine körperliche Berührung zwi schen dem Werkstoff und dem Laserstrahler erforderlich ist; 4. es wird keine Röntgenstrahlung erzeugt; und 5. das Be arbeitungsverfahren kann automatisiert werden.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfin dung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Verdichter mit einer Exzenterwelle gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine teilweise weggebrochene Seitenansicht der Exzenterwelle,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer für die Her stellung der Exzenterwelle eingesetzten Laserschweiß vorrichtung und

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung einer Exzenter welle gemäß einer Abwandlung der Erfindung.

Fig. 1 veranschaulicht einen geschlossenen bzw. gekapselten Verdichter 12, der mit einer Exzenterwelle bzw. einer Wellenanordnung 10 gemäß der Erfindung versehen ist und ein äußeres Gehäuse (Kapsel) 14, einen in diesem angeordneten Elektromotorabschnitt 16 als Antriebseinheit für die Wellenanordnung 10 und einen im Gehäuse 14 angeordneten,

eine Verdichtungskammer bzw. Arbeitskammer 18 aufweisenden Verdichterabschnitt 20 umfaßt. Unter dem Verdichterab schnitt 20 ist im Gehäuse 14 ein Vorrat an Schmieröl 22 vor gesehen.

Gemäß den Fig. 1 bis 3 umfaßt die Wellenanordnung 10 eine zylindrische Welle 24, die in einen Teil des Ver dichterabschnittes 20 bildenden Lagern 26, 28 drehbar gelagert ist. Ein Läufer 30 des Elektromotorabschnittes 16 ist fest mit dem oberen Endabschnitt der Welle 24 verbunden, während sein Ständer 32 außerhalb des Läufers 30 am Gehäuse 14 befestigt ist. Die Welle 24 ist mit zwei Schmieröl- Bohrungen 25 versehen, die in den innerhalb der Lager 26, 28 befindlichen Bereichen ausgebildet sind.

Am unteren Endabschnitt der Welle 24 ist ein zylindrischer Exzenter 34 befestigt, der eine durchgehende, sich parallel und exzentrisch zu seiner (Mittel-)Achse erstreckende Boh rung 36 aufweist, in welche der untere Endabschnitt der Welle 24 eingesetzt ist. Der Exzenter 34 ist außerdem mit einer parallel zur Achse der Welle 24 verlaufenden, sich von der oberen zur unteren Stirnfläche erstreckenden Nut 38 versehen, die sich vom Außenumfang des Exzenters 34 bis in die Nähe der Welle 24 erstreckt. Dies bedeutet, daß die Grundfläche 40 der Nut 38 in der Nähe der durchgehenden Bohrung 36 liegt. Die Nut 38 bildet einen Durchgang, der von Schmieröl durchströmbar ist. Der Exzenter 34 ist am unteren Endabschnitt der Welle 24 befestigt, indem die Grundfläche der Nut 38 an z.B. drei Stellen durch Laser schweißung mit der Welle 24 verbunden ist.

Auf den Exzenter 34 ist eine ringförmige Exzenterrolle 42 drehbar aufgesetzt. Der Exzenter 34 und die Rolle 42 befinden sich in der Verdichtungskammer 28 des Verdichter abschnittes 20 und drehen sich in Abhängigkeit von der Drehung der Welle 24, um in der Verdichterkammer ein Kühl- oder Kältemittel zu verdichten. Bei der Drehung der Wellenanordnung 10 wird Schmieröl 22 zwischen die Welle 24 und das Lager 28 durch die Innenbohrung der Welle und die untere Bohrung 25 sowie zwischen den Exzenter 34 und die Rolle 42 durch die Nut 38 und außerdem zwischen die Welle 24 und das Lager 26 über die Innenbohrung und die obere Schmierölbohrung 25 eingeführt.

Die Herstellung der Wellenanordnung mit dem beschriebenen Aufbau findet wie folgt statt:

Eine Welle 24 und ein Exzenter 34 werden getrennt ange fertigt; diese beiden Teile brauchen dabei nicht aus dem selben Werkstoff zu bestehen, vielmehr können hierfür für den jeweiligen Zweck besonders geeignete Werkstoffe ge wählt werden. Sodann werden in dem Exzenter 34 die durch gehende Bohrung 36 und die Nut 38 ausgebildet. Der Durch messer der Bohrung 36 wird geringfügig größer gewählt als der Durchmesser der Welle 24. Letzterer wird dann einfach in die Bohrung 36 eingesetzt und in dieser vor läufig festgelegt. Anschließend wird der Exzenter 34 an der Welle 24 befestigt, indem die Grundfläche der Nut 38 mittels Laserstrahl mit der Welle 24 verschweißt wird.

Das Laserstrahlschweißen kann z.B. mittels einer an sich bekannten CO₂-Laserschweißvorrichtung gemäß Fig. 4 erfol gen. Diese Vorrichtung umfaßt einen Laserstrahler 44, ein Laserstrahl-Übertragungssystem 46, ein optisches System 48 zum Fokussieren des Laserstrahles, einen Arbeitstisch 52 mit Drehgestell 50, eine Steuereinheit 54 und eine elektrische Stromversorgungseinheit 56. Der Laser strahler 44 strahlt Laserstrahlen durch Zirkulieren von gasförmigem CO₂ in einem Unterdruck- bzw. Vakuumbehälter und Entladung von einer Anode zwischen einem Totalre flexionsspiegel aus. Die Welle 24 und der vorläufig daran befestigte Exzenter 34 werden im Drehgestell 50 eingespannt. Sodann werden vom Laserstrahler 44 ausgesandte Laserstrahlen über das Übertragungssystem 46 zum optischen System 48 ge leitet und hierdurch fokussiert. Die Laserstrahlen werden auf die Grundfläche 40 der Nut 38 geworfen, und zwar durch die Nut 38 hindurch von der Außenseite des Exzenters 34 her. Die Laserstrahlen werden so fokussiert oder gebündelt, daß sie auf der Grundfläche 40 einen Durchmesser von etwa 2 mm besitzen. Die Grundfläche 40 der Nut 38 und die Welle 24 werden dabei örtlich erwärmt, so daß ihre mit den Laser strahlen beaufschlagten Bereiche in kurzer Zeit angeschmol zen werden. Nach Beendigung der Laserbestrahlung kühlen die angeschmolzenen Bereiche unter gegenseitiger Verschweißung ab.

Da die Welle 24 und der Exzenter 34 beim Laserschweißen (nur) örtlich erwärmt werden, tritt - außer an den Schweiß stellen - keine thermische Beeinflussung auf. Infolgedessen erfahren weder die Welle 24 noch der Exzenter 34 beim Laserschweißen ein Durchbiegen oder Verziehen. Da die Welle 24 vergleichsweise locker in die durchgehende Bohrung 36 eingesetzt ist, erfahren die Welle 24 und der Exzenter 34 beim Einsetzen der ersteren in die Bohrung 36 keinerlei Verformung. Obgleich es denkbar ist, obere und untere Umfangsrandabschnitte der durchgehenden Bohrung 36 mittels Laserstrahl mit der Welle 24 zu verschweißen, ohne die Nut 38 in dem Exzenter 34 vorzusehen, könnten die Schweiß stellen Erhebungen bilden, welche die Drehung der Wellen anordnung 10 behindern würden. Dies würde eine Nachbearbeitung erfordern und ist daher unerwünscht. Erfindungsgemäß wird dagegen der Bereich der Grundfläche 40 der Nut 38 mit der Welle 24 verschweißt, so daß eine Behinderung der Drehung der Wellenanordnung 10 durch die Schweißstelle(n) vermie den wird.

Anschließend wird zur Vervollständigung der Wellenanordnung 10 die Exzenterrolle 42 auf den Exzenter 34 aufgesetzt.

Bei der Wellenanordnung 10 mit dem beschriebenen Aufbau ist also der Exzenter 34 durch Laserstrahlschweißung an der Welle 24 befestigt, so daß Maßabweichungen und Verformung vermieden werden und ausreichende mechanische Festigkeit gewährleistet wird. Außerdem ist der Exzenter 34 mit einer Nut 38 versehen, die als Schmieröldurchgang dient und da mit die Wirksamkeit der Schmierung der Wellenanordnung 10 verbessert.

Selbstverständlich ist die Erfindung keineswegs auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern verschie denen Änderungen und Abwandlungen zugänglich. Beispiels weise kann gemäß Fig. 5 die Nut 38 so ausgebildet sein, daß sie schräg zur Achsrichtung der Welle 24 verläuft.

Claims

1. Exzenterwelle für einen Kältemittelverdichter, der in einem äußeren Gehäuse eine mit einem Ende der Exzenterwelle ver bundene Antriebseinheit und einen eine Arbeitskammer umfas senden Verdichterabschnitt aufweist, wobei die Exzenter welle aus einer zylindrischen Welle besteht, die einen zylindrischen Exzenter aufweist, der innerhalb der Arbeits kammer angeordnet ist und auf den eine ringförmige Ex zenterrolle drehbar aufgesetzt ist, und wobei der Exzenter eine von seiner einen Stirnfläche zur anderen verlaufende Nut aufweist, die einen Schmieröldurchgang bildet, dadurch gekennzeichnet, daß in dem als getrenntes Teil hergestellten Exzenter (34) die von der einen Stirnfläche zur anderen verlaufende Nut (38) sich bis in die Nähe einer Bohrung (36) für die Welle (24) erstreckt, und daß der Exzenter (34) durch die Grundfläche (40) der Nut (38) hindurch mittels Laserstrahl schweißung mit der Welle (24) verbunden ist.

2. Exzenterwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Grundfläche der Nut (38) mehrere Schweißstellen vorgesehen sind.