DE3400468C2 - - Google Patents
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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 (2)
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.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: HENKEL, G., DR.PHIL. FEILER, L., DR.RER.NAT. HAENZ |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: KABUSHIKI KAISHA TOSHIBA, KAWASAKI, KANAGAWA, JP |
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D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |