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Diese
Erfindung betrifft einen Spiralverdichter nach Anspruch 1 und ein
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Bauteile, die zum oberen Ende und
unteren Ende des Spiralverdichters benachbart sind, alle hinsichtlich
eines gemeinsamen Bezugs ausgerichtet sind, so dass die Gesamtausrichtung der
Bauteile einfacher und genauer erreicht werden kann.
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Spiralverdichter
sind bei Anwendungen zur Kühlmittelverdichtung
weit verbreitet. In einem Spiralverdichter weisen ein erstes und
ein zweites Spiralelement jeweils ein Unterteil und eine sich von dem
Unterteil erstreckende, im Allgemeinen spiralförmige Umhüllung auf. Die Umhüllungen
passen so zusammen, dass sie Verdichtungskammern bilden. Mit einem
der Spiralelemente ist eine Welle funktionell verbunden, um zu bewirken,
dass dieses Spiralelement relativ zum anderen kreist. Wenn sich
die zwei Spiralelemente umkreisen, nehmen die Verdichtungskammern,
die zwischen den Umhüllungen
der zwei Spiralelemente definiert sind, im Volumen ab, wobei sie
das eingeschlossene-Kühlmittel
verdichten.
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Herkömmlich sind
Spiralverdichter in einem versiegelten Gehäuse angebracht. Das Gehäuse weist
eine mittlere Hülle
und eine obere und untere Stirnkappe auf. Die Welle, die das kreisende
Spiralelement antreibt, wird typischerweise von einem elektrischen
Motor angetrieben, der in der mittleren. Hülle angebracht ist. Die Welle
erstreckt sich entlang einer Rotationsachse und ist mit dem kreisenden
Spiralteil funktionell verbunden, um eine Kreisbewegung des kreisenden
Spiralteils zu bewirken. Typischerweise ist die Welle in Lagern
angebracht, die zu den oberen und unteren Positionen benach bart
sind. Das obere Lager ist in einem Kurbelgehäuse angebracht, das das kreisende
Spiralelement trägt.
Das untere Lager befindet sich typischerweise an der entgegengesetzten
Seite des Motors von den Spiralelementen. Herkömmlich erstreckte sich eine
Halterung für
das Lager radial nach innen von der mittleren Hülle, um das untere Ende' des Lagers zu tragen.
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In
jüngster
Zeit wurde vorgeschlagen, das untere Lager im Spiralverdichter an
der unteren Stirnkappe anzubringen. Damit wurde in der früheren Patentanmeldung
der Vereinigten Staaten, Serien-Nr. 09/376 115, eingereicht am 18.
August 1999 und mit dem Titel "BEARING
ASSEMBLY FOR SEALED COMPRESSOR",
und des Weiteren in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung mit dem Titel "LOWER END CAP FOR
SCROLL COMPRESSOR",
eingereicht am 1. Juni 2001 und mit der zugeteilten Serien-Nr. 09/872 972, ein
Aufbau der unteren Stirnkappe zum Anbringen eines Lagers offenbart.
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Weitere
Beispiele von Spiralverdichtern werden in den Druckschriften US-A-745
992, in der ein Verfahren zum Erhöhen der Spitzendichtung offenbart
wird, US-A-6 179 591, die einen Ringkranz hat, der eine durch Presspassung
eingesetzte Lagerbohrung aufweist, und US-A-5 599 178, in der Bolzen verwendet
werden, um ein Hochdruck-Gehäuseteil und
ein Niederdruck-Gehäuseteil
zu verbinden, angegeben.
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Ferner
wurde kürzlich
vorgeschlagen, das Kurbelgehäuse
durch Presspassung in die mittlere Hülle einzusetzen, so dass die
Position des Kurbelgehäuses
relativ zur mittleren Hülle
ideal angeordnet ist. Ein solcher Aufbau wurde in der gleichzeitig
anhängigen
Anmeldung Serien-Nr. 09/176 576, eingereicht am 21. Oktober 1998
und mit dem Titel "FORCE-FIT
SCROLL COMPRESSOR ASSEMBLY" und
nun als US-A-6 193 484 erteilt, offenbart.
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Diese
beiden Ideen wurden jedoch nie so vorgeschlagen, dass sie kombiniert
sind.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Bei
dem offenbarten Ausführungsbeispiel dieser
Erfindung wird die mittlere Hülle
als ein Bezugspunkt genutzt, um sowohl das untere Lager durch Anbringen
einer unteren Stirnkappe als auch das Kurbelgehäuse an einer Stelle ideal zu
positionieren, die durch den gemeinsamen Bezug ideal bestimmt und
positioniert wird. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der gemeinsame
Bezug durch die mittlere Hülle
bereitgestellt. Die mittlere Hülle
wird so bearbeitet, dass sie sorgfältig kontrollierte Stirnflächen hat,
die beide rechtwinklig zur Mittelachse der mittleren Hülle liegen
und die idealerweise annähernd
zylindrisch sind. Die anfängliche
Hüllenbildung
kann etwas unrund sein (d. h. in der Größenordnung von 1,0 mm), da
sie durch die vom Computer zugeschnittenen Flächen sowohl des Kurbelgehäuses als
auch der unteren Stirnkappe auf eine vollständige Rundung gebracht wird,
wie unten erläutert wird.
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Die
untere Stirnkappe wird so bearbeitet, dass sie Montageflächen, die
beide rechtwinklig zur unteren Lagerbohrung liegen, und eine Einstellung hat,
die von der Achse des unteren Lagers radial weg beabstandet ist.
Wenn diese untere Stirnkappe in dieser mittleren Hülle angebracht
ist, ist damit das Lager relativ zur Mittelachse der mittleren Hülle ideal angeordnet.
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Des
Weiteren wird das Kurbelgehäuse
so bearbeitet, dass es eine idealisierte, äußere zylindrische Oberfläche und
eine flache Stirnfläche
hat, die gegen die Stirnfläche
der mittleren Hülle
stößt. Wenn dieses
Kurbelgehäuse
in dieser mittleren Hülle
zusammen mit der unteren Stirnkappe angeordnet ist, wird gewährleistet,
dass das Kurbelgehäuse
und die untere Stirnkappe beide in einer richtigen Ausrichtung rela tiv
zueinander angebracht sind. Da sowohl die Stirnkappe als auch das
Kurbelgehäuse
getrennt voneinander für
sich bearbeitet werden, um zu gewährleisten, dass die Achse des
Lagers für
die Welle, die sie jeweils tragen, zum äußeren Umfang des einzelnen
Bauteils genau ist, wird außerdem
gewährleistet,
dass die zwei Lager damit relativ zueinander ideal angeordnet sind.
Sobald diese zwei Lager-Aufnahmen für die Welle ideal festgelegt
sind, kommen die anderen Bauteile des Spiralverdichters leicht und in
einer gesichert ausgerichteten Position zusammen.
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Damit
stellt die vorliegende Erfindung ein vereinfachtes Verfahren zum
idealen Anordnen der Bauteile in einem Spiralverdichter bereit,
so dass deren richtige Anordnung gewährleistet ist.
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Diese
und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung können am
besten anhand der folgenden Beschreibung und Zeichnungen verstanden
werden, für
die das folgende eine kurze Beschreibung ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Es
zeigen:
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1 eine
Querschnittsansicht durch den erfinderischen Spiralverdichter;
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2A eine
vergrößerte Ansicht
des Kreisbereiches 2A von 1;
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2B eine
vergrößerte Ansicht
des Kreisbereiches 2B von 1;
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3 schematisch
die Bildung eines Hüllen-Bauteils;
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4A den
ersten Schritt beim Zusammenbau;
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4B einen
folgenden Schritt;
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4C einen
noch weiteren Schritt;
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4D einen
noch weiteren Schritt;
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5A eine
Draufsicht einer Stirnkappe;
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5B einen
vergrößerten Bereich
von einer Stelle der Stirnkappe von 5A;
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6 ein
weiteres Merkmal eines erfinderischen Lagers; und
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7 ein
Merkmal des Ausführungsbeispiels
von 6.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINES
BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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1 veranschaulicht
einen Spiralverdichter 20, der ein kreisendes Spiralteil 22 und
ein nicht kreisendes Spiralteil 24 aufnimmt. Eine Antriebswelle 26 wird
von einem Motor 28 durch den Rotor 30 angetrieben.
Die Antriebswelle ist funktionell verbunden, um eine kreisende Bewegung
des kreisenden Spiralteils 22 zu bewirken. Das untere Lager 32 ist
auf einer Stirnkappe 34 angebracht. Ein unteres Ende 33 der
Welle 26 kommt mit dem unteren Lager 32 in Eingriff.
Die Stirnkappe 34 hat im Umfang beabstandete, u-förmige Bereiche 36,
die radial nach innen vom unteren Ende 39 der mittleren
Hülle 40 angeordnet
sind. Das untere Ende 38 der mittleren Hülle 40 hat
eine axiale Stirnfläche 39,
die gegen eine Fläche
an der unteren Hülle 34 stößt, wie
unten erläutert
wird.
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Ein
innerer Umfang 41 der mittleren Hülle ist so ausgebildet, dass
er ein annähernd
idealisierter Zylinder ist, um die Ausrichtung zu erleichtern, wie unten
erläutert
wird. Eine obere Stirnkappe 42 ist an der mittleren Hülle befestigt.
Ein Kurbelgehäuse 44 trägt den kreisenden
Spiralteil 22, wie bekannt ist. Ein äußerer Umfangsbereich 46 des
Kurbelgehäuses 44 hat
eine äußere Fläche 47,
die durch Presspassung in der mittleren Hülle 40 angeordnet
ist.
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Am
Kurbelgehäuse 44 ist
ein Lager 48 angebracht. und trägt ein oberes Ende der Welle 26.
Eine sich radial nach außen
erstreckende Lippe 50 des Kurbelgehäuses 44 stößt gegen
ein Ende 52 des Gehäuses 40.
Wie unten erläutert
wird, stellt die Kombination des durch Presspassung eingesetzten Kurbelgehäuses und
des an der unteren Stirnkappe angebrachten Lagers eine Gewährleistung
bereit, dass sich die Lager 32 und 48 auf eine
Achse befinden, die durch Einstellen beider Lager basierend auf
einem gemeinsamen Bezug eine gemeinsame ist.
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Gemäß 2A ist
der äußere Umfang 47 des
Kurbelgehäuses 44 durch
Presspassung in den inneren Umfang 41 der mittleren Hülle 40 eingesetzt. Der
sich radial nach außen
erstreckende Flansch 50 stößt gegen die Stirnfläche 52.
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Die
nach unten gewandte Oberfläche 90 des Flansches 50 wird
so bearbeitet, dass sie zur Mittelachse des Kurbelgehäuses 44 rechtwinklig
liegt. Darüber
hinaus wird der äußere Umfang 47 des
Kurbelgehäuses 44 ebenfalls
so bearbeitet, dass er mit der Lager-Aufnahme 48 konzentrisch
ist. Damit versichert der Anmelder durch bekannte Computer-Steuerungsverfahren,
dass die Bohrung für
das Lager 48 mit der äußeren Oberfläche 47 konzentrisch
und ideal zentriert und zur Flansch-Oberfläche 90 rechtwinklig
ist. Es sollte verständlich
sein, dass die Oberfläche 47 einige
Unregelmäßigkeiten
haben kann, wobei sie jedoch im Allgemeinen zylindrisch und mit
der Mittelachse des Lagers 48 konzentrisch ist. Einzelheiten des
bevorzugten Kurbelgehäuses
können
anhand der Druckschrift US-A-6 193 484 bestimmt werden.
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Wenn
nun das Kurbelgehäuse
gemäß 2A in
der mittleren Hülle 40 angebracht
ist, kann man auf Grund der gegen die Fläche 52 anstoßenden Fläche 90 und
auf Grund der Presspassung 47 sicher sein, dass die Mittelachse
des Lagers 48 mit der inneren Achse der mittleren Hülle 40 parallel
und konzentrisch ist.
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Zur
gleichen Zeit wird eine ähnliche
Stirnfläche 54 an
der unteren Stirnplatte 34 ausgebildet. Das axiale Ende 39 des
unteren Endes 38 des mittleren Hüllengehäuses stößt gegen die Fläche 54.
Wie beim Kurbelgehäuse
gewährleistet dies,
dass die untere Stirnkappe 34 in der mittleren Hülle 40 richtig
ausgerichtet ist. Darüber
hinaus ist der äußere Umfang 91 der
Bereiche 36 so dimensioniert, dass er wenigstens eine leichte
Presspassung in der mittleren Hülle 40 bereitstellt.
Dies gewährleistet
wiederum, dass die Ausrichtung der unteren Stirnkappe 34 in
der mittleren Hülle 40 idealisiert
und genau ist.
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Die
Mittelachse des Lagers 32 ist vorzugsweise so zugeschnitten,
wie unten erläutert
wird, dass sie mit dem äußeren Umfang
der Abschnitte 36 konzentrisch und zur Fläche 39 rechtwinklig
ist. Dies gewährleistet,
dass die Lagerachse für
das Lager 32 ebenfalls auf der Mittelachse des inneren
Umfangs 41 der mittleren Hülle 40 basiert. Durch
Nutzung dieser zwei Verfahren gewährleistet der Anmelder damit,
dass das Lager 48 auf einer Achse zentriert und parallel
zu ihr ist, die auf der Basis des gemeinsamen Bezugspunktes als
die Achse für
das Lager 32 bestimmt wird. Damit versichert der Anmelder,
dass die Lager wahrscheinlicher ausgerichtet sind als es nach dem
Stand der Technik der Fall war.
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3 zeigt äußerst schematisch
einen Bearbeitungsvorgang 10. Eine Hüllen-Vorform 12, die
zur mittleren Hülle 40 wird,
wird anfänglich
in eine im Allgemeinen zylindrische Hülle durch Walzen eines Stahlteils
und dann dem Schweißen
des Stahls in die Vorform und durch Ausdehnen vom Innendurchmesser
gebildet. Ein Spanndorn 16 erstreckt sich in den inneren
Umfang der Hülle 12 und
gewährleistet,
dass sich der innere Umfang zwischen den Mittelpunkten der Drehbank
dreht. Der Dorn befördert
die Hülle 12 dann
zu einem Paar gegenüberliegender
Drehmaschinen 14, die die Stirnfläche an der mittleren Hülle zuschneiden.
Der Vorgang zum Bearbeiten der Hülle ist
bekannt und liegt in der Fachkenntnis eines Fachmanns. Die Hüllen-Vorform
wird damit in die mittlere Hülle 40 geformt,
wobei gemäß 4A die
Stirnflächen 39 und 52 beide
flache Oberflächen
bilden, die computergesteuert sind, so dass sie den genauen, flachen,
parallelen Ebenen rechtwinklig zur inneren Achse ganz nahe kommen.
Darüber
hinaus kommt der innere Umfang 41 einer genauen zylindrischen Bohrung äußerst nahe.
Wie oben erwähnt
wurde, kann der innere Umfang 41 an diesem Punkt etwas unrund
sein, da die Flächen
des Kurbelgehäuses
und der unteren Stirnfläche
bewirken werden, dass er genau ist, sobald sie eingesetzt sind.
In einem ersten Schritt zum Zusammenbau des Spiralverdichters wird
der Stator 28 anfänglich
in der mittleren Hülle gemäß 4A angeordnet.
Die mittlere Hülle
kann erwärmt
werden, um den Stator aufzunehmen, und kann dann abgekühlt werden,
so dass sie selbst am Stator befestigt ist. Darüber hinaus werden vorzugsweise
elektrische Verbindungen während
der Montage des Stators und wie in der gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung
der Vereinigten Staaten, Serien-Nr. 09/415 122, eingereicht am 8.
Oktober 1999 mit dem Titel "DEFORMED
COMPRESSOR MOTOR WINDING TO ACCOMMODATE COMPONENTS", offenbart ist,
angefertigt.
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Gemäß 4B ist
es dann der nächste Schritt,
die mittlere Hülle 40 nach
unten auf die untere Stirnkappe 34 zu zwängen. Wie
oben beschrieben wurde, stellt das untere Ende 38 der mittleren
Hülle 40 eine
Presspassung auf die Bereiche 36 bereit, so dass die Mitte
des Lagers 32 an diesem Punkt relativ zur Mittelachse der
Gehäusehülle 40 ideal
zentriert ist. Zu dieser Zeit kann die mittlere Hülle an die
untere Stirnkappe 34 angeheftet. werden, um die zwei für eine anschließende Bearbeitung
bis zur endgültigen Umfangschweißung miteinander
zu sichern.
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Der
nächste
Schritt ist es, den Rotor 30 und die Welle 26 im Lager 32 und
im Stator 28 gemäß 4C anzubringen.
Als nächster
Schritt wird das Kurbelgehäuse 44 in
die mittlere Hülle 40 gezwängt. Mit
dieser erzwungenen Bewegung wird der Flansch 50 gegen das
Ende 52 gebracht. An diesem Punkt und da die Lagerbohrung 48 zuvor
so zugeschnitten wurde, dass sie relativ zum äußeren Umfang 47 des Kurbelgehäuses 44 eine
genaue konzentrische Bohrung ist, kann gewährleistet werden, dass die
Lager 48 und 32 beide auf einer Achse zentriert
sind, die relativ zu einem gemeinsamen Bezug, der Mittelachse der
mittleren Hülle 40,
zugeschnitten ist.
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Die
Bauteile des kreisenden Spiralteils und des nicht kreisenden Spiralteils
einschließlich
aller nicht rotierenden Kupplungen, Dichtungen usw., wie sie bekannt
sind, werden dann im Verdichter angeordnet. Die Stirnkappe 42 wird
dann nach unten gebracht, wobei die Bauteile zusammen gezwängt werden
und die obere Stirnkappe angeheftet wird. An diesem Punkt werden
die Stirnkappen an die mittlere Hülle geschweißt, wobei
die gesamte Anordnung gesichert ist.
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5A zeigt
die untere Stirnkappe 34 mit dem Lager 32. Wie
man erkennen kann, sind die u-förmigen
Flächen 36 im
Umfang beabstandet. Der äußere Umfang 91 dieser
Bauteile ist so zugeschnitten, dass dieser äußere Umfang zur Mittelachse
X des Lagers 32 genau und konzentrisch ist. Wie in der gleichzeitig
anhängigen
Patentanmeldung der Vereinigten Staaten, Serien-Nr. 09/376 915,
eingereicht am 18. August 1999 mit dem Titel "BEARING ASSEMBLY FOR SEALED COMPRESSOR", erläutert ist,
wird dies durch Zuschneiden der Mitte X des Lagers gewährleistet,
um so mit der äußeren Fläche 91 der
Bereiche 39 konzentrisch zu sein. 5B zeigt eine
andere Ansicht der äußeren Fläche 41 im
Bereich 36.
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Insgesamt
versichert der Anmelder durch die Gewährleistung, dass die Mittelpunkte
der Lager 32 und 48 beide durch eine computergesteuerte
Anlage sowohl zugeschnitten als auch gemessen werden, um mit einem
gemeinsamen Bezug konzentrisch zu sein, dass die zwei Lager ideal
angeordnet und relativ zueinander ausgerichtet sind. Die vorliegende
Erfindung übertrifft
damit den Stand der Technik außerordentlich.
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6 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines Lagers 300, wobei der Lagerring ein oberes Ende 302 hat,
das sich vom unteren Ende 304 seitlich nach innen verjüngt. Wenn
der Lagerkörper 310 gemäß 7 eingesetzt
wird, wird das obere Ende relativ zum unteren Ende 314 am
Punkt 312 zurück
gebogen. Wenn nach dem Stand der Technik das Lager eingesetzt wurde,
wurde das nicht gelagerte obere Ende radial nach außen gebogen
und führte
dazu, dass das freie Ende des Ringkranzes nach außen gebogen
wurde, anstatt dass es eine zylindrische Oberfläche ist. Damit stellt diese
umgekehrte Verjüngung
Vorteile bereit.
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In
der Hauptsache gewährleisten
die mit Computer zugeschnittenen, konzentrischen äußeren Umfangsflächen am
Kurbelgehäuse
und die untere Stirnkappe, dass die Lagerbohrungen jeweils radial vom
inneren Umfang der mittleren Hülle
gleich beabstandet sind. Gleichzeitig gewährleisten die flachen Oberflächen, dass
das Kurbelgehäuse
und die untere Stirnkappe parallel zueinander sein werden, so dass
die Achsen ihrer Lagerbohrungen konzentrisch und außerdem parallel
sein werden.
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Obwohl
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung offenbart wurde, würde ein Fachmann erkennen,
dass Modifikationen im Umfang dieser Erfindung liegen. Aus diesem
Grund sollten die folgenden Ansprüche studiert werden, um den genauen
Umfang und Inhalt dieser Erfindung zu bestimmen.