DE69002597T2

DE69002597T2 - Läufer mit Nuten für ein Schmierungssystem.

Info

Publication number: DE69002597T2
Application number: DE90630218T
Authority: DE
Inventors: Howard Henry Fraser; Mark Philip Weldon
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 1989-12-15
Filing date: 1990-12-06
Publication date: 1994-01-05
Anticipated expiration: 2010-12-07
Also published as: DK0433212T3; MX173032B; DE69002597D1; KR910012548A; BR9006380A; JPH03225098A; EP0433212A1; ES2043339T3; US5007808A; EP0433212B1; MY104541A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf umlaufende Maschinen, z.B. Kreiskolbenkompressoren und Spiralkompressoren zur Kälteerzeugung oder Klimatisierung, insbesondere Kompressoren des Typs, die hermetisch verschlossen sind und eine vertikale umlaufende Welle haben, welche sowohl als Läuferwelle als auch als Schmiermittelkreiselpumpe dient. Die Erfindung ist insbesondere auf den Aufbau einer Läuferbaugruppe gerichtet, der eine größere Schmierkapazität ergibt und außerdem den Wirkungsgrad des Kompressors erhöht.
In Kreiskolbenkompressoren und Spiralkompressoren ist ein elektrischer Motorantrieb in das Gehäuse oder den Mantel eingebaut und hat einen Ständer oder elektrischen Anker, der in dem Mantel befestigt ist, und eine Läuferbaugruppe, die in einen zylindrischen Durchlaß in dem Ständer paßt. Die Läuferbaugruppe hat eine Welle, die in einem Lagergehäuse drehbar abgestützt und gelagert ist, in einigen Fällen auf einer Seite des Läufers und in einigen Fällen sowohl oberhalb als auch unterhalb des Läufers. Da diese Kompressoren vertikal angeordnet sind, d. h. mit vertikaler Läuferachse, ruht das Schmiermittel in einem Sumpf oder Reservoir an dem unteren Ende der Welle. Üblicherweise wird die Drehbewegung der Läuferwelle ausgenutzt, um eine einstufige Kreiselpumpe zu bilden, die das Schmieröl durch Fliehkraft nach oben treibt. Das heißt, ein Ölrohr an dem unteren Ende der Welle taucht in das Reservoir ein und nimmt das Öl auf, welches sich aufwärts in ein hohles Zentrum der Welle bewegt. Die herkömmliche Welle hat eine oder mehrere axiale Bohrungen, die mit Abstand von der Achse angeordnet sind und das Öl zum oberen Ende der Welle transportieren, wo sich das Öl weiter durch einen oder mehrere Schmierkanäle bewegt, um das Lager oder die Lager und andere bewegte Teile zu ölen. Eine zentrale axiale Bohrung in der Welle dient zur Entlüftung.
Die erforderlichen mehreren Bohrungen, die in der Welle angeordnet werden müssen, erhöhen die Produktionskosten der Läuferbaugruppe. Außerdem muß die Welle einen ziemlich großen Durchmesser haben, um die Schmierbohrungen oder - kanäle aufnehmen zu können. Das erfordert eine größere zentrale Bohrung in den Blechen, aus denen der Läufer aufgebaut ist, was mit einer entsprechenden Verringerung an magnetischem Material zur Achse hin verbunden ist. Das ist mit beträchtlichen Wirbelstromverlusten verbunden, die möglichst reduziert werden sollten.
In der EP-A-341 408 ist ein vertikales Läufergebilde für einen hermetischen Kompressor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben. Insbesondere beschreibt die EP-A-341 408 ein Läufergebilde mit einer Welle, die einen zentralen Teil mit einem vorbestimmten Durchmesser und einen oberen Teil größeren Durchmessers hat, der in ein Lager des Kompressors paßt, wobei die Welle eine axiale, zentrale Bohrung hat, und eine Einrichtung an einem unteren Ende der Welle zum Transportieren eines flüssigen Schmiermittels in die Bohrung der Welle. Ein Läufer ist auf dem zentralen Teil der Welle angeordnet und hat eine zentrale Bohrung zum Aufnehmen des zentralen Teils der Welle. Das Läufergebilde weist weiter wenigstens einen oberen Verteilkanal in dem oberen Teil der Welle auf, der das Schmiermittel von dem unteren Ende des oberen Teils der Welle zu einer oder mehreren Lagerflächen des oberen Teils leitet.
In den Patent Abstracts of Japan JP-A-63 134 891 ist ein vertikaler Spiralkompressor beschrieben, der einen Läufer aufweist, welcher einen ausgesparten Teil in der Nähe der zentralen Rotorbohrung enthält, welcher ein exzentrisches Ölförderloch zum Erhöhen der Ölförderleistung bildet.
Es ist ein Ziel dieser Erfindung, einen hermetischen Kompressor mit vertikaler Welle und erhöhter Ölpumpleistung zu schaffen, der niedrigere Produktionskosten hat aufgrund einer Verringerung an Wellenmaterial und eines geringeren Bedarfes an maschineller Bearbeitung und der einen erhöhten Motorwirkungsgrad wegen verringerter Hysterese und geringerer Wirbelstromverluste in dem Läufer hat.
Um das zu erzielen, ist das vertikale Läufergebilde nach der Erfindung durch die Merkmale gekennzeichnet, die in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegeben sind. Gemäß der Erfindung ist der Läufer aus einem Paket von Blechen gebildet, wobei das Paket wenigstens einen Schlitz aufweist, der sich an der zentralen Bohrung des Läufers befindet und sich insgesamt axial erstreckt, einen unteren Verteilkanal, der radial durch die Welle von der zentralen Bohrung aus mit einem unteren Ende des wenigstens einen Schlitzes in Verbindung steht, um dem Schmiermittel zu gestatten, in den wenigstens einen Schlitz zu fließen, wo es durch Drehkräfte bis zu einem oberen Ende des wenigstens einen Schlitzes getrieben wird, wenigstens einen oberen Verteilkanal in dem oberen Teil der Welle, der durch das untere Ende des oberen Teils der Welle mit dem oberen Ende des wenigstens einen Schlitzes in Verbindung steht, um ihm das Schmiermittel aus dem oberen Ende des wenigstens einen Schlitzes zuzuleiten, wobei die zentrale Bohrung der Welle eine axiale Belüftungsbohrung ist, die mit dem unteren Verteilkanal in Verbindung steht.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beansprucht.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform dieser Erfindung hat die Läuferbaugruppe für den mit vertikalem Läufer versehenen hermetischen Kompressor eine Welle mit einem zentralen Teil mit einem vorbestimmten Durchmesser und einem oberen Teil mit einem größeren Durchmesser. Der obere Teil der Welle ist in einem Lagergehäuse gelagert. Ein unteres Ende der Welle erstreckt sich abwärts und ist mit einem Ölreservoir oder Sumpf in Verbindung. Ein Läufer ist aus einem Paket von Blechen gebildet, die eine zentrale Bohrung zum Aufnehmen des zentralen Teils der Welle haben und auf ihr befestigt sind. Es sind leitfähige Stäbe vorgesehen, die sich durch fluchtende Öffnungen in den Blechen zwischen einem oberen und einem unteren leitfähigen Ring erstrecken und als Induktionsanker dienen. Die Bleche sind aus ferromagnetischem Material gebildet. Ausschnitte sind in jedem Blech an der zentralen Bohrung vorgesehen, und in dem Paket sind diese Ausschnitte ausgerichtet, um einen oder mehrere axiale Schlitze oder Ölkanäle zu erzeugen. Eine untere ringförmige Nut ist in dem Läufer an seinem unteren Ende gebildet und steht mit den axialen Schlitzen oder oberen Kanälen in Verbindung. Eine weitere ringförmige Nut an dem oberen Ende ist mit den oberen Enden der Schlitze verbunden. Es sind ein oder mehrere Ölverteilkanäle innerhalb des oberen Teils der Welle vorgesehen, die mit der oberen ringförmigen Nut in Verbindung stehen und zu den zu schmierenden Oberflächen hin offen sind. In dieser Anordnung tritt Öl aus dem Sumpf ein und wird in der zentralen Bohrung der Welle nach oben getrieben, dann über eine Öffnung radial hinaus gegen die Wände der unteren ringförmigen Nut geschleudert. Das Öl wird durch Fliehkraftwirkung in den Rotorschlitzen nach oben zu der oberen ringförmigen Nut getrieben. Von hier aus speist das Öl die Lagerflächen.
Die zentrale Öffnung der Welle ist kleiner als der herkömmliche Wellendurchmesser, weil die Ölschlitze außerhalb derselben in den Läuferblechen sind. Aus diesem Grund erstrecken sich die Bleche radial weiter einwärts als bei dem herkömmlichen Aufbau. Mehr Magnetfluß ist in den Läuferblechen enthalten, und weniger Fluß erreicht die Welle, wodurch Wirbelstromverluste verringert werden.
Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer Läuferbaugruppe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nach der Linie 1-1 in Fig. 2.
Fig. 2 ist eine Querschnittansicht nach der Linie 2-2 in Fig. 1.
Fig. 3 ist eine Querschnittansicht nach der Linie 3-3 in Fig. 1.
Gemäß der Darstellung in den Fig. 1, 2 und 3 der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird, hat eine Läuferbaugruppe 10 eine vertikale Welle 12 mit einem oberen Lagerteil 14, der in einem Lagergehäuse 16 drehbar gelagert ist. Letzteres ist seinerseits in dem äußeren Mantel eines Kreiskolbenkompressors oder Spiralkompressors, der nicht gezeigt ist, befestigt. An dem oberen Ende des oberen Teils 14 der Welle befindet sich eine Kurbel 18, die eine exzentrische Aufnahme oder Buchse 20 zum Antreiben eines Rotors oder einer Umlaufspirale des Kompressors hat. An einem zentralen Teil 22 der Welle 12 ist ein Läufer 24 befestigt, der aus einer Vielzahl von übereinander gestapelten ferromagnetischen Blechen und aus einer Reihe von axialen Leiterstäben 26 gebildet ist, die sich durch ausgerichtete Öffnungen in den Blechen erstrecken und mit einem oberen Läuferring 28 an einem Ende des Läufers 24 und mit einem unteren Läuferring 30 an dem unteren Ende verbunden sind. Ein unterer Teil 32 der Welle erstreckt sich abwärts unterhalb des Läufers 24. Ebenfalls nicht dargestellt ist ein Ständer, welcher den Läufer 24 umgibt und innerhalb des Kompressormantels abgestützt ist. Der Aufbau des Ständers und der anderen Kompressorteile ist jedoch dem einschlägigen Fachmann gut bekannt.
Der obere Lagerteil 14 der Welle 12 hat einen geeigneten Durchmesser, um das Lagergehäuse 16 aufnehmen zu können, wogegen der zentrale Teil 22 einen kleineren vorbestimmten Durchmesser hat. Eine zentrale, axiale Bohrung 34 erstreckt sich zum oberen Ende der Welle 12 und dient als eine Belüftung. Ein verbreiterter Teil 36 der Bohrung erstreckt sich vom unteren Ende des unteren Teils 32 der Welle aus bis in den zentralen Teil 22 und dient als eine Ölbohrung. Ein Ölaufnahmerohr 38 erstreckt sich von hier aus abwärts in einen Ölsumpf 39 am unteren Ende des Kompressors. Die Bohrung 34 ist oberhalb des oberen Endes des verbreiterten Teils 36 schmal.
Wenn sich die Läuferbaugruppe dreht, wird das Öl durch das Rohr 38 aufgenommen und durch Fliehkraftwirkung in der erweiterten Bohrung 36 nach oben zu der Basis des zentralen Teils 22 der Welle gebracht. Dort wird das Öl durch ein oder mehrere Löcher 40 oder eine oder mehrere Öffnungen in der Wellenwand an dem oberen Ende des erweiterten Teils 36 der Bohrung 34 nach außen und in einen Ringraum 42 oder Sammelraum geschleudert, der sich innerhalb des Läufers 24 an dessen unterem Ende um die Welle 12 erstreckt. Ein Paar vertikaler Schlitze oder Kanäle 44 erstreckt sich durch den Läufer 24 und längs der Welle 12 zu dem oberen Ende des Läufers 24. Gemäß der Darstellung in Fig. 1 hat jedes Blech des Läufers 24 eine zentrale kreisförmige Öffnung oder Bohrung 46, die mit Festsitz auf dem zentralen Teil 22 der Welle sitzt, und die Kanäle 44 lassen sich leicht als Kerben oder Ausschnitte herstellen, die einander gegenüberliegend an den Rändern der Öffnung 46 angeordnet sind. Die Kerben sind in dem Blechpaket ausgerichtet, um die insgesamt axialen Kanäle oder den Schlitz 44 zu bilden. Diese Kanäle sind an ihren oberen Enden mit einem oberen Ringraum oder Sammelraum 48 am oberen Ende des Läufers 24 und in der Nähe des Lagerteils 14 der Welle verbunden. Das Öl bewegt sich von hier aus durch einen Schmierkanal 50 in dem oberen Lagerteil 14 und durch Schmieröffnungen 52 auf die Lagerfläche. Ein zusätzlicher Schmierkanal 54 erstreckt sich von dem oberen Ringraum 48 aus axial durch den oberen Lagerteil 14 zu der Kurbel 18 und bringt Öl zu einem oder mehreren weiteren Schmierkanälen 56.
Weil die axialen Schlitze oder Kanäle 44 in den Läuferblechen statt in der Welle 12 gebildet sind, kann wenigstens der zentrale Teil 22 der Welle, wo der Läufer 24 befestigt ist, kleiner als sonst möglich sein. Das hat eine Anzahl von Vorteilen. Es ist weniger Material für die Wellen erforderlich, und die maschinelle Bearbeitung der üblichen Ölkanäle in der Welle ist nicht erforderlich, wodurch die Produktionskosten der Welle 12 reduziert werden. Außerdem erstrecken sich wegen des reduzierten Wellendurchmessers die Läuferbleche radial näher bei der Achse als sonst. Deshalb bleibt mehr von dem Läufermagnetfluß in den Blechen, und weniger erreicht das Metall der Welle, wodurch Hysterese und Wirbelstromverluste verringert werden.
Außerdem werden durch Anordnen der Schlitze 44 radial außerhalb des Umfangs der Welle die Fliehkräfte erhöht, die das Öl nach oben pumpen, wodurch sowohl die Ölpumpleistung als auch der Öldruck erhöht werden.
Außerdem, die Schlitze 44 brauchen nicht genau gerade zu sein, sondern können etwas schraubenförmig sein, ohne daß von den Hauptprinzipien dieser Erfindung abgewichen wird.

Claims

1. Vertikales Läufergebilde für einen hermetischen Kompressor, wobei das Läufergebilde aufweist:

eine Welle (12), die einen zentralen Teil (22) mit vorbestimmtem Durchmesser und einen oberen Teil (14) mit einem größeren Durchmesser hat, welcher in ein Lager (16) des Kompressors paßt, wobei die Welle (12) eine axiale, zentrale Bohrung (34) hat und eine Einrichtung (38) an einem unteren Ende (32) der Welle (12) zum Transportieren eines flüssigen Schmiermittels in die Bohrung (34) der Welle (12),

einen Läufer (24), der auf dem zentralen Teil (22) der Welle (12) angeordnet ist, wobei der Läufer (24) eine zentrale Bohrung (46) zum Aufnehmen des zentralen Teils (22) der Welle hat,

wenigstens einen oberen Verteilkanal (50, 54) in dem oberen Teil (14) der Welle, der das Schmiermittel von einem unteren Ende des oberen Teils (14) der Welle zu einer oder mehreren Lagerflächen des oberen Teils (14) leitet,

dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (24) aus einem Blechpaket gebildet ist, wobei das Paket wenigstens einen Schlitz (44) aufweist, der an der zentralen Bohrung (46) des Läufers angeordnet ist und sich insgesamt axial erstreckt,

daß ein unterer Verteilkanal (40, 42) radial durch die Welle (12) von der zentralen Bohrung (34) aus mit einem unteren Ende des wenigstens einen Schlitzes (44) in Verbindung steht, um dem Schmiermittel zu gestatten, in den wenigstens einen Schlitz (44) zu fließen, wo es durch Drehkräfte aufwärts zu einem oberen Ende des wenigstens einen Schlitzes (44) getrieben wird,

wobei der wenigstens eine obere Verteilkanal (50, 54) in dem oberen Teil (14) der Welle über das untere Ende des oberen Teils (14) der Welle mit dem oberen Ende des wenigstens einen Schlitzes (44) in Verbindung steht, um das Schmiermittel aus dem oberen Ende des wenigstens einen Schlitzes (44) zu leiten, und

wobei die zentrale Bohrung (34) der Welle eine axiale Entlüftungsbohrung (34) ist, die mit dem unteren Verteilkanal (40, 42) in Verbindung steht.

2. Vertikales Läufergebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Verteilkanal (40, 42) einen ringförmigen Hohlraum (42) in dem Blechpaket aufweist, der mit dem unteren Ende des wenigstens einen Schlitzes (44) in Verbindung steht, und eine Durchgangsöffnung (40) in einem unteren Ende des zentralen Teils (22) der Welle, die in den ringförmigen Hohlraum (42) führt.

3. Vertikales Läufergebilde nach Anspruch 1, weiter gekennzeichnet durch einen oberen ringförmigen Hohlraum (48) in dem Läufer (24) an dem oberen Ende des wenigstens einen Schlitzes (44), der mit dem wenigstens einen oberen Verteilkanal (50, 54) in Verbindung steht.

4. Vertikales Läufergebilde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Bohrung (34) der Welle einen größeren Durchmesser hat im wesentlichen ab dem Ort des unteren Verteilkanals (40, 42) bis zu dem unteren Ende der Welle (12) und einen kleineren Durchmesser ab diesem Ort bis zu einem oberen Ende der Welle (12).