-
Gebiet der
Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen hermetischen Kolbenverdichter
der Art mit einem Rotor mit Permanentmagneten und mit einem hermetischen
Gehäuse,
das an seinem Boden einen Schmierölsumpf festlegt und einen Zylinderblock
aufnimmt, der eine rohrförmige,
vertikale Welle abstützt, die
mindestens einen Radialmittelkanal zum Durchleiten von Öl aufweist
und an ihrem unteren Ende eine Ölpumpe
trägt,
die in den Schmierölsumpf
eingetaucht ist, wobei das Öl
durch Drehung der rohrförmigen,
vertikalen Welle zum Radialmittelkanal gepumpt wird und die rohrförmige, vertikale
Welle axial und außerhalb
ihres Innenumfangs mit mindestens einem Axialkanal zum Ölleiten
versehen ist, dessen unteres Ende in das gepumpte Schmieröl eingetaucht
ist, und dessen oberes Ende zum entsprechenden Radialmittelkanal
hin geöffnet
ist.
-
Hintergrund
der Erfindung
-
Verdichter,
die einen Elektromotor mit einem Rotor aufweisen, der Permanentmagnete
trägt,
werden in Kühlgeräten verwendet,
da sie es gestatten, die Winkelgeschwindigkeit der Verdichterwelle
stufenlos oder diskret innerhalb eines bestimmten Drehbereichs zu
variieren.
-
Hermetische
Kühlverdichter
sind nach zwei möglichen
Anordnungen der mechanischen Elemente im Inneren ihres Gehäuses aufgebaut.
Bei einer dieser Bauweisen ist das System aus Pleuelstange- Kurbelwelle
des Verdichters unter dem Elektromotor, nahe dem am Boden des Verdichtergehäuses vorhandenen
Schmierölsumpf,
oder in diesen eingetaucht, angeordnet.
-
Bei
einer anderen dieser Bauweisen ist das System aus Pleuelstangen-Kurbelwelle über dem Elektromotor
angeordnet und daher um eine beachtliche Höhe von dem Schmierölsumpf beabstandet, der
am Boden des Verdichtergehäuses
vorliegt. So ist z. B. in Patent Abstracts of Japan, Band 008, Nr. 12
(M-269), und in der JP-A 58174180 ein hermetischer Kolbenverdichter
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben, bei dem Schmieröl entlang
einer inneren Ausnehmung einer Spiralnut, die in der Ölzufuhr
dieser Bauweise nach dem Stand der Technik vorgesehen ist, bei Drehung
der Welle nach oben gepumpt wird, und Löcher erreicht, die in einem zylindrischen
Teil der Spiralnut vorgesehen sind, welcher zur Außenseite
der Ölzufuhr
hin offenliegt, durch die das Öl
unter Zentrifugalwirkung auf Löcher
verteilt wird, die durch die Axialbohrung, welche die Ölzufuhr trägt, hindurch
vorgesehen sind.
-
Bei
der in Patent Abstracts of Japan, Band 007, Nr. 104 (M-212) und
in der JP-A-58025594 beschriebenen Bauweise wird Schmieröl durch
Spiralnuten, die in einer Innenwand der Welle vorgesehen sind, kontinuierlich
zugeführt,
wobei das Öl
mittels Zentrifugalkraft kräftig
gegen die Innenwand gedrückt
wird.
-
Patent
Abstracts of Japan, Band 008, Nr. 012 (M-269) und die JP-A-58174177
beschreiben eine Bauweise, bei der das Öl die zu schmierenden Teile durch
schräge
Schnitte erreicht, die in einer dünnen Platte ausgebildet sind,
welche in Kontakt mit der Innenfläche einer Axialbohrung in einer
Welle gebracht wird und Querlöcher
in der Welle mit Löchern
verbindet, die an den oberen Enden der Schnitte ausgebildet sind.
-
Neben
anderen Faktoren wird die Schmierwirkung des mechanischen Systems
durch die Ölmenge
beeinflußt,
welche die beweglichen Teile aufgrund der Drehung der Verdichterwelle
erreicht, die eine Ölpumpe
(oder ein Zentrifugationsrohr) betätigt. Der Ölpumpvorgang, der von der Drehung
der rohrförmigen,
vertikalen Welle herrührt,
erzeugt eine ansteigende Öltransportkurve
in Form einer Öl-Parabel, deren
oberes Ende einen Ölabgabepunkt
in Form einer Radialmittelleitung, die im Körper der rohrförmigen,
vertikalen Welle des Verdichters in einem Mittelabschnitt ihrer
Längserstreckung
vorgesehen ist, erreichen oder übersteigen
sollte.
-
Die
zum Schmieren der beweglichen Teile verfügbare Ölmenge hängt daher von der Zentrifugiergeschwindigkeit
ab, die wiederum gleich der Winkelgeschwindigkeit der Welle ist.
Wenn die Winkelgeschwindigkeit der Welle einen vorbestimmten Grenzwert
unterschreitet, erreicht das Ende der Parabel den Abgabepunkt nicht,
und daher wird nicht genügend
gepumptes Öl
zur Schmierung vorhanden sein (EP-A-0 433 215). Die Menge an gepumptem Öl hängt auch
von der erforderlichen Förderhöhe ab, bei der
es sich um die Höhe
handelt, die zwischen dem Ölpegel
im Sumpf und dem Auslaß des Öls am Abgabepunkt
festgelegt ist.
-
Um
während
des Betriebs des Verdichters bei niedrigen Drehzahlen eine wirksame
Schmierung der beweglichen Teile zu gewährleisten, werden einige bekannte
Techniken eingesetzt.
-
Eine
der Techniken zur Gewährleistung
des zur Schmierung der beweglichen Teile des Verdichters benötigten Ölvolumens
besteht darin, eine Bauart zu verwenden, welche vorsieht, das System
aus Pleuelstange und Kurbelwelle unterhalb des Elektromotors anzuordnen.
In diesem Fall liegt eine merkliche Verringerung der Förderhöhe vor,
die zwischen dem Ölpegel
im Sumpf und dem Schmieröl-Abgabepunkt
(bei dem es sich in diesem Fall um das System aus Pleuelstange und
Kurbelwelle selbst handeln kann) notwendig ist.
-
Eine
andere solche Technik verwendet eine zweistufige Ölpumpe,
um eine ausreichende Schmierung der Lager bei langsamerer Drehgeschwindigkeit
sicherzustellen (US-A-5 176 508).
-
Wieder
eine andere Technik zum Verringern der Höhe zwischen dem Ölpegel und
dem Abgabepunkt für
das Schmieröl
(Förderhöhe) besteht
darin, dem Sumpf Öl
zuzuführen,
um auf diese Weise seinen Pegel zu erhöhen und folglich die zu überwindende
Förderhöhe zu verringern.
-
Die
Schmierung der beweglichen Teile kann auch dadurch sichergestellt
werden, daß die
Mindestdrehzahl, mit der die Welle betrieben wird, begrenzt wird,
um sicherzustellen, daß eine
unverzichtbare Mindestölmenge
stets die gewünschte
Höhe erreicht.
-
Die
Verwendung der Bauart, bei der das mechanische System unterhalb
des Verdichtergehäuses
angeordnet ist (Motor im oberen Teil), hat den Nachteil, daß die Spulen
des Elektromotors keinen direkten Kontakt mit dem Öl im Sumpf
haben (Eintauchen) und daher die Kühlung der Spulen weniger effizient
ist. Die schlechte Kühlung
des Motors kann eine Verschlechterung seiner Isolier- und Leitmaterialien
verursachen. Ein anderer Nachteil dieser Technik besteht darin,
daß das
mechanische System durch die Bewegung der Welle eine Turbulenz des Öls im Sumpf
verursachen kann, die während
des Betriebes zu einer Geräuschentwicklung
führen kann.
-
Ein
Nachteil der Verwendung der Technik zur Erhöhung des Ölpegels im Verdichtersumpf
sind die höheren
Kosten der Zugabe von mehr Öl.
Ein anderer Nachteil der Erhöhung
des Ölpegels
ist mit der Möglichkeit
verbunden, daß dieses Öl während des Verdichterbetriebes
mit der Unterseite des Rotors in Kontakt kommt, was eine Verwirbelung
und Schaumbildung des Schmieröls
bewirkt. Diese Schaumbildung verursacht eine Störung der Schmierung und erhöht den Energieverbrauch
des Verdichterbetriebs.
-
Die
Technik zur Begrenzung der Mindestdrehzahl, mit der die Welle betrieben
wird, um zu gewährleisten,
daß eine
unverzichtbare Mindestölmenge
stets eine gewünschte
Höhe erreicht,
hat als zwangsläufigen
Nachteil die Begrenzung des Drehzahlbereichs, in dem der Verdichter
betrieben werden kann.
-
Offenbarung
der Erfindung
-
Daher
ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, noch einen weiteren
hermetischen Kolbenverdichter bereitzustellen, bei dem unabhängig von
der Positionierung seiner Motoranordnung im Inneren des Gehäuses eine
ausreichende Schmierung der beweglichen Teile des Verdichters, die
eine Schmierung benötigen,
selbst bei niedrigen Drehzahlen erfolgt, ohne daß eine Erhöhung des Ölpegels im Sumpf, der am Boden
des Verdichtergehäuses
festgelegt ist, erfolgen müßte, oder
zusätzliche
Teile, außer
den bereits im Pumpensystem des Verdichters vorhandenen, verwendet
werden müßten.
-
Dieses
Ziel und weitere Ziele werden durch einen hermetischen Kolbenverdichter
der eingangs erwähnten
Art erreicht, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der mindestens eine Axialkanal
der Ölleitung zumindest über einen
Teil seiner Längserstreckung geradlinig
ausgebildet ist.
-
Die
vorliegende Erfindung hat die Vorteile, daß der Zentrifugier-Innenradius
und damit die Schmierleistung selbst bei niedrigen Drehzahlen des Motors
erhöht
wird, ohne zusätzliche
Teile oder bauliche Veränderungen
an der Ölpumpe
zu erfordern.
-
Vorteilhafte
Ausführungsformen
des hermetischen Kolbenverdichters gemäß der Erfindung sind in den
abhängigen
Ansprüchen
dargelegt.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben. Es zeigen:
-
1 schematisch
und in einer Längsschnittdarstellung
einen Teil eines Kolbenverdichters, bei dem eine rohrförmige vertikale
Welle an einem Zylinderblock montiert ist und eine Ölpumpe trägt, in einer
Bauweise gemäß dem Stand
der Technik;
-
2 schematisch
und in einer Längsschnittdarstellung
einen Teil der rohrförmigen,
vertikalen Welle des Verdichters in einer Bauweise nach der vorliegenden
Erfindung, und
-
3 schematisch
und in einer Querschnittdarstellung die rohrförmige, vertikale Welle des
Verdichters in einer Bauweise nach der vorliegenden Erfindung.
-
Beste Weise
zur Ausführung
der Erfindung
-
Gemäß 1 umfaßt ein hermetischer
Verdichter mit einer vertikalen Welle ein hermetisches Gehäuse 1,
das an seinem Boden einen Schmierölsumpf 2 festlegt
und folgendes aufnimmt: einen Zylinderblock 3, der ein
Lager 4 zum Lagern der rohrförmigen, vertikalen Welle 5 aufweist,
an der an einem Abschnitt der Welle unterhalb des Lagers 4 ein
Elektromotor-Rotor 6 montiert ist, der Magnete 7 trägt, und
ferner noch einen Stator 8, der am Zylinderblock 3 befestigt
ist, umfaßt.
-
Die
rohrförmige,
vertikale Welle 5 trägt
an ihrem unteren Abschnitt eine Ölpumpe 9,
deren unteres Ende in die Ölmasse
eingetaucht ist, die im Schmierölsumpf 2 vorgesehen
ist. Während
der Drehung der rohrförmigen,
vertikalen Welle 5 wird das Öl aus dem Schmierölsumpf 2 durch
einen im Inneren der rohrförmigen,
vertikalen Welle 5 festgelegten Ölkanal durch Zentrifugieren
nach oben, zu einem Radialmittelkanal 5a geleitet, der
im Körper
der rohrförmigen,
vertikalen Welle 5 im Bereich des Lagers 4 durch
die Seitenwand der rohrförmigen,
vertikalen Welle 5 vorgesehen ist. Das Schmieröl, das von
der Ölpumpe 9 bei
Drehung des Rotors 6 und der rohrförmigen, vertikalen Welle 5 gepumpt
wird und den Radialmittelkanal 5a erreicht, wird auf die
beweglichen Teile des Verdichters, die vom Schmierölsumpf 2 des Verdichters
beabstandet sind, verteilt.
-
Bei
diesen Verdichtern ist die Pumpleistung abhängig von der Beziehung zwischen
einem kleineren Durchmesser des unteren Endes der Ölpumpe 9, das
in den Schmierölsumpf 2 eingetaucht
ist, und einem größeren Durchmesser,
der durch den Innendurchmesser der rohrförmigen, vertikalen Welle 5 festgelegt
ist. Je näher
diese Werte beieinander liegen, desto geringer ist die Schmierleistung
der Ölpumpe,
wie dies bereits zu Beginn dieser Beschreibung erörtert wurde.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird die Verbesserung der Pumpleistung durch Vergrößern des
Unterschiedes zwischen dem kleinsten Radius der Ölzufuhr, der am unteren Ende
der Ölpumpe 9 festgelegt
ist, und einem größeren Radius mit
einem maximalen Wert relativ zur Ölpumpenachse erhalten. Dieser
größere Radius
wird durch Einbringen mindestens eines Axialkanals 10 zur Ölführung erreicht,
der radial nach außen
zu einer inneren Seitenfläche
der rohrförmigen,
vertikalen Welle 5 hin angeordnet ist, wobei zumindest
ein Teil seiner Längserstreckung
im wesentlichen geradlinig ausgebildet ist und entlang einer vorbestimmten
Längserstreckung
der rohrförmigen,
vertikalen Welle 5 verläuft,
und der eine untere Düse 9a zur Ölzufuhr
an die Ölpumpe 9 mit
dem Radialmittelkanal 5a verbindet.
-
Durch
diese Radiusvergrößerung kann
das Pumpen des Öls
bis zu der Höhe,
in der sich der Radialmittelkanal 5a befindet, bei einer
niedrigeren Drehzahl des Motors erfolgen. Dadurch kann der Verdichter
bei niedrigeren Drehzahlen arbeiten, als sie üblicherweise für den gleichen Ölpumpvorgang
zum Radialmittelkanal 5a erforderlich sind.
-
Das Ölpumpen,
das sich aus der Drehung der rohrförmigen, vertikalen Welle 5 ergibt,
legt eine Ölverteilungskurve
in Form eines Paraboloids fest, das durch Zentrifugieren erzeugt
wird und dessen Höhe
proportional zum Quadrat des kleinsten Zentrifugierradius ist, der
in der Bahn vom Ölpegel
im Sumpf bis zum Radialmittelkanal 5a vorliegt.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist bei jedem Axialkanal 10 zumindest ein wesentlicher
Teil seiner Längserstreckung
zwischen einem unteren Ende 11, das in das von der Ölpumpe 9 gepumpte Öl eingetaucht
ist, wenn diese betrieben wird, und einem oberen Ende 12,
das sich zu einem entsprechenden Radialmittelkanal 5a hin öffnet, angeordnet.
-
Das
untere Ende 11 ist in der rohrförmigen, vertikalen Welle 5 so
angeordnet, daß es
zur Innenseite der Ölpumpe 9 hin
geöffnet
ist, insbesondere zum unteren Ende der rohrförmigen, vertikalen Welle 5,
das während
der Drehung der rohrförmigen,
vertikalen Welle 5 in das Schmieröl eingetaucht ist.
-
Bei
der bevorzugten dargestellten Lösung (2 und 3)
ist die rohrförmige,
vertikale Welle 5 mit einem einzigen Axialkanal 10 versehen,
der z. B. nach oben hin von der Achse der rohrförmigen, vertikalen Welle 5 von
deren unterem Ende 11 abläuft und in Form eines halbrohrförmigen Querschnitts
von der Innenseitenfläche
der rohrförmigen,
vertikalen Welle 5 erzeugt wird. Abhängig von der Neigung weist
die Nut, welche den Axialkanal 10 festlegt, eine vom unteren
Ende 11 des Axialkanals 10 aus veränderliche,
anwachsende Tiefe auf. Durch die Bereitstellung eines Axialkanals 10,
der im Bereich der rohrförmigen
vertikalen Welle 5 eine Vergrößerung ihres Innenradius bewirkt,
hat die Ölverteilungskurve eine
Höhe, die
ausreicht, um den Radialmittelkanal 5a auch bei niedrigen
Drehzahlen zu erreichen.
-
Die
Radiusvergrößerung kann
auch mittels axialer Schlitze erreicht werden, die radial nach außen zur
Innenseitenfläche
der rohrförmigen,
vertikalen Welle 5 hin in deren Wanddicke und entlang deren
Längserstreckung
parallel zu ihrer Achse oder auch von dieser abweichend und mit
einem Querschnitt erzeugt werden, der sich von dem hier beschriebenen
unterscheidet, ohne die Wirksamkeit der Ölleitung zu verändern.