EP2185819A1 - Kältemittelkompressor - Google Patents

Kältemittelkompressor

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EP2185819A1
EP2185819A1 EP08774425A EP08774425A EP2185819A1 EP 2185819 A1 EP2185819 A1 EP 2185819A1 EP 08774425 A EP08774425 A EP 08774425A EP 08774425 A EP08774425 A EP 08774425A EP 2185819 A1 EP2185819 A1 EP 2185819A1
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EP
European Patent Office
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electric drive
drive unit
height
compressor
refrigerant
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EP08774425A
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English (en)
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Meinhard Falch
Franz Leitgeb
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ACC Austria GmbH
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Definitions

  • the present invention relates to a refrigerant compressor comprising an electric drive unit, a cylinder housing, a crankshaft driven by the electric drive unit, and a crankshaft driven in the
  • the present invention further relates to a family of refrigerant compressors of different refrigerating capacity, each refrigerant compressor comprising an electric drive unit, a cylinder housing, a crankshaft driven by the electric drive unit, and a cylinder-driven, refrigerant-compressing piston driven by the crankshaft the electric drive unit of each refrigerant compressor of the family depending on the cooling capacity has a different height.
  • Such refrigerant compressors are well known and are mainly used in the household sector, such as refrigerators or freezers. They are arranged in a hermetically sealed outer housing and part of a refrigerant circuit in which the refrigerant compressor compresses a gaseous refrigerant which is supplied from an evaporator of the piston / cylinder unit. When compressing the refrigerant pressure and temperature increase. As a result, the refrigerant is transferred in a condenser in the liquid state and finally fed through an expansion valve to the evaporator, where it evaporates again. The necessary heat of vaporization is removed from the environment or a cold room, which is thereby cooled. Finally, the gaseous refrigerant from the evaporator is returned to the piston / cylinder unit and undergoes a new compression and expansion cycle.
  • refrigerant compressors with different cooling capacities are offered.
  • the component which essentially determines the cooling capacity of a refrigerant compressor is the electric drive used.
  • the displacement and thus the piston size vary as well as the hub itself and thus contribute to different cooling capacities.
  • the overall height of a refrigerant compressor is essentially determined by the height of the electric drive unit and the height of the mounted on the electric drive unit cylinder housing. While the overall height of the cylinder housing is kept constant in general and only the cylinder diameter and the cylinder stroke varies slightly depending on the cooling capacity, the height of the electric drive unit varies significantly depending on the cooling capacity.
  • the electric drive unit is usually a single-phase asynchronous motor, which consists of a rotor and a stator together with winding packages, wherein the stator is formed as a laminated core, which significantly affects the height of the electric drive unit, as will be explained in more detail below .
  • the refrigerant compressor itself is arranged in a hermetically sealed outer housing, into which a suction line opens, which leads the refrigerant to the cylinder, and from which a pressure line leads away, which conducts the compressed refrigerant to the condenser. Furthermore, there is a connection flange for electrical lines on the hermetically sealed housing to supply the drive unit with electricity inside.
  • an oil sump for lubricating the moving parts of the refrigerant compressor.
  • the oil is conveyed to the lubrication points due to the rotation of the crankshaft itself, which for this purpose has two sections provided with different oil conveying means (oil delivery spindle, eccentric bore).
  • compressor family Several refrigerant compressors with a large number of identical components are referred to as the compressor family.
  • the individual members of a compressor family differ from each other by the cooling capacity and / or by the efficiency and thus mainly by the electric drive unit used.
  • Outer housing, crankshaft, cylinder housing, etc. are therefore identical or nearly identical (exceptions: cylinder bore diameter, stroke, and various mounting exemptions), to allow economic production.
  • the height compensation elements In addition to maintaining the overall height of the refrigerant compressors within a family of compressors, however, the height compensation elements also allow to always use identical crankshafts for each member of a compressor family by keeping the cylinder housing, which has the main bearing for the crankshaft always equidistant from the bottom of the outer casing , regardless of the height of the between cylinder housing and bottom of the outer housing arranged electric drive unit. Thus, the same length crankshafts can always be used. Without the height compensation, shorter crankshafts would have to be used due to the smaller distance between the cylinder housing and the bottom of the outer housing in refrigerant compressors with smaller electric drive units.
  • the main bearing in particular the lower main bearing has to be sufficiently high inside the housing for housing the larger electric drive unit, between main bearings of the crankshaft and oil sump.
  • the located below the lower main bearing portion of the crankshaft must therefore have sufficient length to still be able to immerse in the oil sump at the bottom of the outer housing in order to promote the oil to the lubrication points.
  • a refrigerant compressor with an electric drive unit, a cylinder housing, driven by the electric drive unit crankshaft and driven by the crankshaft, guided in the cylinder housing, the refrigerant-compressing piston that between the cylinder housing and the electric drive unit at least one height compensation element is arranged.
  • the cylinder housing has at least one contact flange, which is fastened to at least one corresponding contact surface of the electric drive unit, wherein the at least one height compensation element is arranged between the contact flange and the contact surface.
  • the electric drive unit is a single-phase synchronous motor and in the contact area around the laminated core of the stator of the single-phase synchronous motor.
  • each refrigerant compressor of the compressor family in a compressor family, each refrigerant compressor of the compressor family, an electric drive unit, a cylinder housing, driven by the electric drive unit crankshaft and driven by the crankshaft , guided in the cylinder housing, the refrigerant-compressing piston comprises and wherein the electric drive unit of each refrigerant compressor of the compressor family depending on the cooling capacity and efficiency from the height of the electric drive unit and from the height of the cylinder housing (without height compensation elements) composed different height, is provided that at least one height compensation element angeor between the electric drive unit and the cylinder housing of each refrigerant compressor dnet is.
  • the distance between the lower edge of the height defining portion of the electric drive and the axis of the cylinder housing in each compressor can be set substantially identical and the overall height can be kept constant and it is possible to grow the electric drive unit up toward the cylinder housing and at the same time the main camp as deep as possible in the vicinity to arrange the oil sump.
  • the dimensioning of the main bearing length can then take place in this case due to the largest electric drive unit and so the bearing load and friction losses are minimized within a compressor family.
  • the section defining the overall height of the electric drive is the height of the laminated core of the stator.
  • Fig.l a refrigerant compressor according to the prior art in isometric view
  • FIG. 5 shows a schematic view of a refrigerant compressor according to the prior art according to Figure 3
  • FIG 6 shows a schematic view of a refrigerant compressor according to the prior art according to FIG 7 shows a crankshaft in detail
  • FIG. 8 shows a schematic view of a refrigerant compressor according to the invention with a small drive unit
  • FIG. 9 shows a schematic view of a refrigerant compressor according to the invention with a larger drive unit
  • FIG. 10 shows an isometric view of a refrigerant compressor according to the invention
  • FIG. 11 is an isometric view of a height compensation element according to the invention
  • Fig. 14 is an isometric view of an alternative embodiment of a height compensation element according to the invention.
  • Fig. 1 shows a refrigerant compressor according to the prior art in an isometric view consisting of a cylinder housing 1 and an electric drive unit, of which in Fig.l the laminated core 2 and the winding heads 3a, 3b are shown schematically, and height compensation elements of which the spiral spring elements 4th are visible, which also serve for an elastic storage of the refrigerant compressor.
  • the outer housing in Fig.l was not drawn.
  • the cylinder housing 1 has a plurality of contact flanges 5, which extend in the direction of the crankshaft axis 6 and stand up on the Bleckbeck 2. Cylinder housing 1 and laminated core 2 are not fixed to each other in Fig.l screws connected to each other, which penetrate from below the laminated core 2 and end present in the Aufstandflanschen 5, having a threaded holes.
  • FIG. 2 shows a sectional view of a refrigerant compressor according to Fig.l including the outer housing 10, which is composed of two hermetically sealed housing halves 10a, 10b. 2 also shows the crankshaft 11 which drives the piston 12 via a connecting rod 13.
  • the crankshaft 11 is mounted in a section of the cylinder housing 1 designated as the main bearing 14 and is preferably fastened to a rotor 15 of the electric drive unit by means of a press fit.
  • FIG. 2 shows a connection flange 16 fastened to the outer housing 10 for electrical lines, a suction muffler 17 arranged on the cylinder head and support feet 19, which serve for fixing the outer housing 10 to an external contact area.
  • FIG. 3 shows a sectional view of a prior art refrigerant compressor with the upper half of the outer case 10a omitted. Well visible now are the holes 7 in the laminated core 2 and in the risers 5, and the screws extending therein, which serve to connect the laminated core 2 and the cylinder housing 1.
  • the overall height Hi of the refrigerant compressor is composed of the height H z i of the cylinder housing 1, which extends from the lowermost end of the contact flanges 5 to the piston axis 24, and the height of the electric drive unit, which is determined by the height H. e i of the laminated core 2, which is why subsequently laminated core and electric drive unit are used synonymously.
  • the outer housing 10 is matched to the refrigerant compressor such that the upper housing half 10a runs just above the cylinder housing 1 and runs down in the region of the electrical connection flange 16 in the direction of the same.
  • the outer housing of a compressor family is always dimensioned after that refrigerant compressor with the greatest power.
  • height compensation elements are provided, for example in the form of support elements 8 and 9, which are surrounded by a spiral spring element 4, which are arranged below the electric drive unit 2, for example, on the underside of the laminated core 2 and on which the refrigerant compressor superimposed.
  • the height of a height compensation element is thus composed of the total height of the support elements 8, 9, including the surrounding spiral spring element 4, which is set under load by the refrigerant compressor.
  • FIG. 4 shows a refrigerant compressor of the same type as in the prior art but with a lower cooling capacity. This is recognizable on the one hand at the lower height H e2 of the laminated core 2 and the lower due to the different bore diameter height H z2 of the cylinder housing 1 and thus a lower overall height H 2 .
  • height compensation elements constructed of the support elements 8,9 and the spiral spring elements 4, of the same type as described in Fig. 3, are provided, but with the difference that they have a greater height H h2 than the height H h i of the height compensation elements forming components 4, 8, 9 in Figure 3.
  • FIG. 5 shows a purely schematic view of a prior art refrigerant compressor according to FIG. 3 with the largest electric drive unit 2 of a compressor family and FIG. 6 with the smallest electric drive unit 2 of the same compressor family.
  • main bearing length H L and bearing width B L are identical in both cases, so that the larger electric drive unit 2 of Figure 5 reduces the distance between the compressor and the oil sump 19, since the total height H Ges of the refrigerant compressor so limited by the height of the outer housing is.
  • the main bearing length H L of this compressor could be increased and thus the bearing load can be reduced or retained the bearing load but the friction losses can be reduced.
  • the press fit length P L of the attachment of the rotor 15 to the crankshaft 11 would then be smaller in this case, but would still be sufficiently dimensioned or in other words the press fit length P L in Figure 5 is unnecessarily large and it would be advantageous the main bearing length H. L to increase the bearing forces and to achieve smaller friction losses. If, however, the main bearing length H L were to be increased, the required smallest possible interference fit length P L min could not be maintained for smaller compressors of the same compressor family as shown in FIG.
  • the oil head H oe i (without immersion depth E t ) to the lower main bearing 18 is therefore unnecessarily high in known refrigerant compressors to provide space for the largest electric drive unit 2 a compressor family, although, as shown in Figure 6, the lower main bearing 18th could be arranged closer towards oil sump 19.
  • Fig.7 shows, for better understanding, a crankshaft in
  • the oil between ⁇ leinhoffsbohrung 21 and lower main bearing 18 is conveyed via an eccentric bore within the crankshaft 11, wherein the delivery height, ie the distance between the oil inlet bore 21 and main bearing 18 is limited and depends inter alia on the diameter of the crankshaft 11.
  • FIGS. 5 and 6 show purely schematically a refrigerant compressor according to the invention, which differs from the prior art refrigerant compressors shown in FIGS. 5 and 6 in that at least one height compensation element 26 according to the invention is arranged between the cylinder housing 1 and the electric drive unit 2 and the compressor bearing elements 25 in each refrigerant compressor of the same family of compressors are always identical in terms of their height H h3 , so that the distance between the lower Surface of the stator 2 to the bottom of the outer housing 10 is always the same.
  • the height compensation elements 26 are provided.
  • Such a refrigerant compressor according to the invention can only grow upward due to the arrangement of the height compensation elements 26, ie. a larger electric drive unit 2 does not reduce the distance between the lower surface of the stator core 2 and the bottom of the outer housing 10.
  • FIG. 9 also shows purely schematically such a refrigerant compressor with the largest electric drive unit of a compressor family.
  • Height compensation elements 26 are not provided in this case, since the larger electric drive unit 2 has bridged this distance and grown upwards.
  • the lower main bearing 18 can therefore be arranged as far as possible in the outer housing 11, since only care must be taken that the compressor during operation, especially when starting does not touch the outer housing wall 10.
  • the main bearing length H L can be dimensioned on the basis of the largest electric drive unit 2 as shown in FIG. 9, since the press fit length P L is always the same regardless of the size of the electric drive unit 2.
  • the bearing load of each compressor of a compressor family can be reduced.
  • 10 shows an isometric view of a refrigerant compressor according to the invention, including height compensation elements 26, of which one can be seen by way of example in FIG. 11 in a detailed view. It can be seen from the above that the height compensation element 26 shown by way of example in FIG. 11 can have a different shape and that the illustrated shape is only one of many possible embodiments. An alternative embodiment, for example, Fig.12 or Fig.14.
  • FIG. 13 shows a sectional view through an inventive height compensation element 26 in the mounted position.
  • Fig. 14 shows an isometric view of an alternative embodiment of an inventive
  • Height compensation element 26 without bore but with clearance for receiving the connecting screw.

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Abstract

Kältemittelkompressor umfassend eine elektrische Antriebseinheit (2), ein Zylindergehäuse (1), eine von der elektrischen Antriebseinheit antreibbare Kurbelwelle (11) und einen von der Kurbelwelle (11) angetriebenen, im Zylindergehäuse (1) geführten, das Kältemittel verdichtenden Kolben (12). Um die Hauptlagerlänge so groß wie möglich dimensionieren zu können, ist vorgesehen, dass zwischen Zylindergehäuse (1) und elektrischer Antriebseinheit (2) mindestens ein Höhenausgleichselement (26) angeordnet ist.

Description

KALTEMITTELKOMPRESSOR
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kältemittelkompressor umfassend eine elektrische Antriebseinheit, ein Zylindergehäuse, eine von der elektrischen Antriebseinheit antreibbare Kurbelwelle und einen von der Kurbelwelle angetriebenen, im
Zylindergehäuse geführten, das Kältemittel verdichtenden Kolben .
Die vorliegende Erfindung bezieht sich des weiteren auf eine Familie von Kältemittelkompressoren unterschiedlicher Kälteleistung, wobei jeder Kältemittelkompressor eine elektrische Antriebseinheit, ein Zylindergehäuse, eine von der elektrischen Antriebseinheit antreibbare Kurbelwelle und einen von der Kurbelwelle angetriebenen, im Zylindergehäuse geführten, das Kältemittel verdichtenden Kolben umfasst, wobei die elektrische Antriebseinheit eines jeden Kältemittelkompressors der Familie in Abhängigkeit der Kälteleistung eine unterschiedliche Bauhöhe aufweist.
Stand der Technik
Solche Kältemittelkompressoren sind hinlänglich bekannt und kommen vorwiegend im Haushaltsbereich, beispielsweise Kühlschränken oder Gefriertruhen zum Einsatz. Sie sind in einem hermetisch abgedichteten Außengehäuse angeordnet und Teil eines Kältemittelkreislaufes, in welchem der Kältemittelkompressor ein gasförmiges Kältemittel verdichtet, das aus einem Verdampfer der Kolben/Zylindereinheit zugeführt wird. Beim Verdichten des Kältemittels steigen Druck und Temperatur an. In der Folge wird das Kältemittel in einem Kondensator in den flüssigen Zustand übergeführt und schließlich durch ein Expansionsventil dem Verdampfer zugeführt, wo es wieder verdampft. Die hierzu notwendige Verdampfungswärme wird der Umgebung bzw. einem Kühlraum entzogen, der dadurch gekühlt wird. Schließlich wird das gasförmige Kältemittel aus dem Verdampfer wieder der Kolben/Zylindereinheit zugeführt und durchläuft einen neuen Verdichtungs- und Expansionszyklus.
Je nach Anforderungen werden solche Kältemittelkompressoren mit unterschiedlichen Kälteleistungen angeboten. Der die Kälteleistung eines Kältemittelkompressors wesentlich bestimmende Bauteil ist dabei der zum Einsatz kommende elektrische Antrieb. Je größer die Kälteleistung, desto größer ist die Bauhöhe des zum Einsatz kommenden elektrischen Antriebs. Aber auch der Hubraum und damit die Kolbengröße variieren sowie der Hub selbst und tragen somit zu unterschiedlichen Kälteleistungen bei.
Die Gesamtbauhöhe eines Kältemittelkompressors wird im wesentlichen bestimmt durch die Bauhöhe der elektrischen Antriebseinheit und die Bauhöhe des auf der elektrischen Antriebseinheit befestigten Zylindergehäuses. Während die Bauhöhe des Zylindergehäuses in der Regel konstant gehalten wird und nur der Zylinderdurchmesser und der Zylinderhub in Abhängigkeit der Kälteleistung geringfügig variiert, variiert die Bauhöhe der elektrischen Antriebseinheit in Abhängigkeit der Kälteleistung merkbar. Bei der elektrischen Antriebseinheit handelt es sich in der Regel um einen Einphasenasynchronmotor, der aus einem Rotor und einem Stator samt Wicklungspaketen besteht, wobei der Stator als Blechpaket ausgebildet ist, das die Bauhöhe der elektrischen Antriebseinheit wesentlich beeinflusst, wie in weiterer Folge noch detaillierter ausgeführt wird. Der Kältemittelkompressor selbst ist in einem hermetisch dichten Außengehäuse angeordnet, in welches eine Saugleitung mündet, die das Kältemittel zum Zylinder führt, sowie von welchem eine Druckleitung wegführt, die das verdichtete Kältemittel zum Kondensator leitet. Des weiteren befindet sich am hermetisch dichten Gehäuse ein Anschlussflansch für elektrische Leitungen um die Antriebseinheit im Inneren mit Strom zu versorgen.
Am Boden eines betriebsbereiten Außengehäuses befindet sich ein Ölsumpf zur Schmierung der beweglichen Teile des Kältemittelkompressors. Die Ölförderung zu den Schmierstellen erfolgt aufgrund der Drehung der Kurbelwelle selbst, die zu diesem Zwecke zwei mit unterschiedlichen Ölfördermitteln (Ölförderspindel, exzentrische Bohrung) versehene Abschnitte aufweist .
Mehrere Kältemittelkompressoren mit einer Vielzahl an identischen Bauteilen werden als Kompressorfamilie bezeichnet. Die einzelnen Mitglieder einer Kompressorfamilie unterscheiden sich untereinander durch die Kälteleistung und/oder durch den Wirkungsgrad und somit hauptsächlich durch die zum Einsatz kommende elektrische Antriebseinheit. Außengehäuse, Kurbelwelle, Zylindergehäuse, etc. sind somit identisch bzw. nahezu identisch (Ausnahmen: Zylinderbohrungsdurchmesser, Hub, sowie diverse Montagefreistellungen) , um eine wirtschaftliche Erzeugung zu ermöglichen.
Bei bekannten Kältemittelkompressoren mit unterschiedlicher Kälteleistung würde sich innerhalb einer Kompressorfamilie somit aufgrund der unterschiedlichen Bauhöhen der elektrischen Antriebseinheiten jeweils eine unterschiedliche Gesamthöhe jedes einzelnen Kältemittelkompressoren ergeben. Dies würde bei kleinen elektrischen Antriebseinheiten dazu führen, dass das auf der elektrischen Antriebseinheit angeordnete Zylindergehäuse tiefer im Außengehäuse angeordnet wäre und die Gefahr bestünde, dass sich die Gesamtbauhöhe so stark verringert, dass der Kältemittelkompressor im Außengehäuse umfallen oder zumindest kippen könnte, was wiederum zur Folge hätte, dass auch das Außengehäuse entsprechend verkleinert werden müsste, was aus den erwähnten wirtschaftlichen Gründen nicht akzeptabel ist.
Aus dem Stand der Technik ist es daher bekannt,
Höhenausgleichselemente vorzusehen, welche die unterschiedlichen Bauhöhen der elektrischen Antriebseinheiten von Kältemittelkompressoren einer Kompressorfamilie ausgleichen, um die Gesamtbauhöhe der einzelnen Kältemittelkompressoren konstant zu halten und stets das gleiche Außengehäuse verwenden zu können.
Bei diesen bekannten Höhenausgleichselementen handelt es sich in der Regel um an der Unterseite des Blechpaktes angebrachte Auflagerelemente samt Federn, die je nach Bauhöhe des Blechpaktes unterschiedliche Höhen aufweisen. Je kleiner die zum Einsatz kommende elektrische Antriebseinheit nun ist, desto insgesamt höher müssen die Höhenausgleichselemente ausgebildet sein, um die Gesamtbauhöhe des Kältemittelkompressors im wesentlichen konstant zu halten, wobei sowohl Federn als auch Auflagerelemente in deren Bauhöhe variieren können, um die Gesamthöhe der Höhenausgleichselemente zu verändern.
Neben der Beibehaltung der Gesamthöhe der Kältemittelkompressoren innerhalb einer Kompressorenfamilie ermöglichen es die Höhenausgleichselemente aber auch, stets identische Kurbelwellen für jedes Mitglied einer Kompressorfamilie verwenden zu können, indem sie das Zylindergehäuse, welches das Hauptlager für die Kurbelwelle aufweist stets in gleichem Abstand zum Boden des Außengehäuses halten, unabhängig von der Höhe der zwischen Zylindergehäuse und Boden des Außengehäuses angeordneten elektrischen Antriebseinheit. Somit können stets gleichlange Kurbelwellen zum Einsatz kommen. Ohne den Höhenausgleich müssten aufgrund des geringeren Abstandes zwischen Zylindergehäuse und Boden des Außengehäuses bei Kältemittelkompressoren mit kleineren elektrischen Antriebseinheiten auch kürzere Kurbelwellen zum Einsatz kommen.
Unter diesen Randbedingungen versucht man stets bei der Dimensionierung eines Kältemittelkompressors die Dimensionierung der Hauptlagerlänge so vorzunehmen, dass diese so lange wie möglich ausgebildet ist, um die Lagerbelastung so gering wie möglich zu halten. Ebenso wie bei der gesamten Kurbelwelle gilt auch bei der Hauptlagerlänge, dass innerhalb einer Kompressorfamilie aus wirtschaftlichen Gründen die gleiche Hauptlagerlänge vorgesehen ist, so dass die Bearbeitung des Hauptlagers bei jeder Kurbelwelle einer Kompressorfamilie auf die gleiche Art und Weise erfolgen kann.
Als nachteilig dabei hat sich bei bekannten Kältemittelkompressoren bzw. Kompressorfamilien mit unterhalb der elektrischen Antriebseinheit angeordneten Höhenausgleichselementen jedoch erwiesen, dass aufgrund der Tatsache, dass die elektrische Antriebseinheit nur nach unten in Richtung des Bodens des Außengehäuses wachsen kann, die Hauptlagerlänge nur begrenzt dimensionierbar ist und beim jeweils größten Kompressor einer Kompressorfamilie zwar eine größere Hauptlagerlänge theoretisch möglich wäre, diese aber bei einem Kompressor derselben Kompressorfamilie mit kleinerer elektrischer Antriebseinheit zu wenig Raum an der Kurbelwelle für den Schrumpfsitz zwischen Kurbelwelle und Rotor freilassen würde .
Somit kann, obwohl wünschenswert und bei größeren elektrischen Antriebseinheiten auch prinzipiell möglich, das Hauptlager nicht noch weiter verlängert werden und damit die Lagerbelastung nicht noch weiter gesenkt werden.
Gleichzeitig, da bekannte Kältemittelkompressoren einer Kompressorfamilie nur nach unten wachsen können, muss für die Unterbringung der größeren elektrischen Antriebseinheit, zwischen Hauptlager der Kurbelwelle und Ölsumpf, auch das Hauptlager, insbesondere das untere Hauptlager ausreichend hoch innerhalb des Gehäuses angeordnet werden. Der sich unterhalb des unteren Hauptlager befindliche Abschnitt der Kurbelwelle muss daher ausreichende Länge aufweisen, um dennoch in den Ölsumpf am Boden des Außengehäuses eintauchen zu können, um das Öl an die Schmierstellen zu fördern.
In diesem unteren Abschnitt der Kurbelwelle erfolgt jedoch die Ölförderung aufgrund einer exzentrischen Bohrung in der Kurbelwelle, in welcher das Öl aus dem Ölsumpf aufgrund der Drehung der Kurbelwelle in Richtung Lagerabschnitt wandert. Die Förderleistung der exzentrischen Bohrung nimmt jedoch mit zunehmender Länge der exzentrischen Bohrung ab, so dass es hier bei besonders großen und damit hohen elektrischen Antriebseinheiten, zur Beeinträchtigung der Ölversorgung des Lagerabschnittes der Kurbelwelle sowie des Pleuels samt Kolben kommen kann.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden und einen Kältemittelkompressor der eingangs erwähnten Art vorzusehen, der unabhängig von der Bauhöhe der zum Einsatz kommenden elektrischen Antriebseinheit eine stabile Ölversorgung der beweglichen Teile gewährleistet, indem die Pumphöhe zum Lagerabschnitt der Kurbelwelle stets so gering wie möglich gehalten wird.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Kompressorfamilie der eingangs erwähnten Art vorzusehen, bei welcher bei jedem Familienmitglied, unabhängig von der Kälteleistung, stets die größtmögliche Hauptlagerlänge, die sich an der größten zum Einsatz kommenden elektrischen Antriebseinheit orientiert, ausgeführt werden kann.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung einen Kältemittelkompressor der eingangs erwähnten Art vorzusehen, der unabhängig von der Bauhöhe der zum Einsatz kommenden elektrischen Antriebseinheit stets eine im wesentlichen konstante Bauhöhe aufweist.
Erfindungsgemäß wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 erreicht.
Dabei ist bei einem Kältemittelkompressor mit einer elektrischen Antriebseinheit, einem Zylindergehäuse, einem von der elektrischen Antriebseinheit antreibbaren Kurbelwelle und einem von der Kurbelwelle angetriebenen, im Zylindergehäuse geführten, das Kältemittel verdichtenden Kolben vorgesehen, dass zwischen Zylindergehäuse und elektrischer Antriebseinheit mindestens ein Höhenausgleichselement angeordnet ist. Dadurch ist es möglich, die elektrische Antriebseinheit nach oben in Richtung Zylindergehäuse wachsen zu lassen und gleichzeitig das Hauptlager so tief wie möglich in der Nähe des Ölsumpfes anzuordnen. Die Dimensionierung der Hauptlagerlänge kann in diesem Fall dann aufgrund der größten elektrischen Antriebseinheit erfolgen und so die Lagerbelastung bzw. die Verluste durch Reibung innerhalb einer Kompressorfamilie minimiert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung weist das Zylindergehäuse mindestens einen Aufstandsflansch auf, welcher an mindestens einer korrespondierenden Aufstandsfläche der elektrischen Antriebseinheit befestigt ist, wobei das mindestens eine Höhenausgleichselement zwischen dem Aufstandsflansch und der Aufstandsfläche angeordnet ist. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung handelt es sich bei der elektrischen Antriebseinheit um einen Einphasensynchronmotor und bei der Aufstandsfläche um das Blechpaket des Stators des Einphasensynchronmotors .
Aufstandsflansch, Aufstandsfläche und Höhenausgleichselement sind dabei bevorzugterweise mittels einer Verschraubung miteinander verbunden, die vorzugsweise in einer Bohrung oder in einer anderen Art von Freistellung des Höhenausgleichselementes geführt ist.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung wird des weiteren durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 6 gelöst, in dem bei einer Kompressorfamilie, wobei jeder Kältemittelkompressor der Kompressorfamilie eine elektrische Antriebseinheit, ein Zylindergehäuse, eine von der elektrischen Antriebseinheit antreibbare Kurbelwelle und einen von der Kurbelwelle angetriebenen, im Zylindergehäuse geführten, das Kältemittel verdichtenden Kolben umfasst und wobei die elektrische Antriebseinheit eines jeden Kältemittelkompressors der Kompressorfamilie in Abhängigkeit der Kälteleistung und des Wirkungsgrades eine sich aus der Bauhöhe der elektrischen Antriebseinheit sowie aus der Bauhöhe des Zylindergehäuses (ohne Höhenausgleichselemente) zusammensetzende unterschiedliche Bauhöhe aufweist, vorgesehen ist, dass zwischen der elektrischen Antriebseinheit und dem Zylindergehäuse eines jeden Kältemittelkompressors mindestens ein Höhenausgleichselement angeordnet ist. Dadurch kann der Abstand zwischen der Unterkante des die Bauhöhe definierenden Abschnittes des elektrischen Antriebs und der Achse des Zylindergehäuses bei jedem Kompressor im wesentlichen identisch eingestellt und die Gesamtbauhöhe konstant gehalten werden und es ist möglich, die elektrische Antriebseinheit nach oben in Richtung Zylindergehäuse wachsen zu lassen und gleichzeitig das Hauptlager so tief wie möglich in der Nähe des Ölsumpfes anzuordnen. Die Dimensionierung der Hauptlagerlänge kann in diesem Fall dann aufgrund der größten elektrischen Antriebseinheit erfolgen und so die Lagerbelastung und Reibungsverluste innerhalb einer Kompressorfamilie minimiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung handelt es sich bei dem die Bauhöhe des elektrischen Antriebs definierenden Abschnitt um die Höhe des Blechpakets des Stators .
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Im Anschluss erfolgt nun eine detaillierte Beschreibung der Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen. Dabei zeigt:
Fig.l einen Kältemittelkompressor gemäß dem Stand der Technik in isometrischer Ansicht
Fig.2 einen Kältemittelkompressor nach dem Stand der Technik in Schnittansicht
Fig.3 einen Kältemittelkompressor mit großer Kälteleistung und großer Antriebseinheit gemäß dem Stand der Technik
Fig.4 einen Kältemittelkompressor mit geringerer Kälteleistung, kleiner Antriebseinheit gemäß dem Stand der Technik
Fig.5 eine schematische Ansicht eines Kältemittelkompressors nach dem Stand der Technik gemäß Fig.3
Fig.6 eine schematische Ansicht eines Kältemittelkompressors nach dem Stand der Technik gemäß Fig.4 Fig.7 eine Kurbelwelle im Detail
Fig.8 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kältemittelkompressors mit kleiner Antriebseinheit
Fig.9 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kältemittelkompressors mit größerer Antriebseinheit
Fig.10 eine isometrische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kältemittelverdichters
Fig.11 eine isometrische Ansicht eines erfindungsgemäßen Höhenausgleichelementes
Fig.12 eine isometrische Ansicht eines erfindungsgemäßen Höhenausgleichelementes
Fig.13 eine Detailschnittansicht eines erfindungsgemäßen Höhenausgleichelementes
Fig.14 eine isometrische Ansicht einer alternativen Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Höhenausgleichelementes
Ausführungsbeispiel der Erfindung
Fig. 1 zeigt einen Kältemittelkompressor gemäß dem Stand der Technik in isometrischer Darstellung bestehend aus einem Zylindergehäuse 1 und einer elektrischen Antriebseinheit, von der in Fig.l das Blechpaket 2 sowie die Wickelköpfe 3a, 3b schematisch gezeichnet sind, sowie Höhenausgleichselemente von denen die Spiralfederelemente 4 sichtbar sind, welche auch für eine elastische Lagerung des Kältemittelkompressors dienen. Zwecks Übersichtlichkeit wurde das Außengehäuse in Fig.l nicht gezeichnet .
Das Zylindergehäuse 1 weist mehrere Aufstandsflansche 5 auf, welche sich in Richtung Kurbelwellenachse 6 erstrecken und auf dem Bleckpaket 2 aufstehen. Zylindergehäuse 1 und Blechpaket 2 sind über in Fig.l nicht ersichtliche Schrauben miteinander fix verbunden, die von unten das Blechpaket 2 durchdringen und in in den Aufstandflanschen 5 vorhandenen, eine Gewinde aufweisende Bohrungen enden.
Fig.2 zeigt eine Schnittansicht eines Kältemittelkompressors gemäß Fig.l samt Außengehäuse 10, welches sich aus zwei hermetisch dicht miteinander verbundenen Gehäusehälften 10a, 10b zusammensetzt. Fig.2 zeigt auch die den Kolben 12 über ein Pleuel 13 antreibende Kurbelwelle 11. Diese ist in einem als Hauptlager 14 bezeichneten Abschnitt des Zylindergehäuses 1 gelagert und an einem Rotor 15 der elektrischen Antriebseinheit vorzugsweise mittels Presssitz befestigt.
Des weiteren ist in Fig.2 ein am Außengehäuse 10 befestigter Anschlussflansch 16 für elektrische Leitungen ersichtlich, ein am Zylinderkopf angeordneter Saugschalldämpfer 17 sowie Aufstandsfüße 19, die zum Fixieren des Außengehäuses 10 an einer externen Aufstandsfläche dienen.
Fig.3 zeigt eine Schnittansicht eines Kältemittelkompressors nach dem Stand der Technik, wobei die obere Hälfte des Außengehäuses 10a weggelassen wurde. Gut erkennbar sind nunmehr die Bohrungen 7 im Blechpaket 2 sowie in den Aufstandsflanschen 5, sowie die darin verlaufenden Schrauben, die zur Verbindung von Blechpaket 2 und Zylindergehäuse 1 dienen .
Wie sofort ersichtlich, setzt sich die Gesamtbauhöhe Hi des Kältemittelkompressors zusammen aus der Bauhöhe Hzi des Zylindergehäuses 1, welche sich vom untersten Ende der Aufstandsflansche 5 bis zur Kolbenachse 24 erstreckt, sowie der Bauhöhe der elektrischen Antriebseinheit, die bestimmt ist durch die Bauhöhe Hei des Blechpaketes 2, weswegen in weiterer Folge Blechpaket und elektrische Antriebseinheit synonym benutzt werden. Wie insbesondere auch aus Fig.2 ersichtlich, ist das Außengehäuse 10 so auf den Kältemittelkompressor abgestimmt, dass die obere Gehäusehälfte 10a knapp oberhalb des Zylindergehäuses 1 verläuft und im Bereich des elektrischen Anschlussflansches 16 in Richtung desselben hinuntergezogen verläuft. Um für Kältemittelkompressoren unterschiedlicher Kälteleistung einer Kompressorenfamilie nicht unterschiedliche Außengehäuse 10 fertigen zu müssen, ist das Außengehäuse einer Kompressorenfamilie stets nach demjenigen Kältemittelkompressor mit der größten Leistung dimensioniert.
Dabei wird danach getrachtet, dass auch Kältemittelkompressoren mit geringerer Leistung und damit geringerer Bauhöhe innerhalb des Außengehäuses 10 stets eine im wesentlichen identische Position einnehmen, um den Anschluss der elektrischen Leitungen sowie der Druck- und Saugleitung bzw. die Positionierung des Saugschalldämpfers nicht ebenfalls abändern zu müssen bzw. um ein Umkippen oder Herausgleiten aus der inneren Aufständerung dieser kleineren Kompressoren innerhalb des Gehäuse aufgrund von Vibrationen oder Beschleunigungen während des Transports zu verhindern.
Zu diesem Zweck sind Höhenausgleichselemente vorgesehen, beispielsweise in Form von Auflagerelementen 8 bzw. 9, die von einem Spiralfederelement 4 umgeben sind, die unterhalb der elektrischen Antriebseinheit 2 angeordnet sind, beispielsweise an der Unterseite des Blechpaketes 2 und auf welchen der Kältemittelkompressor lagert.
Die Höhe eines Höhenausgleichselementes setzt sich somit zusammen aus der sich unter Belastung durch den Kältemittelkompressor einstellenden Gesamthöhe der Auflagerelemente 8,9 samt umgebenden Spiralfederelement 4.
Fig. 4 zeigt einen von der Bauart gleichen Kältemittelkompressor wie Fig.3 gemäß dem Stand der Technik jedoch mit geringerer Kälteleistung. Erkennbar ist dies einerseits an der geringeren Bauhöhe He2 des Blechpakets 2 sowie der aufgrund des unterschiedlichen Bohrungsdurchmessers geringeren Bauhöhe Hz2 des Zylindergehäuses 1 und somit einer geringeren Gesamtbauhöhe H2. Um die Position der Kolbenachse 24 innerhalb des Außengehäuses 10 gleich jener des in Fig.3 dargestellten Kältemittelkompressors zu halten, sind Höhenausgleichselemente, aufgebaut aus den Auflagerelementen 8,9 sowie den Spiralfederelementen 4, gleicher Bauart wie in Fig. 3 beschrieben, vorgesehen, jedoch mit dem Unterschied, dass diese eine größere Bauhöhe Hh2 aufweisen als die Bauhöhe Hhi der der die Höhenausgleichselemente bildenden Bauteile 4, 8, 9 in Fig.3.
Fig.5 zeigt eine rein schematische Ansicht eines Kältemittelkompressors nach dem Stand der Technik gemäß Fig.3 mit größter elektrischer Antriebseinheit 2 einer Kompressorenfamilie und Fig.6 mit kleinster elektrischer Antriebseinheit 2 derselben Kompressorenfamilie. Wie sofort ersichtlich sind Hauptlagerlänge HL und Lagerbreite BL in beiden Fällen identisch, so dass die größere elektrische Antriebseinheit 2 der Fig.5 den Abstand zwischen Kompressor und Ölsumpf 19 verkleinert, da die Gesamthöhe HGes des Kältemittelkompressors ja durch die Höhe des Außengehäuses limitiert ist.
Wie aus Fig.5 ebenfalls ersichtlich könnte die Hauptlagerlänge HL dieses Kompressors vergrößert werden und somit die Lagerbelastung gesenkt werden oder aber die Lagerbelastung beibehalten aber die Reibungsverluste reduziert werden. Die Presssitzlänge PL der Befestigung des Rotors 15 an der Kurbelwelle 11 würde in diesem Fall dann kleiner werden, wäre aber immer noch ausreichend dimensioniert bzw. mit anderen Worten ist die Presssitzlänge PL in Fig.5 unnötig groß und es wäre vorteilhaft die Hauptlagerlänge HL zu vergrößern, um die Lagerkräfte zu verringern und kleinere Reibungsverluste zu erzielen . Würde man die Hauptlagerlänge HL jedoch vergrößern, könnte bei kleineren Kompressoren derselben Kompressorfamilie wie in Fig.6 gezeigt, die erforderliche kleinstmögliche Presssitzlänge PLmin nicht eingehalten werden.
Die Ölförderhöhe Hoei (ohne Eintauchtiefe Et) zum unteren Hauptlager 18 ist daher bei bekannten Kältemittelkompressoren unnötig hoch, um Raum für die größte elektrische Antriebseinheit 2 einer Kompressorenfamilie bereit zu halten, obwohl, wie in Fig.6 ersichtlich, das untere Hauptlager 18 durchaus näher in Richtung Ölsumpf 19 angeordnet werden könnte .
Fig.7 zeigt, zum besseren Verständnis, eine Kurbelwelle im
Detail mit unterem Hauptlager 18 und oberem Hauptlager 20, sowie der Öleintrittsbohrung 21, die stets im Ölsumpf 19 eingetaucht ist und das Öl zum unteren Hauptlager 18 befördert, von wo es über eine Ölförderspindel 22 zum oberen
Hauptlager 20 und in weiterer Folge zum Ölaustritt 23 befördert wird.
Wie bereits erwähnt, wird das Öl zwischen Öleintrittsbohrung 21 und unterem Hauptlager 18 über eine exzentrische Bohrung innerhalb der Kurbelwelle 11 befördert, wobei die Förderhöhe, also der Abstand zwischen Ölteintrittsbohrung 21 und Hauptlager 18 begrenzt ist und unter anderem vom Durchmesser der Kurbelwelle 11 abhängt.
Fig.8 zeigt rein schematisch einen erfindungsgemäßen Kältemittelkompressor, der sich von den in den Fig.5 und 6 gezeigten Kältemittelkompressoren nach dem Stand der Technik dadurch unterscheidet, dass zwischen Zylindergehäuse 1 und elektrischer Antriebseinheit 2 mindestens ein erfindungsgemäßes Höhenausgleichselement 26 angeordnet ist und die Kompressorlagerelemente 25 bei jedem Kältemittelkompressor derselben Kompressorenfamilie stets identisch sind, was deren Höhe Hh3 betrifft, so dass der Abstand zwischen der unteren Oberfläche des Statorpaketes 2 zum Boden des Außengehäuses 10 stets der Gleiche ist.
Fig.8 zeigt dabei rein beispielhaft einen Kältemittelkompressor mit der kleinsten elektrischen Antriebseinheit 2 einer Kompressorenfamilie. Um die Gesamthöhe HGes für jeden Kältemittelkompressor dieser Kompressorenfamilie im wesentlichen konstant zu halten, sind die Höhenausgleichselemente 26 vorgesehen.
Ein solcher erfindungsgemäßer Kältemittelkompressor kann aufgrund der Anordnung der Höhenausgleichselemente 26 nur nach oben wachsen, dh . eine größere elektrische Antriebseinheit 2 verringert den Abstand zwischen der unteren Oberfläche des Statorpaketes 2 zum Boden des Außengehäuses 10 nicht.
Fig.9 zeigt ebenfalls rein schematisch einen solchen Kältemittelkompressor mit der größten elektrischen Antriebseinheit einer Kompressorenfamilie.
Höhenausgleichselemente 26 sind in diesem Fall nicht vorgesehen, da die größere elektrische Antriebseinheit 2 diesen Abstand überbrückt hat und nach oben gewachsen ist.
Das untere Hauptlager 18 kann daher so tief wie möglich im Außengehäuse 11 angeordnet werden, da lediglich dafür Sorge getragen werden muss, dass der Kompressor während des Betriebes, insbesondere beim Anfahren nicht an der Außengehäusewand 10 streift.
Gleichzeitig kann die Hauptlagerlänge HL auf Basis der größten elektrischen Antriebseinheit 2 wie in Fig.9 dargestellt, dimensioniert werden, da die Presssitzlänge PL unabhängig von der Größe der elektrischen Antriebseinheit 2 stets die Gleiche ist. Somit kann aber im Gegensatz zum Stand der Technik die Lagerbelastung eines jeden Kompressors einer Kompressorfamilie gesenkt werden. Fig.10 zeigt eine isometrische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kältemittelverdichters samt Höhenausgleichelemente 26, von welchen eines in Fig.11 beispielhaft in einer Detailansicht zu sehen ist. Aus dem Gesagten ergibt sich, dass das in Fig.11 beispielhaft dargestellte Höhenausgleichselement 26 unterschiedliche Form haben kann und es sich bei der dargestellten Form nur um eine von vielen möglichen Ausführungsformen handelt. Eine alternative Ausführungsform zeigt beispielsweise Fig.12 oder Fig.14.
Fig.13 zeigt eine Schnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Höhenausgleichselement 26 in montierter Position.
Fig.14 zeigt eine isometrische Ansicht einer alternativen Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen
Höhenausgleichselements 26 ohne Bohrung aber mit Freistellung zur Aufnahme der Verbindungsschraube.
Die Abmessungen und Größenverhältnisse der einzelnen Bauteile zueinander sind rein schematisch dargestellt.
B E Z U G S Z E I C H E N L I S T E
Zylindergehäuse Blechpaket der elektrischen Antriebseinheit Wickelkopf Spiralfederelement Aufstandsflansch Kurbelwellenachse Bohrung im Blechpaket Auflagerelement Auflagerelement Außengehäuse Kurbelwelle Kolben Pleuel Hauptlager Rotor Anschlussflansch für elektrische Leitungen
Saugschalldampfer unteres Hauptlager
Ölsumpf oberes Hauptlager
Ölpumpe Eintrittsbohrung
Ölförderspindel
Ölaustritt
Kolbenachse Kompressorlagerelement erfindungsgemäßes Höhenausgleichselement

Claims

A N S P R U C H E
1. Kältemittelkompressor umfassend eine elektrische Antriebseinheit (2), ein Zylindergehäuse (1), eine von der elektrischen Antriebseinheit antreibbare Kurbelwelle (11) und einen von der Kurbelwelle (11) angetriebenen, im Zylindergehäuse (1) geführten, das Kältemittel verdichtenden Kolben (12), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Zylindergehäuse (1) und elektrischer Antriebseinheit (2) mindestens ein Höhenausgleichselement (26) angeordnet ist.
2. Kältemittelkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylindergehäuse (1) mindestens einen Aufstandsflansch (5) aufweist, welcher an mindestens einer korrespondierenden Aufstandsfläche der elektrischen Antriebseinheit (2) befestigt ist und das mindestens eine Höhenausgleichselement (26) zwischen dem Aufstandsflansch (5) und der Aufstandsfläche angeordnet ist.
3. Kältemittelkompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der elektrischen Antriebseinheit um einen Einphasensynchronmotor handelt und die Aufstandsfläche das Blechpaket (2) des Stators ist.
4. Kältemittelkompressor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Aufstandsflansch (5) , Höhenausgleichselement (26) und Aufstandsfläche miteinander verschraubt sind.
5. Kältemittelkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das
Höhenausgleichselement (26) eine Bohrung oder Freistellung zur Aufnahme eines Befestigungselementes, vorzugsweise einer Schraube, aufweist.
6. Kompressorfamilie mit Kältemittelkompressoren unterschiedlicher Kälteleistung, wobei jeder Kältemittelkompressor eine elektrische Antriebseinheit (2), ein Zylindergehäuse (1), eine von der elektrischen Antriebseinheit (2) antreibbare Kurbelwelle (11) und einen von der Kurbelwelle (11) angetriebenen, im Zylindergehäuse (1) geführten, das Kältemittel verdichtenden Kolben (12) umfasst, wobei die elektrische Antriebseinheit (2) eines jeden Kältemittelkompressors der Kompressorfamilie in Abhängigkeit der Kälteleistung eine unterschiedliche, sich aus der Bauhöhe der elektrischen Antriebseinheit (He) sowie aus der Bauhöhe des Zylindergehäuses (Hz) zusammensetzende Gesamtbauhöhe (Hges) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der elektrischen Antriebseinheit (2) und dem Zylindergehäuse (1) eines jeden Kältemittelkompressors der Kompressorfamilie mindestens ein Höhenausgleichselement (26) angeordnet ist.
7. Kompressorfamilie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem die Bauhöhe (He) der elektrischen Antriebseinheit (2) definierenden Abschnitt um die Höhe des Blechpaketes (2) des Stators handelt.
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