KR20230049728A - 스크롤 압축기용 보정 메커니즘 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스파이럴 원리에 따른 변위 기계용, 특히 스크롤 압축기용 보정 메커니즘에 관한 것이다. 상기 보정 매커니즘은 구동 샤프트(10), 제 1 보정 요소(20) 및 제 2 보정 요소(30)를 포함하고, 제 1 보정 요소(20)는 원통형 허브 섹션(21) 및 제 1 힘 전달 섹션(22)을 포함하고 제 1 회전축(11)을 통해 구동 샤프트(10)와 회전 가능하게 접촉하고, 제 2 보정 요소(30)는 제 2 회전축(12)을 통해 구동 샤프트(10)와 회전 가능하게 접촉한다. 구동 샤프트(10)의 중심축(S)과 원통형 허브 섹션(21)의 중심축(C)은 제 1 기준선(CS) 상에 배치되고, 제 1 보정 요소(20)의 무게 중심(J)과 제 2 보정 요소(30)의 무게 중심(K)은 제 1 회전축(11)의 중심축(P)과는 제 1 기준선(CS)의 다른 측에 배치된다.

Description

스크롤 압축기용 보정 메커니즘
본 발명은 스크롤 원리에 따른 포지티브 변위 기계, 특히 스크롤 압축기용 밸런싱 메커니즘 및 이러한 밸런싱 메커니즘을 갖는 스크롤 원리에 따른 포지티브 변위 기계에 관한 것이다.
2개의 내포된 변위 스파이럴 사이로 유체를 안내하고 내부에서 이를 압축함으로써 유체를 압축하는 종래 기술의 스크롤 압축기(scroll compressors)가 알려져 있다. 스크롤 압축기는 고정식 변위 스파이럴 및 이동식, 특히 궤도운동하는 변위 스파이럴(displacement spiral)을 포함하며, 스파이럴 벽들 사이에 압축 공간이 형성되며, 그 부피는 이동식 변위 스파이럴의 이동의 결과로 변화된다. 이러한 부피 변화는 그 내부로 운반되는 유체를 압축한다.
양호한 압축 기능을 위해서는, 고정식 변위 스파이럴과 압축 공간을 경계로 하는 이동식 변위 스파이럴의 나선형 벽이 서로 잘 밀봉 접촉하는 것이 중요하다. 그러나, 이러한 밀봉은 실제적으로 어려움을 야기한다. 한편으로는, 제조 공차로 인해 누출이 발생할 수 있다. 다른 한편으로는 또는 추가적으로, 두 개의 서로 결합되는 변위 스파이럴에 압축 유체에 가해지는 가스 힘(gas forces)을 고려해야 한다. 가스 힘은 두 개의 서로 결합되는 변위 스파이럴의 나선형 벽을 강제로 분리시켜, 압축 챔버가 더 이상 적절하게 밀봉되지 않도록 할 수 있다. 이렇게 하면 가스가 압축 챔버로부터 빠져 나와, 가스 힘이 감소되고 나선형 벽이 다시 서로 접촉하게 된다. 이러한 상호 작용은 바람직하지 않은 소음 발생, 특히, 스크롤 압축기의 작동 및 효율성을 전반적으로 방해하는 진동을 유발할 수 있다.
이동식 변위 스파이럴은 일반적으로 구동 샤프트에 의해 구동되며, 이에 따라 이동식 변위 스파이럴은 구동 샤프트에 편심되게 장착된다. 따라서 구동 샤프트의 회전은 이동식 변위 스파이럴의 궤도 운동으로 변환된다. 이를 위해, 회전축이 구동 샤프트에 제공되고, 구동 샤프트의 중심축에 대해 중심에서 벗어나 배치된다. 이동식 변위 스파이럴은 회전축에 장착된다.
가스 힘 및 제조 공차로 인해 발생하는 진동을 감소시키고 나선형 벽들 사이의 기밀성(tightness)을 향상시키기 위해, US 4,824,346 A는 밸런싱 메커니즘을 제안한다. 공지된 밸런싱 메커니즘은 이동식 변위 스파이럴의 회전축에 편심되게 배치되고 회전축을 중심으로 진동할 수 있는 밸런싱 질량(balancing mass)을 포함한다. 원심력에 따라 자동으로 조정되는 진동 운동은, 가스 힘과 제조 공차를 보정하므로, 두 변위 스파이럴들 사이의 압축 공간의 기밀성이 향상되며 따라서 스크롤 압축기의 효율성이 향상된다. 그러나, 이러한 공지된 해결책의 단점은, 상대적으로 높은 밸런싱 질량(balancing mass)이며, 한편으로는 스크롤 압축기에서 높은 설치 공간 요구 사항을 포함하고 다른 한편으로는 불균형을 초래하며, 특히 다른 속도로 작동되는 스크롤 압축기에서 진동 발생으로 인해 높은 소음을 발생할 수 있다.
DE 10 2019 108 079 A1은 진동 밸런싱 요소를, 그 무게 중심이 이동식 변위 스파이럴의 회전축의 무게 중심과 구동 샤프트와 이동식 변위 스파이럴의 공통 중심 평면의 동일한 측에 위치되도록 배치함으로써 이러한 단점들에 대응한다. 이러한 방식으로, 제조 공차 및 가스 힘을 보정하기 위해 작동 중에 밸런싱 요소에서 추가 모멘트가 발생한다. 결과적으로, 밸런싱 요소의 밸런싱 질량이 감소될 수 있어, 설치 공간에 대한 요구 사항 및 스크롤 압축기의 상이한 속도에서의 진동 발생이 감소된다. 그러나, 특히 밸런싱 메커니즘의 우수한 효과를 유지하기 위해 여전히 필요한 최소 밸런싱 질량과 관련하여 이에 대한 한계가 있는 것으로 나타났다. 특히, 넓은 속도 범위에서 작동되는 스크롤 압축기는 현저한 진동을 계속 경험한다.
전술한 종래 기술에 기초하여, 스크롤 원리에 따른 포지티브 변위 기계, 특히 스크롤 원리에 따른 포지티브 변위 기계의 효율성을 더욱 증가시키며 또한 진동의 발생을 더욱 감소시키는데 유리한 스크롤 압축기를 위한 밸런싱 메커니즘을 제공하는 것이 본 발명의 과제이다. 또한, 본 발명의 과제는 이러한 밸런싱 메커니즘을 갖는 스크롤 원리에 따른 포지티브 변위 기계, 특히 스크롤 압축기를 특정하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이 과제는 특허 청구항 1의 주제에 의한 밸런싱 메커니즘과, 특허 청구항 13의 주제에 의한 포지티브 변위 기계에 관한 것으로 해결된다.
따라서, 본 발명은 구체적으로 스크롤 원리에 따른 포지티브 변위 기계, 특히 스크롤 압축기용 밸런싱 메커니즘을 제공하는 아이디어에 기초하며, 밸런싱 메커니즘은 구동 샤프트, 제 1 밸런싱 요소 및 제 2 밸런싱 요소를 포함한다. 제 1 밸런싱 요소는 원통형 허브 섹션 및 제 1 힘 전달 섹션을 포함하고 제 1 회전축을 통해 구동 샤프트와 회전 가능하게 접촉한다. 제 2 밸런싱 요소는 제 2 회전축을 통해 구동 샤프트와 회전 가능하게 접촉한다. 구동 샤프트의 중심축(S)과 원통형 허브 섹션의 중심축(C)은 제 1 기준선(CS) 상에 배치된다. 제 1 밸런싱 요소의 무게 중심(J)과 제 2 밸런싱 요소의 무게 중심(K)은 제 1 회전축의 중심축(P)과는 제 1 기준선(CS)의 다른 측에 배치된다.
제 1 회전축 및 제 2 회전축은 바람직하게는 각각 구동 샤프트의 중심축(S)에 대해 편심되게 또는 중심에서 벗어나 배치된다. 밸런싱 요소들은 각각 그에 할당된 회전축을 통해 간접적으로 또는 직접적으로, 또는 직접적으로 또는 간접적으로 드라이브 샤프트와 접촉하거나 연결될 수 있다. 따라서 회전축은 각각의 밸런싱 요소와 구동 샤프트 사이의 연결을 설정하는 연결 링크(connecting links)를 각각 형성할 수 있다. 그러나, 회전축을 통한 연결이 간접적인 것, 즉 추가 구성요소가 연결에 참여하거나 각 밸런싱 요소와 구동 샤프트 사이에 배치되는 것을 배제하지 않는다.
제 1 밸런싱 요소와 관련하여, 그 허브 섹션이 제 1 회전축을 통해 구동 샤프트와 접촉하거나 연결되는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명은 스크롤 원리에 따라 포지티브 변위 기계의 작동 중에도 진동할 수 있는 제 2 밸런싱 요소를 이용한다. 이러한 방식으로, 가스 힘과 제조 공차에 대한 추가 보정을 제공하는 추가 모멘트가 생성된다. 보정 질량의 적절한 구조와 대응하는 무게 중심의 위치를 통해 기체 힘과 제조 공차의 보정을 훨씬 더 미세하게 조정할 수 있다. 결과적으로, 본 발명에 따른 밸런싱 메커니즘은, 특히 포지티브 변위 기계가 고속 차이로 작동될 때에도, 스크롤 원리에 따른 포지티브 변위 기계의 작동 평활도(smoothness)를 향상시킨다. 이는 포지티브 변위 기계의 변위 스파이럴들과 넓은 속도 대역에 걸쳐 압축 챔버 사이에 밀봉이 보장되기 때문에, 포지티브 변위 기계의 효율성을 증가시킨다.
구동 샤프트는 전방 단부에 제 1 회전축을 포함할 수 있고, 그에 원통형 허브 섹션 및 제 1 힘 전달 섹션을 포함하는 제 1 밸런싱 요소가 지지된다. 구동 샤프트는 또한 제 2 밸런싱 요소가 장착되는 제 2 회전축을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에서, 제 1 밸런싱 요소의 허브 섹션은 제 1 회전축이 결합되는 편심되게 배치된 장착 구멍(fitting hole)을 포함한다. 또한, 제 2 밸런싱 요소는 제 2 회전축이 결합되는 결합 구멍(engagement hole)을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 허브 섹션이 제 1 회전축을 중심으로 진동할 수 있고 제 2 밸런싱 요소가 제 2 회전축을 중심으로 진동할 수 있는 정도까지, 장착 구멍과 제 1 회전축 사이 및/또는 결합 구멍과 제 2 회전축 사이에, 각각 약간의 유격이 있다. 따라서, 제 1 회전축과 장착 구멍 사이의 연결 및 제 2 회전축과 결합 구멍 사이의 연결은 각각의 경우 포지티브 연결이지만, 비-포지티브 연결은 아니다. 따라서, 장착 구멍과 제 1 회전축 사이 및 결합 구멍과 제 2 회전축 사이에 본질적으로 로터리 플레인 베어링(rotary plain bearing)이 형성된다.
대안적으로, 제 1 회전축이 제 1 밸런싱 요소에 고정적으로 연결되고 제 2 회전축이 제 2 밸런싱 요소에 고정적으로 연결되는 것이 제공될 수 있다. 특히, 회전축은 관련된 밸런싱 요소와 단일체로(monolithically) 각각 형성될 수 있다. 따라서, 밸런싱 요소는 각각의 회전축을 형성하는 핀 연장부(pin extension)를 각각 포함할 수 있다. 제 1 밸런싱 요소 상에 배치될 수 있는 제 1 회전축은, 바람직하게는 허브 섹션 또는 그 중심축에 대해 편심되게 배치되고 허브 섹션에 견고하게 연결되거나 허브 섹션과 단일체로 형성된다. 이러한 측면에서, 밸런싱 요소의 회전 운동 또는 피벗 운동을 허용하기 위해, 구동 샤프트가 회전축들이 결합되는 대응하는 블라인드 홀들(blind holes)을 포함하는 것이 바람직하다. 따라서, 제 1 회전축이 결합되는 제 1 블라인드 홀이 제공될 수 있다. 제 2 블라인드 홀은 제 2 회전축을 수용할 수 있다. 바람직하게는, 회전축들은 관련된 블라인드 홀들에 각각 회전 가능하게 장착된다. 이와 관련하여, 바람직하게는 각각의 회전축과 관련된 블라인드 홀 사이에 로터리 플레인 베어링(rotary plain bearing)이 있다.
전체적으로, 제 1 밸런싱 요소는 제 1 회전축을 통해 구동 샤프트에 회전 가능하게 연결될 수 있으며, 상기 제 1 회전 축은 밸런싱 요소 및 구동 샤프트에 회전 가능하게 고정적으로 연결되거나, 반대로 구동 샤프트 및 밸런싱 요소에 회전 가능하게 고정적으로 연결된다. 대응하게, 제 2 밸런싱 요소는 제 2 회전축을 통해 구동 샤프트에 회전 가능하게 연결될 수 있으며, 상기 제 2 회전 축은 밸런싱 요소 및 구동 샤프트에 회전 가능하게 고정되거나, 반대로 구동 샤프트 및 밸런싱 요소에 회전 가능하게 고정된다.
밸런싱 메커니즘의 콤팩트한 구조와 관련하여, 제 2 밸런싱 요소가 제 1 밸런싱 요소와 스크롤측 구동 샤프트 베어링 사이에 배치되는 것이 바람직하다. 이 경우, 제 1 밸런싱 요소와 제 2 밸런싱 요소의 개별 섹션은 구동 샤프트의 종방향으로 충첩될 수 있어, 밸런싱 메커니즘의 전체 크기 또는 전체 높이가 더욱 감소된다.
제 1 밸런싱 요소 및/또는 제 2 밸런싱 요소는 각각 바람직하게는 일체형 또는 단일체 구조이다.
제 1 밸런싱 요소는 제 1 힘 전달 섹션을 포함한다. 제 2 밸런싱 요소는 질량 섹션 및 제 2 힘 전달 섹션을 포함하고, 질량 섹션 및 제 2 힘 전달 섹션은 제 1 회전축의 중심축(P)과 제 2 회전축의 중심축(Q)을 연결하는 제 2 기준선(PQ)의 동일한 측에 배치되는 것이 추가로 제공될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에서, 제 2 밸런싱 요소의 제 2 힘 전달 섹션은 제 1 밸런싱 요소의 제 1 힘 전달 섹션과 힘-전달(force-transmitting) 접촉된다. 따라서, 제 1 밸런싱 요소의 원심력-유도 편향은 제 2 밸런싱 요소로 잘 전달된다. 밸런싱 요소의 이러한 결합은 포지티브 변위 기계의 특히 원활한 작동을 보장한다.
구동 샤프트는 제 1 회전축 주위로 연장되고 결합 구멍의 영역에서 제 2 밸런싱 요소의 두께보다 큰 높이를 갖는 스페이서 요소(spacer element)를 더 포함할 수 있다. 이는 제 1 밸런싱 요소와 제 2 밸런싱 요소가 각각 다른 높이로 구성되고 서로를 차단할 수 없는 것을 보장한다.
제 2 밸런싱 요소의 진동 운동을 제한하기 위해, 제 1 밸런싱 요소는 제 2 밸런싱 요소의 질량 섹션을 위한 접촉부(abutment)를 형성하기 위해 구동 샤프트를 향해 상승하는 웨브(web)를 포함한다.
본 발명의 제 2 형태는 스크롤 원리에 따른 포지티브 변위 기계, 특히 전술한 밸런싱 메커니즘을 갖는 스크롤 압축기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 포지티브 변위 기계에서, 바람직한 변형 형태로서, 허브 섹션은 이동식 변위 스파이럴, 특히 작동 중에 궤도운동하는 변위 스파이럴에 연결된 스크롤 베어링을 지지하며, 이동식 변위 스파이럴은 고정식 변위 스파이럴과 결합되는 것이 제공된다.
본 발명은 개략적인 도면을 참조하여 실시 형태의 예에 의해 아래에서 더 상세히 설명된다.
도 1은 스크롤 원리에 따른 포지티브 변위 기계 내에 설치된 상태에서 본 발명에 따른 밸런싱 메커니즘을 통한 종단면도를 도시한다.
도 2는 설치된 상태에서 도 1에 따른 밸런싱 메커니즘의 사시 평면도를 도시한다.
도 3은 도 1에 따른 밸런싱 메커니즘의 측면 사시도로서, 포지티브 변위 기계의 이동식 변위 스파이럴의 스크롤 베어링을 추가로 도시한다.
도 4는 제 1 밸런싱 요소가 제 2 밸런싱 요소의 가시성을 개선하기 위해 숨겨져 있는, 도 1에 따른 밸런싱 메커니즘의 상세 사시도를 도시한다.
도 5는 두 밸런싱 요소를 갖는 도 1에 따른 밸런싱 메커니즘의 사시도를 도시한다.
도 6은 도 5에 따른 밸런싱 메커니즘의 측면도를 도시한다.
그리고 도 7은 도 1에 따른 밸런싱 메커니즘의 상이한 구성요소의 중심축 및 무게 중심의 위치의 기하학적 도면이며, 발생하는 힘도 도시되어 있다.
도 1은 본 발명에 따른 실시 형태에 따른 밸런싱 메커니즘의 단면도를 도시한다. 밸런싱 메커니즘은 스크롤측 구동 샤프트 베어링(34)을 통해 압축기 하우징의 격벽(partition wall)(42)에 장착되는 구동 샤프트(10)를 포함한다. 구동 샤프트(10)는 하우징측 샤프트 베어링에서도 반대쪽 단부에 추가로 지지되며, 이는 명확성을 위해 도 1에 도시되지 않다. 격벽(42)은 일반적으로 포지티브 변위 기계, 바람직하게는 스크롤 원리에 따른 포지티브 변위 기계, 특히 스크롤 압축기의 외부 하우징에 고정적으로 배치된다. 격벽(42)은 포지티브 변위 기계 내의 구동 영역으로부터 압축기 영역을 분리한다. 구동 영역에서, 대부분의 구동 샤프트(10)가 배치되고, 이는 기계적으로 또는, 특히 바람직하게는, 전기적으로, 특히 전기 모터에 의해 구동된다. 전기 모터는 바람직하게는 구동 영역에도 배치된다.
구동 영역에서, 구동 샤프트(10)는 또한 2개의 카운터웨이트(counterweights)(14, 15)를 포함한다. 여기서, 제 1 카운터웨이트(14)는 압축 영역으로부터 멀어지는 방향을 향하는 구동 샤프트(10)의 단부에 배치되고 구동 샤프트(10)에 견고하게 연결된다. 제 2 카운터웨이트(15)는 압축 영역을 향하는 구동 샤프트(10)의 측면, 특히 격벽(42) 바로 근처에 배치된다. 제 2 카운터웨이트(15)도 구동 샤프트(10)에 견고하게 연결된다. 따라서 카운터웨이트(14, 15)는 작동 중에 구동 샤프트(10)와 함께 회전하여 불균형을 보정한다.
구동 샤프트 베어링(34)은 격벽(42)에 유지된다. 특히, 구동 샤프트 베어링(34)은 이러한 목적을 위해 대응하는 리세스(recess)를 포함하는 격벽(42)에 압입-장착될 수 있다. 또한, 구동 샤프트(10)는 구동 샤프트 베어링(34)에 압입-장착될 수 있다. 구동 샤프트 베어링(34)은 바람직하게는 볼 베어링으로 구성된다.
2개의 블라인드 홀(blind holes)(16, 17)이 압축 영역을 향하는 구동 샤프트(10)의 단부에 제공된다. 제 1 블라인드 홀(16)은 제 1 회전축(11)을 수용한다. 제 2 블라인드 홀(17)은 제 2 회전축(12)을 수용한다. 제 1 블라인드 홀(16)은 바람직하게는 제 2 블라인드 홀(17)보다 더 큰 단면 직경을 포함한다. 회전축(11, 12)은 각각의 블라인드 홀(16, 17)에 각각 압입된다. 따라서, 각각의 회전축(11, 12)과 관련된 블라인드 홀(16, 17) 사이에 비접촉(non-positive), 비회전(non-rotating) 연결이 존재한다.
도 1은 또한 블라인드 홀(16, 17) 또는 회전축(11, 12)이 구동 샤프트(10)의 중심축에 대해 중심에서 벗어나 배치되어 있다는 것을 명확하게 도시한다. 따라서, 회전축(11, 12)은 구동 샤프트(10)와 동축으로 정렬되지 않고, 구동 샤프트(10)의 중심축에 대해 실질적으로 편심되어 오프셋된다.
또한, 구동 샤프트(10)는 스페이서 요소(spacer element)(13)를 형성하는 제 1 회전축(11)의 영역에서 연장부를 포함한다. 스페이서 요소(13)는 구동 샤프트(10)와 일체로 형성된다. 특히, 스페이서 요소(13)는 환형 돌출부로서 형성될 수 있다. 블라인드 홀(16)은, 바람직하게는 블라인드 홀(16)의 전체 길이를 따라 일정한 내부 단면 직경을 갖고, 스페이서 요소(13)를 통해 연장된다.
제 2 회전축(12)은 구동 샤프트(10)의 종방향 단부를 넘어 돌출한다. 그러나, 제 2 블라인드 홀(17)을 넘어 돌출하는 제 2 회전축(12)의 부분은 바람직하게는 스페이서 요소(13)의 높이보다 낮은 높이를 포함한다. 2개의 회전축(11, 12)은 각각 아래에서 더 상세히 설명되는 밸런싱 요소(balancing elements)(20, 30)를 수용한다.
제 1 밸런싱 요소(20)는 제 1 회전축(11) 상에 배치된다. 제 1 밸런싱 요소(20)는 제 1 회전축(11)에 피벗 가능하게 장착된다. 구체적으로, 제 1 밸런싱 요소(20)는 실질적으로 원통형상인 허브 섹션(hub section)(21)을 포함한다. 허브 섹션(21)은 제 1 회전축(11)이 결합되는 장착 구멍(fitting hole)(23)을 포함한다. 허브 섹션(21) 또는 제 1 밸런싱 요소(20)가 일반적으로 제 1 회전축(11)을 중심으로 회전하거나 피벗할 수 있도록, 제 1 회전축(11)과 장착 구멍(23) 사이에 간극이 존재한다. 이와 관련하여, 장착 구멍(23)과 제 1 회전축(11) 사이에는 실질적으로 슬라이딩 베어링이 있다.
허브 섹션(21)은 스크롤 베어링(scroll bearing)(41)으로 연장된다. 허브 섹션(21)은 스크롤 베어링(41)에 압입-장착되는 것이 바람직하다. 스크롤 베어링(41)은 이동식 변위 스파이럴(movable displacement spiral)(40)의 스크롤 베어링 시트(scroll bearing seat)에 배치된다. 바람직하게는, 스크롤 베어링(41)은 볼 베어링으로 형성된다. 바람직하게는, 스크롤 베어링(41)은 이동식 변위 스파이럴(40)에 압입-장착된다.
이동식 변위 스파이럴(40)은 도 1에 부분적으로만 도시되어 있다. 어쨌든, 이동식 변위 스파이럴(40)은 나선형 벽(spiral walls)(44)을 포함하지만, 도 1에만 도시되어 있다는 것을 알 수 있다. 일반적으로, 나선형 벽(44)은 본 명세서에서 개략적으로 도시된 것보다 더 큰 높이를 포함한다. 나선형 벽(44)은 반대쪽에 배치된 고정된, 특히 고정된 변위 스파이럴의 대응하는 나선형 벽에 결합되며, 명료함을 위해 도 1에도 도시되지 않았다.
이동식 변위 스파이럴(40)은 압축기의 하우징에 견고하게 연결되는 가이드 핀(guide pins)(43)에 의해 안내된다. 가이드 핀은 이동식 변위 스파이럴(40)의 대응하는 가이드 공간(45)에 결합되며 이동식 변위 스파이럴(40)이 회전하는 것을 방지한다. 오히려, 이동식 변위 스파이럴(40)은 궤도운동하도록, 즉 미리 결정된 궤도 이동 경로를 따르도록 의도된다.
도 2는 밸런싱 메커니즘의 평면도를 도시한다. 도 2에서 보는 방향은 본질적으로 압축기의 압축 챔버로부터 압축기의 구동 챔버를 향하고 있다. 특히, 구동 샤프트 베어링(34)이 압입되는 격벽(42)이 보인다. 밸런싱 요소(20, 30)는 구동 샤프트 베어링(34)보다 더 위의 격벽(42) 내의 공간에 배치된다. 제 1 밸런싱 요소(20)는 장착 구멍(23)이 형성된 허브 섹션(21)을 포함한다. 장착 구멍(23)은 인식할 수 있는 정도로 허브 섹션(21) 내에 중심에서 벗어나 배향된다. 따라서, 제 1 회전축(11)의 중심축은 원통형 허브 섹션(21)의 중심축과 정렬되지 않고, 오히려 허브 섹션(21)의 중심축으로부터의 거리를 포함한다. 바람직하게는, 허브 섹션(21)은 제 1 블라인드 홀(16)을 넘어 돌출하는 제 1 회전축(11)의 부분의 높이에 대응하는 높이를 포함한다.
제 1 밸런싱 요소(20)는 허브 섹션(21)에 일체로 연결된 제 1 힘 전달 섹션(force transmission section)(22)을 더 포함한다. 제 1 힘 전달 섹션(22)은 제 1 리세스(recess)(22a)를 포함한다. 제 1 리세스(22a)는 실질적으로 삼각형 형상, 특히 직각 삼각형 형상을 갖는다. 이와 관련하여, 제 1 리세스(22a)는 제 1 힘 전달 섹션(22)의 감소된 벽 두께의 영역을 형성하며, 이는 제 1 힘 전달 섹션(22)의 중량을 감소시키는 역할을 한다. 제 1 힘 전달 섹션(22)은 허브 섹션(21)으로부터 반경방향 외측으로 연장되는 아암의 형태으로 연장되는 전체적으로 실질적으로 L자 형상을 포함한다. 제 1 밸런싱 요소(20)는 전체적으로 일체로 형성된다.
제 2 힘 전달 섹션(32)은 원주 방향으로 제 1 힘 전달 섹션(22)과 접촉한다. 제 2 힘 전달 섹션(32)은 제 2 밸런싱 요소(30)의 일부이다. 제 2 밸런싱 요소(30)는, 제 2 힘 전달 섹션(32)으로부터 구동 샤프트 베어링(34)의 원주 방향으로 이격된 질량 섹션(mass section)(31)을 더 포함한다. 따라서 제 2 회전축(12)에 대해, 질량 섹션(31)과 제 2 힘 전달 섹션(32)은 서로 둔각으로 배치된다. 제 2 밸런싱 요소(30)도 전체적으로 일체로 형성된다.
도 2에서 제 2 밸런싱 요소(30)가 구동 샤프트 베어링(34)과 제 1 밸런싱 요소(20) 사이에서 구동 샤프트(10)의 종축 방향으로 배치된다는 것을 또한 알 수 있다. 그러나, 적어도 힘 전달 섹션(22, 32)에서, 구동 샤프트(10)의 종축 방향으로 중첩이 있어, 2개의 밸런싱 요소(20, 30)의 힘 전달 섹션(22, 32)이 서로에 대해 기댈 수 있다. 이 경우, 힘 전달 섹션(22, 32)은 구동 샤프트(10)의 원주 방향 또는 회전 방향으로 서로 접한다. 구동 샤프트(10)의 종축 방향에서, 바람직하게는 밸런싱 요소들(20, 30) 사이에 접촉이 없다. 오히려, 밸런싱 요소들(20, 30)은 각각의 회전축(11, 12)을 중심으로 서로 독립적으로 진동할 수 있어야 한다.
도 2에서, 제 2 밸런싱 요소(30)의 질량 섹션(32)이 종축 방향으로 다소 제 1 밸런싱 요소(20)와 중첩되는 두꺼운 부분을 본질적으로 형성한다는 것을 추가로 알 수 있다. 이것은 제 2 밸런싱 요소(20)의 공간 절약형 설치를 가능하게 하는 동시에, 불균형을 균형 잡히게 하는데 필요한 질량이 질량 섹션(31)에서 사용될 수 있게 한다.
제 2 힘 전달 섹션(32)에 대한 연결 아암(connecting arm)은 또한 제 2 밸런싱 요소(30)의 감소된 벽 두께의 영역을 형성하는 제 2 리세스(32a)를 포함한다. 이러한 방식으로, 제 2 힘 전달 섹션(32)의 영역에서 재료 및 이에 따른 질량이 절약되며, 이는 밸런싱 메커니즘의 개선된 작동을 제공한다.
도 3은 밸런싱 메커니즘을 측면 사시도로 다시 도시한다. 여기서, 특히 카운터웨이트(14, 15)의 구조 및 구동 샤프트(10)에서의 위치 및 정렬을 명확하게 볼 수 있다. 밸런싱 요소(20, 30)는 구동 샤프트(10)의 종방향 한쪽 단부에 위치된다. 또한 밸런싱 요소(20, 30) 뒤에 구동 샤프트(10)의 종방향 단부에 인접하는 스크롤 베어링(41)이 도시되어 있다.
도 4에 도시된 세부사항에서, 제 2 밸런싱 요소(30)의 구조 및 위치를 쉽게 볼 수 있다. 제 2 밸런싱 요소(30)는 결합 구멍(engagement hole)(33)을 포함하며, 이는 바람직하게는 관통 구멍으로 형성된다. 결합 구멍(33)은 제 2 회전축(12)을 수용한다. 바람직하게는, 결합 구멍(33)과 제 2 회전축(12) 사이에 간극이 있어 제 2 회전축(12)과 결합 구멍(33) 사이에 슬라이딩 베어링 연결이 실질적으로 존재한다. 이러한 방식으로, 제 2 밸런싱 요소(30)는 제 2 회전축(12)을 중심으로 진동할 수 있다.
제 3 리세스(31a)는 또한 질량 섹션(31)의 영역에서 볼 수 있다. 제 3 리세스(31a)는 질량 섹션(31)의 재료를 면적으로 감소시켜, 질량 섹션(31)의 질량 분포를 개선한다. 이러한 질량 분포는 스크롤 압축기에서 진동을 감소시키는 데 특히 유리한 것으로 밝혀졌다. 도 4에서, 스페이서 요소(30)가 구동 샤프트(10)의 연장 영역에서 제 2 밸런싱 요소(30)의 두께보다 더 큰 높이를 포함한다는 것을 또한 알 수 있다. 이는 제 1 회전축(11) 상에 안착되고, 스페이서 요소(13)와 접하는 제 1 밸런싱 요소(20)가, 제 2 밸런싱 요소(30)로부터 구동 샤프트(10)의 종축 방향으로 거리를 유지하는 것을 보장한다.
도 5 및 도 6에서, 제 1 밸런싱 요소(20)는 구동 샤프트(10)의 종축 방향으로 구동 샤프트(10)를 향해 연장되는 웨브(web)(24)를 포함한다는 것을 또한 알 수 있다. 웨브(24)는 제 1 밸런싱 요소(20)의 외측에 배치되고 실질적으로 허브 스페이싱(hub spacing)(21) 주위에서 거리를 두고 제 1 힘 전달 섹션(22)까지 연장된다. 웨브(24)는 제 1 힘 전달 섹션(22)의 반대편 영역에 접촉부(abutment)(25)를 형성한다. 접촉부(25)는 구동 샤프트(10)의 종축 방향으로 제 2 밸런싱 요소(30)의 질량 섹션(31)과 중첩되어, 질량 섹션(31)이 접촉부(25)에 접할 수 있다. 따라서, 제 1 밸런싱 요소(20)와 제 2 밸런싱 요소(30) 사이의 상대 진동이 제한된다. 본질적으로, 제 2 밸런싱 요소(30)는 한편으로는 접촉부(25)에 의해 그리고 다른 한편으로는 제 1 힘 전달 섹션(22)에 의해 제한되는 범위 내에서만 제 1 밸런싱 요소(20)에 대해 진동할 수 있다.
밸런싱 메커니즘의 상이한 구성요소의 중심축과 무게 중심의 위치는, 포지티브 변위 기계, 특히 본 발명에서 특히 유리한 스크롤 압축기의 원활한 작동을 위해 매우 중요하다. 중심축 또는 회전축과 무게 중심의 이러한 특정 배치는 도 7에 도시된 기하학적 표현에 기초하여 아래에서 보다 상세히 설명될 것이다.
도 7에서, 구동 샤프트(10), 제 1 회전축(11), 제 2 회전축(12) 및 허브 섹션(21)의 단면이 원으로 도시되어 있다. 2개의 추가 원들은 힘 전달 섹션들(22, 32)의 각각의 질량을 나타낸다.
구동 샤프트(10)는 중심축(S)을 포함한다. 허브 섹션(21)은 중심축(C)을 포함한다. 도 7에서 허브 섹션(21)의 중심축(C)은 구동 샤프트(10)의 중심축(S)에 대해 편심되게 배치된 것을 볼 수 있다. 구동 샤프트(10)와 허브 섹션(21)의 중심축들(C, S)을 연결하는 선을 제 1기준선(CS)이라 한다.
제 1 회전축(11)은 중심축(P)을 포함한다. 제 2 회전축(12)은 중심축(Q)을 포함한다. 제 2 기준선(PQ)은 회전축들(11, 12)의 중심축들(P, Q)을 통해 연장된다.
제 1 밸런싱 요소(20)는 도 7에 도시된 무게 중심(J)을 포함한다. 또한 무게 중심(J)에 작용하는 원심력(FCJ)도 볼 수 있다.
제 2 밸런싱 요소(30)는 도 7에서 이에 작용하는 원심력(FCK)와 함께 도시된 무게 중심(K)을 포함한다. 제 1 기준선(CS)을 살펴보면, 제 1회전축(11)의 중심축(P)이 제 1 기준선(CS)의 일측에 배치되는 반면, 밸런싱 요소(20, 30)의 무게 중심(J, K)은 제 1 기준선(CS)의 타측에 배치된다. 따라서, 상기 배치는 DE 10 2019 108 079 A1에 따른 종래 기술과는 실질적으로 달리, 밸런싱 요소의 무게 중심은 그 회전축을 제 1 기준선의 동일한 측에 배치되고, 즉 종래 기술에서는 따라서 중심축(P)과 무게 중심(J)이 제 1 기준선(CS)의 동일한 측에 배치된다.
중심 회전축(11, 12)을 연결하는 제 2 기준선(PQ)을 참조하면, 제 2 밸런싱 요소(30)의 무게 중심(K)은 제 2 기준선(PQ)의 일측에 배치되는 반면, 제 1 밸런싱 요소(20)의 무게 중심(J)은 제 2 기준선(PQ)의 다른 측에 배치된다. 그러나, 제 1 밸런싱 요소(20)의 허브 섹션(21)의 중심축은 제 2 기준선(PQ)에 대해 제 2 밸런싱 요소(30)의 무게 중심(K)과 동일한 측에 배치된다. 이에 반해, 구동 샤프트(10)의 중심축(S)은 제 1 밸런싱 요소(20)의 무게 중심(J)과 제 2 기준선(PQ)의 동일한 측에 위치된다.
즉, 제 1 밸런싱 요소(20)의 허브 섹션(21)과 구동 샤프트(10)의 중심축들은 제 2 기준선(PQ)의 서로 다른 측에 위치된다. 유사하게, 밸런싱 요소(20, 30)의 무게 중심(J, K)은 제 2 기준선(PQ)의 서로 다른 측면에 있다. 구동 샤프트(10)의 중심축(S)과 제 1 밸런싱 요소(20)의 무게 중심(J)은 제 2 기준선(PQ) 일측에 위치되는 반면, 허브 섹션(21)의 중심축(C)과 제 2 밸런싱 요소(30)의 중심축(K)은 제 2 기준선(PQ)의 다른 측에 위치된다.
도 7에서 제 2 밸런싱 요소(30)의 무게 중심(K)이 제 1 밸런싱 요소(20)의 무게 중심(J)보다 제 2 기준선(PQ)으로부터 상당히 더 큰 거리를 포함한다는 것을 알 수 있다. 제 1 기준선(CS)에 대해서도 동일하게 적용된다. 제 2 밸런싱 요소(30)의 무게 중심(K)은 제 1 밸런싱 요소(20)의 무게 중심(J)보다 제 1 기준선(CS)까지 더 큰 거리를 포함한다. 이것은 바람직하게는 제 2 기준선(PQ)의 동일한 측에 배치되는 제 2 밸런싱 요소(30)의 질량 섹션(31) 및 힘 전달 섹션(32)에 의해 달성된다. 바람직하게는, 제 2 밸런싱 요소(30)의 질량 섹션(31) 및 제 2 힘 전달 섹션(32)은 제 2 기준선(PQ)의 일측에 전체적으로 배치되도록 서로에 대해 정렬 및 배치된다.
밸런싱 요소들(20, 30) 사이에 기계적인 상호 작용이 있다는 것을 설명하기 위해, 도 7은 또한 힘 전달 섹션들(22, 32)이 접촉할 때 발생하는 힘(FN)을 도시한다. 따라서, 밸런싱 메커니즘의 작동 중에, 제 1 힘 전달 섹션(22)은 대응하는 대항력을 생성하는 제 2 힘 전달 섹션(32)에 힘을 전달한다. 바람직하게는, 힘 전달 섹션들(22, 32)은 힘과 대항력이 서로 균형을 이루도록 형성된다.
10: 구동 샤프트
11: 제 1 회전축
12: 제 2 회전축
13: 스페이서 요소
14: 제 1 카운터웨이트
15: 제 2 카운터웨이트
16: 제 1 블라인드 홀
17: 제 2 블라인드 홀
20: 제 1 밸런싱 요소
21: 허브 섹션
22: 제 1힘 전달 섹션
22a: 제 1 리세스
23: 장착 구멍
24: 웨브
25: 접촉부
30: 제 2 밸런싱 요소
31: 질량 섹션
31a: 제 3 리세스
32: 제 2 힘 전달 섹션
32a: 제 2 리세스
33: 결합 구멍
34: 구동 샤프트 베어링
40: 이동식 변위 스파이얼
41: 스크롤 베어링
42: 격벽
43: 가이드 핀
44: 나선형 벽
45: 가이드 공간

Claims (14)

  1. 스크롤 원리에 따른 포지티브 변위 기계(positive displacement machine)용, 특히 스크롤 압축기용 밸런싱 메커니즘으로서, 상기 밸런싱 메커니즘은 구동 샤프트(10), 제 1 밸런싱 요소(balancing element)(20) 및 제 2 밸런싱 요소(30)를 포함하고,
    - 상기 제 1 밸런싱 요소(20)는 원통형 허브 섹션(hub section)(21) 및 제 1 힘 전달 섹션(force transmission section)(22)을 포함하고 제 1 회전축(11)을 통해 상기 구동 샤프트(10)와 회전 가능하게 접촉하고,
    - 상기 제 2 밸런싱 요소(30)는 제 2 회전축(12)을 통해 상기 구동 샤프트(10)와 회전 가능하게 접촉하고,
    상기 구동 샤프트(10)의 중심축(S)과 상기 원통형 허브 섹션(21)의 중심축(C)은 제 1 기준선(CS) 상에 배치되고, 상기 제 1 밸런싱 요소(20)의 무게 중심(J)과 상기 제 2 밸런싱 요소(30)의 무게 중심(K)은 상기 제 1 회전축(11)의 중심축(P)과는 상기 제 1 기준선(CS)의 다른 측에 배치되는, 밸런싱 메커니즘.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 허브 섹션(21)은 상기 제 1 회전축(11)이 결합되는 편심되게 배치된 장착 구멍(fitting hole)(23)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 밸런싱 메커니즘.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 밸런싱 요소(30)는 상기 제 2 회전축(12)이 결합되는 결합 구멍(33)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 밸런싱 메커니즘.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 회전축(11)은 상기 허브 섹션(21)에 고정식으로, 특히 단일체로, 그리고 편심되게 연결되고 상기 구동 샤프트(10)의 제 1 블라인드 홀(blind hole)(16)에 회전 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는, 밸런싱 메커니즘.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 회전축(12)은 상기 제 2 밸런싱 요소(30)에 고정식으로, 특히 단일체로 연결되고 상기 구동 샤프트(10)의 제 2 블라인드 홀(17)에 회전 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는, 밸런싱 메커니즘.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 밸런싱 요소(30)는 상기 제 1 밸런싱 요소(20)와 구동 샤프트 베어링(34) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는, 밸런싱 메커니즘.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 밸런싱 요소(20)는 제 1 힘 전달 섹션(22)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 밸런싱 메커니즘.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 밸런싱 요소(30)는 상기 제 1 회전축(11)의 중심축(P)과 상기 제 2 회전축(12)의 중심축(Q)을 연결하는 제 2 기준선(PQ)의 동일한 측에 배치된 질량 섹션(mass section)(31) 및 제 2 힘 전달 섹션(32)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 밸런싱 메커니즘.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 밸런싱 요소(30)의 제 2 힘 전달 섹션(32)은 상기 제 1 밸런싱 요소(20)의 제 1 힘 전달 섹션(22)과 힘-전달 접촉하는 것을 특징으로 하는, 밸런싱 메커니즘.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 밸런싱 요소(20)와 상기 제 2 밸런싱 요소(30)는 각각 일체형으로, 특히 단일체로 형성되는 것을 특징으로 하는, 밸런싱 메커니즘.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동 샤프트(10)는, 상기 제 1 회전축(11) 주위로 연장되고 상기 결합 구멍(33) 영역에서 상기 제 2 밸런싱 요소(30)의 두께보다 큰 높이를 갖는 스페이서 요소(spacer element)(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 밸런싱 메커니즘.
  12. 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 밸런싱 요소(20)는, 상기 구동 샤프트(10)를 향해 상승하고 상기 제 2 밸런싱 요소(30)의 질량 섹션(31)을 위한 정지부(stop)(25)를 형성하는 웨브(web)(24)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 밸런싱 메커니즘.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 밸런싱 메커니즘을 갖는, 스크롤 원리에 따른 포지티브 변위 기계, 특히 스크롤 압축기.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 허브 섹션(21)은 이동식 변위 스파이럴(40), 특히 작동 중에 궤도운동하는 변위 스파이럴(40)에 연결된 스크롤 베어링(scroll bearing)(41)을 지지하며, 상기 이동식 변위 스파이럴(40)은 고정식 변위 스파이럴과 결합되는 것을 특징으로 하는, 포지티브 변위 기계.
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