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Dokumentenidentifikation DE69306524T2 03.04.1997
EP-Veröffentlichungsnummer 0593747
Titel VERDICHTEREINHEIT MIT VERQUETSCHTEM GEHAEUSE
Anmelder Copeland Corp., Sidney, Ohio, US
Erfinder GRASSBAUGH, Walter, T., Sidney, OH 45365, US
Vertreter Rechts- und Patentanwälte Lorenz Seidler Gossel, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69306524
Vertragsstaaten DE, FR
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 13.04.1993
EP-Aktenzeichen 939116133
WO-Anmeldetag 13.04.1993
PCT-Aktenzeichen US9303287
WO-Veröffentlichungsnummer 9321440
WO-Veröffentlichungsdatum 28.10.1993
EP-Offenlegungsdatum 27.04.1994
EP date of grant 11.12.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.04.1997
IPC-Hauptklasse F04B 17/00
IPC-Nebenklasse F04B 53/16   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft hermetisch versiegelte Verdichteranordnungen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung hermetisch versiegelte Verdichteranordnungen mit einem Mantel, der in einzigartiger Weise verstemmt ist, um übermäßigen Axial- und Umfangsbelastungen zu widerstehen.

Hermetisch versiegelte Motorverdichter verschiedener Bauarten sind im Stand der Technik wohlbekannt. Diese Bauarten umfassen sowohl Kolbenverdichter als auch Spiralverdichter. Obwohl sich die vorliegende Erfindung gleichermaßen auf jede der verschiedenen Bauarten von Motorverdichteraggregaten bezieht, wird sie für Beispielzwecke, die in einer hermetisch versiegelten Spiralströmungsmaschine verkörpert sind, beschrieben.

Eine Spiralströmungsmaschine weist einen Verdichterabschnitt und einen Elektromotorabschnitt auf, die in einen hermetisch versiegelten Mantel mit Strömungskanälen eingebaut sind, die durch die Wände des hermetisch versiegelten Mantels verlaufen. Die Strömungskanäle sind normalerweise durch Rohrleitungen mit außen befindlichen Vorrichtungen, wie z.B. mit einem Verdampfer und einem Kondensator, verbunden, wenn die Maschine in einer Kälteanlage verwendet wird.

Der Spiralverdichterabschnitt weist einen Verdichter auf, der aus einem nichtumlaufenden Spiralelement besteht, das mit einem umlaufenden Spiralelement paarweise verbunden ist. Diese Spiralelemente besitzen Spiralwindungen, die in Übereinstimmung mit einer Kurve geformt sind, die gewöhnlich einer Evolvente nahekommt, um nach oben aus Endblechen herauszuragen. Diese Spiralelemente sind so zusammengesetzt, daß ihre Windungen ineinandergreifen, um dazwischen Kompressionsräume zu bilden. Die Volumina dieser Kompressionsräume werden als Reaktion auf eine Umlaufbewegung des umlaufenden Spiralelements schrittweise verändert. Eine Flüssigkeitsansaugöffnung steht mit einem Abschnitt des nichtumlaufenden Spiralelements nahe dem radial äußeren Ende des äußersten Kompressionsraums in Verbindung, während eine Flüssigkeitsauslaßöffnung in den Abschnitt des nichtumlaufenden Spiralelements dicht neben der Mitte davon mündet. Ein Oldham-Ringmechanismus ist zwischen dem umlaufenden Spiralelement und dem nichtumlaufenden Spiralelement angeordnet, um zu verhindern, daß sich das umlaufende Spiralelement um seine eigene Achse dreht.

Das nichtumlaufende Spiralelement ist an dem Hauptlagergehäuse mit Hilfe einer Vielzahl von sich dazwischen erstreckenden Bolzen befestigt, die eine begrenzte relative Axialbewegung zwischen dem Lagergehäuse und dem nichtumlaufenden Spiralelement erlauben.

Das umlaufende Spiralelement wird von einer Kurbelwelle angetrieben, um in bezug auf das feststehende Spiralelement eine Drehbewegung zu erzeugen. Folglich werden die Volumina der zuvor erwähnten Räume schrittweise verringert, um die in diesen Räumen eingeschlossene Flüssigkeit zu verdichten, und die verdichtete Flüssigkeit wird aus der Auslaßöffnung abgelassen, indem die Kompressionsräume mit der Auslaßöffung in Verbindung gebracht werden. Das Gehäuse ist starr an dem hermetisch versiegelten Mantel angebracht. Die Befestigungsverfahren zur Verbindung des Gehäuses mit dem hermetisch versiegelten Mantel umfassen das Verschrauben, das Stift- oder Lochschweißen und/oder die Preß- oder Schrumpfpassung. Obwohl jedes dieser Verfahren gewisse Vorteile bietet, sind sie auch mit individuellen Nachteilen behaftet.

Die preß- oder Schrumpfpassung ist das am wenigsten kostenaufwendige Befestigungsverfahren, und es kann den meisten Kräften widerstehen, die normalerweise von der Anordnung ausgeübt werden. Die Verdichteranordnung ist jedoch unter bestimmten Bedingungen in der Lage, Kräfte zu erzeugen, die das Haltevermögen der Preßpassungskonstruktion übersteigen könnten. Wenn diese übermäßigen Kräfte erzeugt werden, könnte das Gehäuse entweder axial oder in Umfangsrichtung in bezug auf den hermetisch versiegelten Mantel rutschen, was sich nachteilig auf den Betrieb der Verdichteranordnung auswirken würde.

Das Schweißen des Gehäuses löst die Probleme, Kräften widerstehen zu können, die die normalen Kräfte übersteigen, die Kosten der Herstellung einer geschweißten Anordnung sind allerdings in der Massenproduktion verhältnismäßig hoch.

Das Anschrauben des Gehäuses an den Mantel löst ebenfalls das Problem, Kriften widerstehen zu können, die die normalen Kräfte übersteigen, die Kosten, die mit der Herstellung sowohl des Mantels als auch der inneren Bauteile verbunden sind, damit sie einen Bolzen aufnehmen können und gleichzeitig die erforderliche hermetische Versiegelung aufrechterhalten, machen jedoch das Verfahren für die Massenproduktion ungeeignet. Darüberhinaus machen die Probleme der ordnungsgemäßen Ausführung der Befestigung und die mit dem Befestigungselement verbundenen Kosten dies zu einer nicht wünschenswerten Option.

Was folglich erforderlich ist, ist eine Einrichtung zur starren Befestigung des Gehäuses eines Motorverdichteraggregats an einem hermetisch versiegelten Mantel, die in der Lage ist, sowohl den normalen als auch den unnormalen Kräften zu widerstehen, die während des Betriebes des Verdichters erzeugt werden. Die Einrichtung zur starren Befestigung des Gehäuses sollte sowohl kostengünstig und zuverlässig, als auch für die Massenproduktion geeignet sein.

Zusammenfassung der vorliegenden Erfindung

Die vorliegende Erfindung sieht die Technik einer Einrichtung zur Befestigung des Gehäuses an einem hermetisch versiegelten Mantel eines Motorverdichters vor, die kostengünstig, zuverlässig und in der Lage ist, sowohl normalen als auch unnormalen Kräften zu widerstehen, die während des Betriebes des Motorverdichters erzeugt werden.

Die EP-A-0 464 282 offenbart einen hermetisch versiegelten Verdichter gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Die vorliegende Erfindung sieht einen hermetisch versiegelten Verdichter vor, umfassend:

einen Mantel mit einer Längsachse;

einen Verdichter, der in dem Mantel angeordnet ist und ein Gehäuse mit einer Außenseite aufweist;

wenigstens eine mechanische Verbindung zwischen dem Mantel und dem Verdichtergehäuse, wobei die wenigstens eine Verbindung eine Ausnehmung in dem Gehäuse und einen in der Ausnehmung angeordneten nach innen verformten Abschnitt des Mantels umfaßt, wobei die Ausnehmung eine im allgemeinen zylindrische Innenseite aufweist, die im allgemeinen senkrecht zur Außenseite des Gehäuses angeordnet ist, wobei die mit dem nach innen verformten Abschnitt des Mantels zusammenwirkende Innenseite einer Drehbewegung des Mantels in bezug auf das Gehäuse entgegenwirkt, wobei die Verbindung bzw. Verbindungen kumulativ genügend Haltekraft ausüben, um den während des Betriebes des Verdichters entstehenden beachtlichen Kräften standzuhalten; und

einen Motor in dem Mantel zum Antrieb des Verdichters;

dadurch gekennzeichnet, daß der nach innen verformte Abschnitt des Mantels eine teilweise sphärische Oberfläche und eine teilweise zylindrische Oberfläche besitzt, und daß die teilweise zylindrische Oberfläche mit der im allgemeinen zylindrischen Innenseite der Ausnehmung in engem Kontakt steht.

In der im folgenden beschriebenen und veranschaulichten Ausführungsform eines Verdichters gemäß der vorliegenden Erfindung ist der hermetisch versiegelte Mantel plastisch in eine Vielzahl von Ausnehmungen verformt, die in dem Gehäuse des Motorverdichteraggregats ausgebildet sind. Die Verformung des Mantels ist derart, daß der Werkstoff in die Ausnehmung verschoben wird, ohne die Wand des hermetisch versiegelten Mantels zu durchdringen, wodurch die hermetische Unversehrtheit des versiegelten Raumes aufrechterhalten bleibt. Die Form des verschobenen Werkstoffs des Mantels und der Ausnehmung ist derart, daß eine im allgemeinen zylindrische lastaufnehmende Grenzfläche erzeugt wird, die sowohl axial als auch in Umfangsrichtung wirkenden Kräften widerstehen kann.

Eine Ausführungsform eines Verdichters gemäß der vorliegenden Erfindung wird im folgenden lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines hermetisch versiegelten Verdichters gemäß der vorliegenden Erfindung im Aufriß;

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Werkzeugs, das verwendet wird, um die Verstemmung zu erzeugen, die einen Teil der vorliegenden Erfindung bildet;

Fig. 3 eine weitere vergrößerte Ansicht der Form des verstemmten Bereiches, der in Fig. 1 durch den Kreis 3-3 bezeichnet ist, gemäß der vorliegenden Erfindung.

Die vorliegende Erfindung wird zu Beispielzwecken in Verbindung mit einem hermetisch versiegelten Spiralverdichter veranschaulicht. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf einen Spiralverdichter beschränkt, und es ist möglich, die verstemmte Konfiguration auf praktisch jeden Motorverdichtertyp oder eine ähnliche Maschine anzuwenden.

Bezugnehmend auf die Zeichnungen ist eine Spiralströmungsmaschine 10 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, die in diesem Fall ein Verdichter einer Kälteanlage ist. Die Strömungsmaschine 10 besteht aus einer hermetisch versiegelten Mantelanordnung 12, einem Verdichterabschnitt 14 und einem Motorantriebsabschnitt 16. Die hermetisch versiegelte Mantelanordnung 12 besteht aus dem unteren Mantel 13, einer oberen Abdeckung 15, einem Bodenabschluß 17 und einem Trennblech 19. Der Bodenabschluß 17, der untere Mantel 13, das Trennblech 19 und die obere Abdeckung 15 werden starr und hermetisch dicht in der gezeigten Weise durch Schweißen während der Montage der Strömungsmaschine 10 angebracht, um einen versiegelten Ansaugraum 21 und einen Auslaßraum 56 zu bilden. Der hermetisch versiegelte Mantel 12 weist des weiteren einen Einlaßstutzen 23 und eine Auslaßstutzen 25 auf.

Der Verdichterabschnitt 14 besteht aus einem nichtumlaufenden Spiralelement 18, einem umlaufenden Spiralelement 20 und einem Lagergehäuse 22. Das nichtumlaufende Spiralelement 18 umfaßt ein Endblech und einen Körper 24 mit einem Raum 26, in dem eine Spiralwindung 28 angeordnet ist. Das nichtumlaufende Spiralelement weist eine Vielzahl von Ansätzen 30 auf, die mittels Schraubenbolzen 32 an dem Lagergehäuse 22 befestigt werden können.

Das umlaufende Spiralelement 20 umfaßt ein Endblech 34 und eine Spiralwindung 36, die sich von dem Endblech 34 nach oben in den Raum 26 erstreckt. Die Spiralwindung 36 greift in der üblichen Weise in die Spiralwindung 28 des nichtumlaufenden Spiralelements 18 ein, um in Verbindung mit dem Lagergehäuse 22 einen Verdichterabschnitt 14 der Strömungsmaschine 10 zu bilden. Die geschlossenen Räume 52 werden durch die ineinandergreifenden Windungen 28 und 36 begrenzt, und die Anordnung steht in Verbindung mit der normalen Auslaßöffnung 54, die in der Mittelstellung des nichtumlaufenden Spiralelements 18 gebildet wird. Die Auslaßöffnung 54 steht mit dem Auslaßraum 56 in Verbindung, der durch das Trennblech 19 und die obere Abdeckung 15 gebildet wird.

Das Lagergehäuse 22 weist eine Vielzahl (3 oder 4) von sich radial nach außen erstreckenden Nasen 38 auf, die an der hermetisch versiegelten Mantelanordnung 12 angebracht sind. Die Nasen 38 des Lagergehäuses fluchten mit den Ansätzen 30 des nichtumlaufenden Spiralelements 18 und weisen Gewindebohrungen 40 zur Aufnahme von Schraubenbolzen 32 zur Befestigung des nichtumlaufenden Spiralelements 18 auf, wie oben beschrieben ist. An ihrem äußeren Ende weist jede Nase 38 eine darin angeordnete zylindrische Ausnehmung 42 auf.

Der Verdichterabschnitt 14 umfaßt des weiteren eine Kurbelwelle 46 mit einem Exzenterwellenabschnitt 48, der durch eine Antriebsbuchse und eine Lageranordnung 50 mit dem umlaufenden Spiralelement 20 verbunden ist. Ein Gegengewicht 60 ist an der Kurbelwelle 46 befestigt, die an ihrem unteren Ende durch die untere Lageranordnung 64 gelagert ist. Die untere Lageranordnung 64 ist starr an der Mantelanordnung 12 befestigt und weist einen Mittelabschnitt 66 mit einer langgestreckten Bohrung 68 auf, in der ein Zapfenlager 70 angeordnet ist, das dazu bestimmt ist, das untere Ende der Kurbelwelle 46 aufzunehmen.

Der Motorantriebsabschnitt 16 besteht aus einem Motorständer 80, der fest an dem unteren Mantel 13 angebracht ist, vorzugsweise durch Preßsitz, und einem Motorläufer 82, der mit der Kurbelwelle 46 des Verdichterabschnitts 14 gekoppelt ist.

Die Nasen 38 des Lagergehäuses 22 sind in den Innendurchmesser der hermetisch versiegelten Mantelanordnung 12 eingepreßt. Nach ordnungsgemäßem Positionieren des Lagergehäuses 22 innerhalb des unteren Mantels 13 wird ein Verstemmwerkzeug 90 radial nach innen gegen den Mantel gedrückt, um den unteren Mantel 13 in jedem der Bereiche der Ausnehmungen 42 plastisch zu verformen, so daß eine Vielzahl von kreisförmigen verstemmten Abschnitten 92 entsteht, wie am besten in Fig. 3 zu sehen ist. Der untere Mantel 13 wird hinreichend verformt, um zu bewirken, daß die Kante 94 der Ausnehmung 42 in das Mantelmetall paßt, um eine Zylindererhaltungsfläche 92 zu bilden, die plastische Verformung des oberen Mantels reicht jedoch nicht aus, um die hermetische Versiegelung des abgedichteten Raumes 21 durch übermäßige schwächung oder durch Perforieren des Mantelwerkstoffs zu beeinträchtigen. Während des Betriebes der Spiralströmungsmaschine müssen die durch den Betrieb des Verdichters sowohl in axialer Richtung als auch in Umfangsrichtung erzeugten Kräfte durch die Verbindungen zwischen den Nasen 38 und dem unteren Mantel 13 aufgenommen werden. Die Ausnehmungen 42 sind vorzugsweise in bezug auf Größe und Anzahl ausreichend, um die maximalen angenommenen unnormalen Kräfte aufzunehmen, die erzeugt werden können.

Das Verstemmwerkzeug 90 ist in Fig. 2 und 3 veranschaulicht und umfaßt eine im allgemeinen ebene Kreisringfläche 100 mit einer sphärischen Fläche 102, die sich davon ausgehend erstreckt. Ein gerundeter Abschnitt 104 bildet den Bereich, wo die sphärische Fläche 102 in die ringförmige Fläche 100 übergeht. Der Kreisdurchmesser 106, wo diese beiden Flächen zusammentreffen, wird als Basisdurchmesser bezeichnet.

Es wurde festgestellt, daß mit einem Mantelwerkstoff aus angelassenem warmgewalzten Stahl durchaus zufriedenstellende Ergebnisse erzielt wurden, wenn der Basisdurchmesser 106 gleich dem 1,30- bis 1,35fachen des Durchmessers der Ausnehmung 42 war, die in dem Lagergehäuse 22 ausgebildet ist. Der Abstand, um den die sphärische Fläche 102 gegenüber der ebenen Kreisfläche 100 vorspringt, wird als Nasenhöhe bezeichnet. Es wurde festgestellt, daß die Nasenhöhe ungefähr gleich der Dicke des Werkstoffs sein sollte, der zur Herstellung des unteren Mantels 13 verwendet wird, und bei dem es sich um den zu verstemmenden Werkstoff handelt. Der Radius der sphärischen Fläche 102 wird schließlich als Nasenradius bezeichnet, und er sollte ungefähr gleich dem 0,85fachen des Durchmessers der Ausnehmung 42 sein. Durch Einhalten der oben genannten Richtwerte wird ein verstemmter Bereich ähnlich dem in Fig. 2 dargestellten erzielt. Die Breite der Kreiserhaltungsfläche 92 ist ungefähr gleich einem Drittel der Dicke des zur Herstellung des unteren Mantels 13 verwendeten Werkstoffs, bei dem es sich um den zu verstemmenden Werkstoff handelt.

Insbesondere wiesen die Spiralströmungsaggregate 10, die getestet wurden und sich als die zuverlässigsten erwiesen haben, eine Dicke des unteren Mantels 13 von ungefähr 3,00 mm auf. Das Lagergehäuse 22 hatte vier Ausnehmungen 42 mit einem Durchmesser von jeweils ungefähr 12,70 mm. Das Lagergehäuse 22 wurde in den unteren Mantel 13, der eine Preßpassung von 0,20/0,46 mm besitzt, mittels einer hydraulichen Presse mit einer Kraft von ungefähr 2000 lbs. eingepreßt Dann wurde der untere Mantel 13 mit vier Verstemmwerkzeugen mit je einem Basisdurchmesser 106 von ungefähr 16,764 mm, einer Nasenhöhe von ungefähr 3,045 mm und einem Nasenradius von ungefähr 10,80 mm in die vier Ausnehmungen 42 mit einem Durchmesser von 12,70 mm verstemmt. Dies ergab das in Fig. 2 und 3 dargestellte Verstemmungsbild mit einer Zylindererhaltungsfläche 92 mit einer Breite von 1,0 bis 1,3 mm.

Obwohl offensichtlich ist, daß die bevorzugte Ausführungsform der offenbarten Erfindung genau berechnet wurde, um die oben erwähnten Vorzüge zu bieten, wird davon ausgegangen, daß die Erfindung modifiziert, variiert und verändert werden kann, ohne vom Rahmen der beigefügten Ansprüche abzuweichen.


Anspruch[de]

1. Hermetisch versiegelter Verdichter (10), umfassend:

einen Mantel (12) mit einer Längsachse;

einen Verdichter (14), der in dem Mantel (12) angeordnet ist und ein Gehäuse (22) mit einer Außenseite aufweist;

wenigstens eine mechanische Verbindung (42, 92, 94) zwischen dem Mantel (12) und dem Verdichtergehäuse (22), wobei die wenigstens eine Verbindung (42, 92, 94) eine Ausnehmung (42) in dem Gehäuse (22) und einen in der Ausnehmung (42) angeordneten nach innen verformten Abschnitt (92, 94) des Mantels umfaßt, wobei die Ausnehmung eine im allgemeinen zylindrische Innenseite aufweist, die im allgemeinen senkrecht zur Außenseite des Gehäuses (22) angeordnet ist, wobei die mit dem nach innen verformten Abschnitt (92, 94) des Mantels (12) zusammenwirkende Innenseite einer Drehbewegung des Mantels (12) in bezug auf das Gehäuse (22) entgegenwirkt, wobei die Verbindung bzw. Verbindungen kumulativ genügend Haltekraft ausüben, um den während des Betriebs des Verdichters (14) entstehenden beachtlichen Kräften standzuhalten; und

einen Motor (16) in dem Mantel (12) zum Antrieb des Verdichters (14); dadurch gekennzeichnet, daß der nach innen verformte Abschnitt des Mantels (12) eine teilweise sphärische Oberfläche und eine teilweise zylindrische Oberfläche (92) besitzt, und daß die teilweise zylindrische Oberfläche (92) mit der im allgemeinen zylindrischen Innenseite der Ausnehmung (42) in engem Kontakt steht.

2. Hermetisch versiegelter Verdichter nach Anspruch 1, bei dem das Gehäuse (22) in dem Mantel (12) gegen die unter normalen Betriebsbedingungen auftretenden Normalkräfte durch einen Preßsitz zwischen der Außenseite des Gehäuses (22) und der Innenseite des Mantels und gegen abnorme Kräfte durch die Verbindung bzw. Verbindungen (42, 92, 94) festgehalten wird.

3. Hermetisch versiegelter Verdichter nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem der Mantel (12) langgestreckt ist und der Motor (16) axial in bezug auf den Verdichter (14) angeordnet ist.

4. Hermetisch versiegelter Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kräfte in axialer Richtung wirken.

5. Hermetisch versiegelter Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Kräfte in Umfangsrichtung in bezug auf die Längsachse des Mantels (12) wirken.

6. Hermetisch versiegelter Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Kräfte in axialer Richtung und in Umfangsrichtung in bezug auf die Längsachse des Mantels (12) wirken.

7. Hermetisch versiegelter Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Verdichter (14) ein Kreiskolbenverdichter ist.

8. Hermetisch versiegelter Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Verdichter (14) ein Spiralverdichter ist.

9. Hermetisch versiegelter Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, des weiteren umfassend eine Antriebswelle (46) zum Antrieb des Verdichters (14), wobei die Antriebswelle in dem Gehäuse gelagert ist.







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