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Dokumentenidentifikation DE102004025678A1 29.12.2005
Titel Verfahren zum Montieren einer Antriebswelle eines Verdichters
Anmelder Danfoss Compressors GmbH, 24939 Flensburg, DE
Erfinder Petersen, Christian, 25856 Hattstedt, DE;
Holm Iversen, Frank, Padborg, DK;
Lassen, Heinz Otto, 24943 Flensburg, DE;
Nommensen, Marten, 24943 Flensburg, DE
Vertreter Patentanwälte Knoblauch und Knoblauch, 60322 Frankfurt
DE-Anmeldedatum 26.05.2004
DE-Aktenzeichen 102004025678
Offenlegungstag 29.12.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.12.2005
IPC-Hauptklasse H02K 15/16
IPC-Nebenklasse H02K 5/16   
Zusammenfassung Es wird ein Verfahren zum Montieren einer Antriebswelle (19) eines Verdichters, insbesondere eines hermetischen Kältemittelverdichters, vorgeschlagen, der einen Motor mit einem Stator und einem mit der Antriebswelle (19) verbundenen und in einer Rotoröffnung (4) des Stators angeordneten Rotor aufweist, wobei man einen ersten Lagerhalter (8) und einen zweiten Lagerhalter (29) mit dem Stator (1) verbindet und im ersten Lagerhalter (8) ein erstes Lager (15) und im zweiten Lagerhalter (29) ein zweites Lager (28) für die Antriebswelle (19) montiert.
Man möchte ein Verfahren zum Montieren einer Antriebswelle angeben, durch das trotz Verwendung von Bauteilen mit an sich relativ großen Herstellungstoleranzen eine gute Ausrichtung der Antriebswelle zum Stator erreicht wird.
Hierzu ist vorgesehen, daß man zumindest beim ersten Lagerhalter (8) einen Positionieranschlag für das erste Lager (15) nach der Montage des ersten Lagerhalters (8) am Stator (1) ausbildet.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Montieren einer Antriebswelle eines Verdichters, insbesondere eines hermetischen Kältemittelverdichters, der einen Motor mit einem Stator und einem mit der Antriebswelle verbundenen und in einer Rotoröffnung des Stators angeordneten Rotor aufweist, wobei man einen ersten Lagerhalter und einen zweiten Lagerhalter mit dem Stator verbindet und im ersten Lagerhalter ein erstes Lager und im zweiten Lagerhalter ein zweites Lager für die Antriebswelle montiert.

Kältemittelverdichter haben sich zu einem in großen Stückzahlen hergestellten Produkt entwickelt, das dementsprechend möglichst preisgünstig hergestellt werden sollte. Da Kältemittelverdichter aber praktisch das ganze Jahr über betrieben werden sollen, muß man den Energieverbrauch des Motors, der zum Antrieb der Verdichtereinheit benötigt wird, so klein wie möglich halten. Dies wiederum erfordert es, daß beispielsweise Rotor und Stator mit einer möglichst genauen gegenseitigen Ausrichtung zusammengebaut werden, um den Luftspalt zwischen Rotor und Stator kleinzuhalten und damit Energieverluste zu verringern.

US 6 095 768 zeigt einen Kältemittelverdichter mit einem becherförmigen Statorgehäuse, das an seinem oberen Ende offen ist. Das offene Ende wird von einer Traverse überbrückt. Sowohl in der Traverse als auch im Boden des Statorgehäuses sind selbstausrichtende Lager für die Antriebswelle eingesetzt. Obwohl diese Lager eine gewisse Abweichung der Antriebswelle von der Achse des Stators zulassen, muß für eine relativ genaue Ausrichtung der Traverse gesorgt werden, damit diese senkrecht zur Antriebswelle steht.

Ein anderer Kältemittelverdichter ist aus US 3 762 837 bekannt. Dort ist die Antriebswelle auf beiden Seiten einer Kurbelzapfenanordnung gelagert. Der Rotor befindet sich jenseits einer Lagerung. Beide Lagerungen sind radial verschiebbar und müssen nach der Montage des Motors und der Verdichteranordnung individuell ausgerichtet und festgelegt werden, um einen gleichmäßigen Luftspalt zwischen Rotor und Stator sicherzustellen. Zum Ausrichten werden Schrauben gelöst und die Lager verschoben. Danach werden die Schrauben wieder festgezogen. Die Lager werden also nur durch Klemmkraft gehalten.

EP 0 524 552 A1 zeigt einen hermetischen Kältemittelverdichter mit doppelt gelagerter Antriebswelle, wobei das obere Lager in einem Block befestigt ist. Das untere Lager ist über ein Halteelement am Stator befestigt, so daß sich der Rotor gegenüber dem Stator des Motors selbst ausrichten kann.

In allen Fällen benötigt man relativ genau gefertigte Bauteile, um den Luftspalt zwischen Rotor und Stator kleinzuhalten und die Antriebswelle senkrecht zu den Lagern auszurichten. Bei einer "schief" stehenden Antriebswelle ergeben sich über kurz oder lang relativ große Verschleißerscheinungen an den Lagern. Darüber hinaus führt eine mangelhafte Ausrichtung zu Reibungsverlusten in den Lagern, die wiederum zu einem erhöhten Energieverbrauch führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Montieren einer Antriebswelle anzugeben, durch das trotz Verwendung von Bauteilen mit an sich relativ großen Herstellungstoleranzen eine gute Ausrichtung der Antriebswelle zum Stator erreicht wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß man zumindest beim ersten Lagerhalter einen Positionieranschlag für das erste Lager nach der Montage des ersten Lagerhalters am Stator ausbildet.

Mit dieser Vorgehensweise erreicht man einen gleichmäßigen Luftspalt zwischen Rotor und Stator, der zu dem noch relativ stark verkleinert werden kann. Reibungsverluste in den Lagern werden vermieden. Dies gilt auch dann, wenn man für den Verdichter relativ preiswerte Blechteile verwendet, also Teile mit relativ großen Herstellungstoleranzen. Man montiert zunächst den ersten Lagerhalter am Stator. Damit hat der Lagerhalter eine unveränderbare Position relativ zur Rotoröffnung. Man kann dann den Positionieranschlag für das erste Lager erzeugen und zwar in einer festen Abhängigkeit von der Position der Rotoröffnung. Der Positionieranschlag wird also erst nach der Montage des ersten Lagerhalters erzeugt, wird aber nach der Erzeugung gegenüber der Rotoröffnung nicht mehr verändert. Wenn man dann das erste Lager an dem Positionieranschlag ausrichtet, dann hat das erste Lager gegenüber der Rotoröffnung eine exakte konzentrische Ausrichtung.

Vorzugsweise verwendet man als Positionieranschlag den Rand einer Öffnung und stellt diesen Rand nach der Montage des Lagerhalters am Stator her. Das erste Lager wird dann in die Öffnung eingesetzt und ist dann exakt konzentrisch zur Rotoröffnung ausgerichtet. Anstelle einer Öffnung kann man auch eine Einprägung verwenden.

Vorzugsweise befestigt man bei einer vertikal ausgerichteten Antriebswelle den Lagerhalter des oberen Lagers am Stator und bildet den Positionieranschlag danach aus. Bei den meisten Kältemittelverdichtern wird der Motor mit einer vertikal stehenden Antriebswelle ausgebildet. Die Antriebswelle "hängt" dann am oberen Lager, in dessen Nähe in der Regel auch der Kurbelzapfen zum Antrieb der Verdichteranordnung angeordnet ist. In diesem Bereich ist eine genaue Ausrichtung der Antriebswelle in der Rotoröffnung besonders wichtig.

Auch ist von Vorteil, wenn man zum Herstellen des Positionieranschlags ein Werkzeug verwendet, von dem zumindest ein Teil konzentrisch in der Rotoröffnung angeordnet ist. Man verwendet also die Rotoröffnung selbst, um das Werkzeug zum Herstellen des Positionieranschlags zu zentrieren. Damit ist sichergestellt, daß der Positionieranschlag genau die Ausrichtung relativ zur Rotoröffnung hat, die man wünscht.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß der Teil den Querschnitt der Rotoröffnung ausfüllt. Man füllt also die Rotoröffnung oder zumindest ein Axialabschnitt davon mit dem Werkzeug aus, so daß das Werkzeug in der Rotoröffnung praktisch nicht mehr radial verschiebbar ist. Wenn man dann den Positionieranschlag bildet, dann ist der Positionieranschlag mit einer hohen Genauigkeit konzentrisch zur Rotoröffnung ausgerichtet.

Vorzugsweise verwendet man eine Stanze als Werkzeug. Mit einer Stanze läßt sich dann beispielsweise eine Öffnung ausstanzen, deren Rand dann als Positionieranschlag dient.

Vorzugsweise verwendet man einen Lagerhalter, der, bezogen auf das Lager, eine Öffnung mit Untermaß aufweist und vergrößert die Öffnung auf das Maß des Lagers. Bei der Verwendung einer Stanze hat dies den Vorteil, daß man nach dem Befestigen des Lagerhalters nur einen Feinstanzschritt benötigt, um die Öffnung auf das Endmaß zu bringen. Dies vereinfacht den Fertigungsvorgang weiter, da nur wenig Material entfernt werden muß und die zum Herstellen der endgültigen Öffnung erforderlichen Kräfte geringer sind.

Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, daß man als Lager ein Kalottenlager verwendet und einen die Öffnung umgebenden Bereich durch einen Prägeschritt in eine Lagerschale umformt. Auch in diesem Fall wird die "vor Ort" Fertigung sichergestellt, daß das Zentrum der Lagerschale genau auf der Achse des Stators liegt.

Vorzugsweise montiert man das zweite Lager am zweiten Lagerhalter, richtet es mit Hilfe eines Hilfswerkzeugs, das an mindestens zwei Ausrichtpositionen am Stator festgelegt ist, zentrisch zur Rotoröffnung aus und fixiert dann den zweiten Lagerhalter am Stator. Damit vermeidet man eine Überbestimmung.

Hierbei ist bevorzugt, daß man als Ausrichtpositionen Löcher in Blechen des Stators verwendet, die gemeinsam mit der Rotoröffnung hergestellt worden sind. Der Stator wird üblicherweise aus aufeinander geschichteten Blechen hergestellt, bei denen die Rotoröffnung dadurch erzeugt wird, daß die Bleche alle mit einer Ausstanzung versehen sind. Beim Herstellen dieser Ausstanzung kann man gleichzeitig noch Löcher ausstanzen, die man später für die Festlegung des Hilfswerkzeugs verwendet. Diese Löcher sind damit mit einer sehr hohen Genauigkeit zur Rotoröffnung genau positioniert.

Auch ist von Vorteil, daß man das zweite Lager ausrichtet, nachdem man es auf der Antriebswelle montiert hat. In diesem Fall ist dafür gesorgt, daß die Achse der Antriebswelle genau mit der Achse des Stators übereinstimmt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:

1 einen schematischen Querschnitt durch einen Stator,

2 eine perspektivische Ansicht des Stators,

3 eine Schnittansicht nach 1 mit eingesetztem Werkzeug,

4 die perspektivische Ansicht nach 2 nach dem Ausbilden einer Öffnung für das erste Lager,

5 eine Schnittansicht des Stators mit eingesetztem oberen Lager,

6 eine Schnittansicht des Stators mit eingesetzter Antriebswelle,

7 eine Schnittansicht mit eingesetztem Rotor und

8 eine Schnittansicht mit eingesetztem unteren Lager.

1 zeigt einen Stator 1 eines Motors, der zum Antrieb eines Verdichters, insbesondere eines Kältemittelverdichters, verwendet wird. Der Stator 1 weist ein Blechpaket 2 und eine Wicklung auf, von der Wickelköpfe 3 dargestellt sind. Das Blechpaket 2 umgibt eine Rotoröffnung 4. Die Rotoröffnung 4 wird dadurch hergestellt, daß die Bleche, die das Blechpaket 2 bilden, beim Ausstanzen gleich mit einer mittigen Öffnung versehen werden, so daß sich beim Aufeinanderstapeln der Bleche des Blechpakets 2 die Rotoröffnung 4 ergibt.

Ein Verdichterblock 5 ist außen an das Blechpaket 2 angesetzt und mit diesem fest verbunden, beispielsweise verschweißt. Der Verdichterblock 5 kann beispielsweise durch ein Blechteil gebildet sein. Der Verdichterblock 5 weist ein im wesentlichen parallel zur Achse 6 des Stators 1 verlaufendes Basisteil 7 auf, an dem ein erster Lagerhalter 8 befestigt wird, beispielsweise durch Schweißen. Der erste Lagerhalter 8 bildet nach der Verbindung mit dem Basisteil 7 einen einseitig eingespannten Balken, der sich über die Rotoröffnung 4 hinweg erstreckt. Sowohl das Basisteil 7 als auch der erste Lagerhalter 8 sind kostengünstig aus ausgestanzten und umgeformten Stahlblechteilen gefertigt. Das Basisteil 7 weist oberhalb des ersten Lagerhalters 8 eine Montageöffnung 9 auf, die später zur Aufnahme der eigentlichen Verdichtereinheit dient.

In dem die Rotoröffnung 4 überspannenden Abschnitt des ersten Lagerhalters 8, der auch als "oberer Lagerhalter" bezeichnet werden kann, wird nun eine Öffnung 10 für ein erstes Lager eingebracht, das später die Antriebswelle lagert. Hierzu wird ein unteres Halteteil 11 einer Stanzvorrichtung, beispielsweise ein Expansionsdorn, in die Statoröffnung 4 eingeführt. Das untere Halteteil 11 füllt die Statoröffnung 4 aus, ist also in Radialrichtung nicht mehr beweglich. Das untere Halteteil 11 wird an die Unterseite des ersten Lagerhalters 8 angelegt. Ein oberes Halteteil 12 der Stanzvorrichtung wird von oben am ersten Lagerhalter 8 angesetzt, bevor ein Stanzwerkzeug 13 die Öffnung 10 im oberen Lagerhalter 8 ausstanzt. Diese Öffnung 10 ist damit genau konzentrisch zur Achse 6 der Statoröffnung 4, unabhängig davon, ob der erste Lagerhalter 8 genau genug am Basisteil 7 des Verdichterblocks 5 und damit am Stator 1 montiert worden ist. Die genaue Ausrichtung der Öffnung 10 zur Rotoröffnung 4 wird in den folgenden Montageschritten auch nicht mehr aufgegeben, weil der Verdichterblock 5 fest am Stator 1 montiert bleibt.

Man kann die Öffnung 10 im ersten Lagerhalter 8 auch schon "vorfertigen" und zwar mit einem vorbestimmten Untermaß. In die vorgefertigte Öffnung 10 paßt das erste Lager noch nicht hinein. Man kann aber durch einen Feinstanzschritt die Öffnung 10 auf das Endmaß erweitern. Dies vereinfacht den Fertigungsvorgang weiter, da nur wenig Material entfernt werden muß und die dazu erforderlichen Kräfte geringer sind.

Wenn man als erstes Lager ein Kalottenlager verwendet (nicht dargestellt), dann kann man den die Öffnung 10 umgebenden Bereich des ersten Lagerhalters 8 durch einen Prägeschritt so umformen, daß eine Lagerschale 14 für das Kalottenlager entsteht. Auch in diesem Fall wird durch die dargestellte Vorgehensweise sichergestellt, daß das Zentrum der Lagerschalen genau auf der Achse 6 des Stators 1 liegt.

In 5 ist nun dargestellt, daß man eine Lagerbuchse 15 in die Öffnung 10 einsetzt. Die Lagerbuchse 15 kann aus Sintermetall gebildet sein und weist einen umlaufenden radial vorstehenden Flansch 16 auf, der dann von oben auf dem ersten Lagerhalter 8 aufliegt. Die Lagerbuchse 15 wird in den ersten Lagerhalter 8 eingepreßt, wobei eine Steuervorrichtung 17, die im unteren Halteteil 11 geführt ist, die radiale und die axiale Position der Buchse 15 festlegt. Die zum Einpressen erforderliche Kraft kann durch das obere Halteteil 12 der Stanze bereitgestellt werden. Anstelle des oberen Halteteils 12 kann man natürlich auch ein entsprechendes Pressenwerkzeug verwenden. Das obere Halteteil 12 wird beim Pressen auf der Steuervorrichtung 17, genauer gesagt einem die Öffnung 10 durchragenden Vorsprung 18 geführt, so daß auch hier keine radialen Kräfte auftreten können, die zu einer Verschiebung der Lagerbuchse 14 führen könnten.

In 6 ist dargestellt, daß in die Lagerbuchse 15 eine Antriebswelle 19 eingesetzt wird. Die Antriebswelle 19 weist nun eine Achse auf, die deckungsgleich mit der Achse 6 des Stators 1 ist. Sie hängt unter der Wirkung der Schwerkraft zunächst senkrecht nach unten. Am oberen Ende weist die Antriebswelle 19 eine Trägerscheibe 20 auf, auf der ein Kurbelzapfen 21 und ein Ausgleichsgewicht 22 befestigt sind. Die Trägerscheibe 20 liegt auf dem Flansch 16 der Lagerbuchse 15 auf, so daß die Lagerbuchse 15 hier nicht nur ein Radiallager, sondern auch ein Axiallager bildet. Die Antriebswelle 19 kann einfach von oben in die Lagerbuchse 15 eingesetzt werden.

Aus 7 ist zu erkennen, daß in einem weiteren Montageschritt ein Rotor 23 auf die Antriebswelle 19 aufgepreßt wird, während ein nicht näher dargestellter Gegenhalter am kurbelseitigen oberen Ende der Antriebswelle 19 die Aufpreßkräfte aufnimmt. Zur Erleichterung des Aufpreßvorgangs kann der Rotor 23 vor der Montage erwärmt werden. Nach dem Abkühlen schrumpft er auf die Welle auf.

In 8 ist der letzte Schritt bei der Montage dargestellt. Ein Hilfswerkzeug 24 wird mit Zapfen 25 in Positionieröffnungen 26 (2 und 4) eingesetzt, die in den Blechen des Blechpakets 2 ausgebildet sind. Diese Positionieröffnungen 26 werden im gleichen Stanzvorgang erzeugt, in dem auch die Ausschnitte ausgestanzt werden, die später die Rotoröffnung 4 bilden. Damit haben die Positionieröffnungen 26 eine sehr genaue räumliche Beziehung zur Rotoröffnung 4.

Das Hilfswerkzeug 24 weist eine zentrische Öffnung 27 auf, in die die Spitze der Antriebswelle 19 eingeführt wird. Vor dem Ansetzen des Hilfswerkzeugs 24 ist allerdings noch ein zweites Lager 28, das in einen zweiten Lagerhalter 29 eingesetzt ist, auf die Antriebswelle 19 aufgeschoben worden. Wenn die Verdichterwelle 19 durch die Lagerbuchse 15, die das erste Lager bildet, und das Hilfswerkzeug 24 genau zum Blechpaket 2 des Stators 1 positioniert worden ist, dann wird der zweite Lagerhalter 29 an einem vom Basisteil 7 abstehenden Schenkel 30 befestigt, beispielsweise angeschweißt. Man kann den zweiten Lagerhalter 29 mit dem Schenkel 30 aber auch verschrauben oder vernieten.

Für das zweite Lager 28 bevorzugt man ein Kalottenlager, um eventuelle Winkelfehler zwischen dem Lagerhalter 29 und der Antriebswelle 19 auszugleichen, falls der zweite Lagerhalter 29 nicht genau rechtwinklig zur Antriebswelle 19 verläuft.

Nach der Befestigung des zweiten Lagerhalters 29 am Basisteil 7 ist somit sichergestellt, daß die Mittelpunkte der Lagerbuchse 15 und des zweiten oder unteren Lagers 28 sowie die Längsachsen der beiden Lager genau in der Längsachse 6 des Stators liegen.

Alle dargestellten Montageschritte lassen sich weitgehend automatisieren. Auch bei der Verwendung von Blechformteilen läßt sich also eine hochgenaue Ausrichtung des Rotors 23 zum Stator 1 realisieren. Dadurch läßt sich der Luftspalt zwischen Rotor 23 und Statorblechpaket 2 verringern, was auch im späteren Betrieb zu einer kostengünstigen Betriebsweise führt.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Montieren einer Antriebswelle (19) eines Verdichters, insbesondere eines hermetischen Kältemittelverdichters, der einen Motor mit einem Stator (1) und einem mit der Antriebswelle (19) verbundenen und in einer Rotoröffnung (4) des Stators (1) angeordneten Rotor (23) aufweist, wobei man einen ersten Lagerhalter (8) und einen zweiten Lagerhalter (29) mit dem Stator (1) verbindet und im ersten Lagerhalter (8) ein erstes Lager (15) und im zweiten Lagerhalter (29) ein zweites Lager (28) für die Antriebswelle (19) montiert, dadurch gekennzeichnet, daß man zumindest beim ersten Lagerhalter (8) einen Positionieranschlag für das erste Lager (15) nach der Montage des ersten Lagerhalters (8) am Stator (1) ausbildet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Positionieranschlag den Rand einer Öffnung (10) verwendet und diesen Rand nach der Montage des Lagerhalters (8) am Stator (1) herstellt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man bei einer vertikal ausgerichteten Antriebswelle (19) den Lagerhalter (8) des oberen Lagers am Stator (1) befestigt und den Positionieranschlag danach ausbildet.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man zum Herstellen des Positionieranschlags ein Werkzeug (11-13) verwendet, von dem zumindest ein Teil (11) konzentrisch in der Rotoröffnung (4) angeordnet ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil (11) den Querschnitt der Rotoröffnung (4) ausfüllt.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Stanze als Werkzeug (11-13) verwendet.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Lagerhalter (8) verwendet, der, bezogen auf das Lager (15), eine Öffnung (10) mit Untermaß aufweist und die Öffnung auf das Maß des Lagers (15) vergrößert.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man als Lager ein Kalottenlager verwendet und einen die Öffnung (10) umgebenden Bereich durch einen Prägeschritt in eine Lagerschale (14) umformt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man das zweite Lager (28) am zweiten Lagerhalter (29) montiert, mit Hilfe eines Hilfswerkzeugs (24), das an mindestens zwei Ausrichtpositionen am Stator (1) festgelegt ist, zentrisch zur Rotoröffnung (4) ausrichtet und dann den zweiten Lagerhalter (29) am Stator (1) fixiert.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man als Ausrichtpositionen Löcher (26) in Blechen des Stators (1) verwendet, die gemeinsam mit der Rotoröffnung (4) hergestellt worden sind.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß man das zweite Lager (28) ausrichtet, nachdem man es auf der Antriebswelle (19) montiert hat.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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