DE102006042015A1

DE102006042015A1 - reciprocating

Info

Publication number: DE102006042015A1
Application number: DE102006042015A
Authority: DE
Inventors: Marco Giacchi; Thorsten Kusnik; Jan-Grigor Schubert
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2006-09-07
Filing date: 2006-09-07
Publication date: 2008-03-27
Also published as: EP2064445A1; EP2064445B1; US20100008801A1; RU2450160C2; WO2008028736A1; CN101512152A; RU2009109832A

Abstract

Ein Verdichter umfasst einen Zylinder (15), in dem eine Verdichterkammer (14) von kreisrundem Querschnitt gebildet ist, wobei in einer Stirnwand (12) des Zylinders (15) Ein- und Auslassöffnungen (18, 19) für ein zu verdichtendes Medium gebildet sind, und einen in der Verdichterkammer (14) hin- und herbeweglichen Hubkolben (32), der an seiner der Stirnwand (12) zugewandten Oberfläche einen Austreibervorsprung (33) trägt, der in einer Totpunktstellung des Hubkolbens (32) in die Auslassöffnung (18) eingreift. Die Längsachse des Zylinders (15) verläuft durch die Auslassöffnung (18).A compressor comprises a cylinder (15) in which a compression chamber (14) of circular cross-section is formed, wherein in an end wall (12) of the cylinder (15) inlet and outlet openings (18, 19) are formed for a medium to be compacted , and a reciprocating piston (32) which can be moved back and forth in the compression chamber (14) and carries on its surface facing the end wall (12) an expeller projection (33) which is in a dead center position of the piston (32) in the outlet opening (18). intervenes. The longitudinal axis of the cylinder (15) extends through the outlet opening (18).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verdichter mit einem Zylinder, der eine Verdichterkammer von kreisrundem Querschnitt enthält, in der ein Hubkolben hin und her beweglich ist. Ein- und Auslassöffnungen für ein zu verdichtendes Medium sind häufig beide an einer Stirnwand des Zylinders angeordnet. Um den Öffnungen einen im Verhältnis zum Durchmesser der Stirnwand möglichst großen Durchmesser geben zu können, sind sie meist auf verschiedenen Seiten einer die Stirnwand diametral kreuzenden imaginären Mittelebene angeordnet.The The present invention relates to a compressor with a cylinder, which contains a compacting chamber of circular cross-section, in which a reciprocating piston is movable back and forth. Inlet and outlet openings for a to be compacted medium are common both arranged on an end wall of the cylinder. Around the openings one in proportion to the diameter of the front wall as possible big diameter to be able to give they are usually on different sides of a diametrically intersecting the front wall imaginary Center plane arranged.

Um einen hohen Wirkungsgrad des Verdichters zu erzielen, muss dessen Totvolumen so klein wie möglich sein. Es ist daher bekannt, an einem Hubkolbenverdichter die der Stirnwand zugewandte Oberfläche des Kolbens mit einem Vorsprung zu versehen, der am oberen Totpunkt des Kolbens in die Auslassöffnung eingreift, um darin enthaltenes Medium so vollständig wie möglich aus der Verdichterkammer auszutreiben.Around To achieve a high efficiency of the compressor, its Dead volume as small as possible be. It is therefore known in a reciprocating compressor of the Front wall facing surface of the piston to be provided with a projection at the top dead center of the piston in the outlet opening engages to contain the medium contained therein as completely as possible from the compression chamber expel.

Damit der Vorsprung des Kolbens zuverlässig in die Auslassöffnung einrücken kann, darf der Kolben in der Verdichterkammer nicht um deren Längsachse drehbar sein. Bei einem herkömmlichen, von einem rotierenden Motor über einen Kurbeltrieb angetriebenen Hubkolben ist dies kein Problem. Bei neueren Verdichterbauformen, wie etwa bei dem aus US 6 506 032 B2 bekannten Linearverdichter, ist eine Drehung des Kolbens um die Längsachse nicht ausgeschlossen. Wenn ein solcher drehbarer Kolben in der oben beschriebenen Weise mit einem Vorsprung versehen ist, besteht die Gefahr, dass der Vorsprung nach einer Drehung des Kolbens nicht mehr in die Auslassöffnung trifft und statt dessen gegen die Stirnwand des Zylinders schlägt, was zur Zerstörung des Verdichters führen kann.So that the projection of the piston can reliably engage in the outlet opening, the piston in the compression chamber must not be rotatable about its longitudinal axis. In a conventional, driven by a rotating engine via a crank mechanism reciprocating piston this is not a problem. In newer compressor designs, such as in the US Pat. No. 6,506,032 B2 known linear compressor, rotation of the piston about the longitudinal axis is not excluded. If such a rotatable piston is provided with a projection in the manner described above, there is a risk that the projection after a rotation of the piston no longer hits the outlet opening and instead strikes against the end wall of the cylinder, resulting in the destruction of the compressor can.

Aufgabe der Erfindung ist, einen Verdichter anzugeben, der einen hohen Wirkungsgrad erreicht, ohne dass eine Drehung des Kolbens in der Verdichterkammer um deren Längsachse konstruktiv ausgeschlossen werden muss.task The invention is to provide a compressor having a high efficiency achieved without causing a rotation of the piston in the compression chamber around its longitudinal axis must be excluded constructively.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei einem Verdichter mit einem Zylinder, in dem eine Verdichterkammer von kreisrundem Querschnitt gebildet ist und in einer Stirnwand des Zylinders Ein- und Auslassöffnungen für ein zu verdichtendes Medium gebildet sind, und einem in der Verdichterkammer hin und her beweglichen Hubkolben, der an seiner der Stirnwand zugewandten Oberfläche einen Austreibervorsprung trägt, der in einer Totpunktstellung des Kolbens in die Auslassöffnung eingreift, die Längsachse des Zylinders durch die Auslassöffnung verläuft. Als Längsachse soll die Zentrumsachse verstanden sein.The Task is solved by that in a compressor with a cylinder in which a compression chamber is formed by a circular cross-section and in an end wall of the Cylinder inlet and outlet openings for a are formed to be compressed medium, and one in the compression chamber reciprocating reciprocating piston, which faces at its end wall surface carries an expeller projection, engages in a dead center position of the piston in the outlet opening, the longitudinal axis of the Cylinder through the outlet opening runs. As a longitudinal axis should be understood the center axis.

Um trotz der zentralen Platzierung der Auslassöffnung einen großen Querschnitt der Einlassöffnung zu realisieren, hat letztere vorzugsweise einen unrunden Querschnitt, dessen Abmessung in Umfangsrichtung des Zylinders größer ist als in radialer Richtung.Around despite the central placement of the outlet opening a large cross-section the inlet opening to realize, the latter preferably has a non-circular cross section, whose dimension is larger in the circumferential direction of the cylinder as in the radial direction.

Insbesondere kann die Einlassöffnung einen Querschnitt in Form eines Kreisbogens aufweisen.Especially can the inlet opening have a cross section in the form of a circular arc.

Alternativ können eine Mehrzahl von um die Auslassöffnung herum verteilten Einlassöffnungen vorgesehen sein. Auch diese sind zweckmäßigerweise entlang eines Kreisbogens verteilt.alternative can a plurality of around the outlet opening around distributed inlet openings provided be. These are also expediently distributed along a circular arc.

Der Kreisbogen ist zweckmäßigerweise zur Längsachse konzentrisch. Vorzugsweise erstreckt er sich über einen Winkel von weniger als 180°. Letzteres ist insbesondere sinnvoll, um den gesamten Einlassquerschnitt mit einem einzigen Absperrkörper absperren zu können.Of the Circular arc is expediently to the longitudinal axis concentric. Preferably, it extends over an angle of less as 180 °. The latter is particularly useful to the entire inlet cross-section Shut off with a single shut-off to be able to.

Ein solcher Absperrkörper ist vorzugsweise durch eine in der Verdichterkammer angeordnete erste Blattfeder gegen die Einlassöffnung beaufschlagt.One such shut-off is preferably through a first arranged in the compression chamber Leaf spring against the inlet opening applied.

Um die Biegebelastung der Blattfeder im Betrieb klein zu halten, ist es zweckmäßig, diese im Verhältnis zu den radialen Abmessungen des Verdichters möglich lang zu machen. Hierfür ist es insbesondere zweckmäßig, wenn die Blattfeder an einem der Einlassöffnung diametral gegenüberliegenden Ort der Stirnwand befestigt ist.Around is to keep the bending load of the leaf spring during operation small, is it is expedient to do this in relation to To make possible long to the radial dimensions of the compressor. This is it particularly useful if the leaf spring at one of the inlet opening diametrically opposite Place the front wall is attached.

Um zu verhindern, dass die Blattfeder die Auslassöffnung versperrt, ist sie vorzugsweise mit einer Öffnung versehen, durch die die Längsachse des Zylinders verläuft.Around to prevent the leaf spring from blocking the outlet opening, it is preferable with an opening provided by the longitudinal axis of the cylinder runs.

Ein zweiter Absperrkörper ist vorzugsweise durch eine an der Außenseite der Stirnwand angeordnete zweite Blattfeder gegen die Auslassöffnung beaufschlagt.One second shut-off body is preferably arranged by a on the outside of the end wall second leaf spring against the outlet opening acted upon.

Der Zusammenbau des Verdichters ist vereinfacht, wenn erste und zweite Blattfeder durch wenigstens eine gemeinsame Niete an der Stirnwand befestigt sind. Vorzugsweise ist jede Blattfeder von wenigstens zwei Nieten gehalten, um eine Verdrehung der Blattfeder zu verhindern, die dazu führen könnte, dass der Sperrkörper die zugeordnete Öffnung nicht mehr korrekt verdeckt.Of the Assembly of the compressor is simplified when first and second Leaf spring secured by at least one common rivet on the end wall are. Preferably, each leaf spring is of at least two rivets held to prevent twisting of the leaf spring to do so could lead that the locking body the associated opening not covered properly anymore.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren.Further Features and advantages of the invention will become apparent from the following Description of exemplary embodiments with reference to the attached Characters.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Linearverdichters; 1 a perspective view of a linear compressor according to the invention;

2 eine auseinandergezogene Ansicht von Teilen des Verdichters aus 1; und 2 an exploded view of parts of the compressor 1 ; and

3 einen Schnitt durch den Zylinder des Verdichters aus 1. 3 a section through the cylinder of the compressor 1 ,

1 zeigt beispielhaft den Aufbau eines Linearverdichter für ein Kältegerät, der eine bevorzugte Anwendung der Erfindung darstellt. Der Linearverdichter hat einen steifen, in Draufsicht in etwa U-förmigen Rahmen, der aus zwei flachen Wandstücken 1 und einem Bogen 2 zusammengesetzt ist. Zwischen einander zugewandten Stirnseiten des Bogens 2 und der zwei Wandstücke 1 ist eine erste Membranfeder 3 eingespannt, eine zweite Membranfeder 4 von gleicher Gestalt wie die Membranfeder 3 ist an von dem Bogen 2 abgewandten Stirnseiten der Wandstücke 1 befestigt. 1 shows by way of example the construction of a linear compressor for a refrigeration device, which represents a preferred application of the invention. The linear compressor has a rigid, in plan view approximately U-shaped frame, consisting of two flat wall pieces 1 and a bow 2 is composed. Between facing end faces of the bow 2 and the two wall pieces 1 is a first diaphragm spring 3 clamped, a second diaphragm spring 4 of the same shape as the diaphragm spring 3 is on of the bow 2 remote end faces of the wall pieces 1 attached.

Die aus Federblech gestanzten Membranfedern 3, 4 haben jeweils vier Federarme 5, die sich im Zickzack von den Wandstücken 1 zu einem Mittelabschnitt 6 erstrecken, mit dem sie zusammentreffen. Der Mittelabschnitt 6 weist jeweils zwei Bohrungen auf, zwei äußere, an denen mit Hilfe von Schrauben oder Nieten 7 ein permanent magnetischer Schwingkörper 8 aufgehängt ist, und eine mittlere Bohrung, durch die sich bei der Membranfeder 3 eine an dem Schwingkörper 8 z. B. durch Verschraubung befestigte Kolbenstange 10 erstreckt. Die Kolbenstange 10 verbindet den Schwingkörper 8 mit einem in der Fig. nicht sichtbaren Hubkolben im Inneren eines Zylinders 15, der von dem Bogen 2 getragen ist. Kältemitteleinlass und -auslassstutzen der Pumpkammer sind mit 16 bzw. 17 bezeichnet.The diaphragm springs stamped from spring plate 3 . 4 each have four spring arms 5 zigzagging from the wall pieces 1 to a middle section 6 extend, with which they meet. The middle section 6 has two holes each, two outer, on which by means of screws or rivets 7 a permanent magnetic oscillating body 8th is suspended, and a central bore, through which at the diaphragm spring 3 one on the oscillating body 8th z. B. bolted by screw rod 10 extends. The piston rod 10 connects the vibrating body 8th with a in the figure not visible reciprocating piston inside a cylinder 15 that of the bow 2 worn. Refrigerant inlet and -auslassstutzen the pumping chamber are with 16 respectively. 17 designated.

Zwei Elektromagnete 9 mit E-förmigen Joch und einer um den mittleren Schenkel des E gewickelten Spule sind jeweils zwischen dem Schwingkörper 8 und den Wandstücken 1 mit dem Schwingkörper 8 zugewandten Polschuhen angeordnet und dienen zum Antreiben einer Schwingbewegung des Schwingkörpers 8. Eine Steuerschaltung 37 versorgt die Elektromagnete 9 mit einem Wechselstrom, dessen Frequenz an die Eigenfrequenz des schwingfähigen Systems angepasst ist, welches durch die Membranfedern 3, 4, den Schwingkörper 8 und den von ihm angetriebenen Hubkolben gebildet ist.Two electromagnets 9 with E-shaped yoke and a coil wound around the middle leg of the E are each between the oscillating body 8th and the wall pieces 1 with the oscillating body 8th arranged facing pole pieces and serve to drive a swinging movement of the oscillating body 8th , A control circuit 37 supplies the electromagnets 9 with an alternating current whose frequency is adapted to the natural frequency of the oscillatory system, which by the diaphragm springs 3 . 4 , the vibrating body 8th and the driven by him lifting piston is formed.

Der Zylinder 15 ist, wie in 1 erkennbar, gegliedert in einen Hauptkörper 11, in welchem der Hubkolben hin und her beweglich geführt ist, eine Ventilplatte 12, die eine Stirnwand einer im Hauptkörper ausgesparten Verdichterkammer bildet, und eine Kappe 13, an der sich die Ein- und Auslassstutzen 16, 17 befinden.The cylinder 15 is how in 1 recognizable, divided into a main body 11 in which the reciprocating piston is guided to and fro, a valve plate 12 forming an end wall of a compression chamber recessed in the main body, and a cap 13 , at which the inlet and outlet nozzles 16 . 17 are located.

Der Aufbau des Zylinders wird deutlicher anhand der auseinandergezogenen Darstellung der 2. Der Hauptkörper 11 ist in der 2 weggelassen; der Umriss der sich in dem Hauptkörper erstreckenden Verdichterkammer ist an der Ventilplatte 12 als gestrichelter Kreis 14 angedeutet. Die Längsachse der Verdichterkammer ist als strichpunktierte Linie eingezeichnet. In der Ventilplatte 12 ist eine kreisrunde Auslassbohrung 18 exakt koaxial zu der Längsachse angeordnet. Ein kreisbogenförmiger Schlitz erstreckt sich über einen Winkel von hier etwa 120° um die Auslassbohrung 18 herum und bildet eine Einlassöffnung 19 der Verdichterkammer.The structure of the cylinder is clearer by the exploded view of the 2 , The main body 11 is in the 2 omitted; the outline of the compressor chamber extending in the main body is on the valve plate 12 as a dashed circle 14 indicated. The longitudinal axis of the compression chamber is shown in dash-dotted line. In the valve plate 12 is a circular outlet hole 18 arranged exactly coaxial with the longitudinal axis. A circular arc-shaped slot extends over an angle of approximately 120 ° around the outlet bore 18 around and forms an inlet opening 19 the compression chamber.

Weitere Bohrungen 20 an den Ecken der Ventilplatte 12 sind vorgesehen, um nicht dargestellte Schrauben aufzunehmen, mit denen die Ventilplatte 12 und die Kappe 13 am Hauptkörper 11 befestigt werden. Zwei weitere Bohrungen 21 dienen zur Befestigung von zwei Blattfedern 22 bzw. 23 an der Ventilplatte 12 mit Hilfe von Nieten 24. Die Blattfedern 22, 23 bilden zusammen mit der Einlassöffnung 19 bzw. der Auslassbohrung 18 jeweils Ein- und Auslassventile der Verdichterkammer. Die Blattfedern 22, 23 haben jeweils einen langgestreckten Fuß 25, in dem zu den Bohrungen 21 komplementäre Löcher 26 für die Nieten 24 gebildet sind, und eine von dem Fuß zur Längsachse hin abstehende elastische Zunge 27.Further drilling 20 at the corners of the valve plate 12 are provided to receive screws, not shown, with which the valve plate 12 and the cap 13 at the main body 11 be attached. Two more holes 21 serve for fixing two leaf springs 22 respectively. 23 on the valve plate 12 with the help of rivets 24 , The leaf springs 22 . 23 form together with the inlet opening 19 or the outlet hole 18 each inlet and outlet valves of the compressor chamber. The leaf springs 22 . 23 each have an elongated foot 25 in which to the holes 21 complementary holes 26 for the rivets 24 are formed, and one of the foot to the longitudinal axis projecting elastic tongue 27 ,

In die Zunge 27 der Blattfeder 23 ist eine Öffnung 28 geschnitten, die, wenn die Blattfeder 23 an der Ventilplatte 12 vernietet ist, die Auslassbohrung 18 frei lässt. Ein Endabschnitt 38 der Zunge 27, der sich bogenförmig um die Öffnung 28 erstreckt, bildet einen Absperrkörper des Einlassventils, der in entspanntem Zustand der Blattfeder 23 die Einlassöffnung 19 abdeckt.In the tongue 27 the leaf spring 23 is an opening 28 cut that when the leaf spring 23 on the valve plate 12 riveted, the outlet hole 18 leaves free. An end section 38 the tongue 27 , which arched around the opening 28 extends, forms a shut-off of the inlet valve, in the relaxed state of the leaf spring 23 the inlet opening 19 covers.

Die Zunge 27 der Blattfeder 22 liegt von außen an der Auslassbohrung 18 an, wobei ihre Spitze als Absperrkörper des Auslassventils fungiert.The tongue 27 the leaf spring 22 is located on the outside of the outlet hole 18 on, with its tip acts as a shut-off valve of the exhaust valve.

Das Innere der Kappe 13 ist durch eine Zwischenwand 29 in einen saugseitigen Hohlraum 30 und einen druckseitigen Hohlraum 31 unterteilt, auf die der Kältemitteleinlassstutzen 16 bzw. -auslassstutzen 17 münden und die mit der Verdichterkammer über die Einlassöffnung 19 bzw. die Auslassbohrung 18 kommunizieren.The inside of the cap 13 is through an intermediate wall 29 in a suction-side cavity 30 and a pressure side cavity 31 divided, on which the refrigerant inlet 16 or -auslassstutzen 17 mouth and the with the compression chamber through the inlet opening 19 or the outlet hole 18 communicate.

Der mit 32 bezeichnete Hubkolben weist an seiner in der Perspektive der 2 vom Betrachter abgewandten Seite einen zur Längsachse konzentrischen Vorsprung 33 auf, dessen Länge und Durchmesser der gemeinsamen Dicke der Ventilplatte 12 und der Blattfeder 23 bzw. dem Durchmesser der Auslassbohrung 18 entsprechen. An einem oberen Totpunkt der Bewegung des Hubkolbens 32, wenn dieser die vom in der Verdichterkammer herrschenden Druck gegen die Ventilplatte 12 gedrückte Blattfeder 23 nahezu berührt, rückt der Vorsprung 33 in die Auslassbohrung 18 ein und verdrängt darin enthaltenes Restgas.The one with 32 designated reciprocating piston has at its in the perspective of 2 side facing away from the viewer a concentric to the longitudinal axis projection 33 on, whose length and diameter of the common thickness of the valve plate 12 and the leaf spring 23 or the diameter of the outlet hole 18 correspond. At a top dead center of the movement of the reciprocating piston 32 if this is the pressure prevailing in the compression chamber against the valve plate 12 pressed sheet feather 23 almost touched, moves the lead 33 into the outlet hole 18 and displaces residual gas contained therein.

3 zeigt einen Schnitt durch den Hauptkörper 11 der Verdichterkammer und den Hubkolben 32. Man erkennt, dass die Verdichterkammer 14 von einem ringförmigen Hohlraum 34 umgeben ist, der mit der Verdichterkammer 14 durch eine Vielzahl von kleinen Öffnungen 35 kommuniziert. Der Hohlraum 34 erstreckt sich in Längsrichtung der Verdichterkammer 14 vom oberen bis zum unteren Totpunkt des Hubkolbens 32. Er ist über eine Bohrung 36 der Ventilplatte 12 mit dem druckseitigen Hohlraum 31 der Kappe 13 verbunden und auf diese Weise mit verdichtetem Kältemittel gespeist, das in kleinen Mengen durch die Öffnungen 35 in die Verdichterkammer 14 eindringt und so zwischen deren Wänden und dem Hubkolben 32 ein Gaskissen bildet, auf dem der Hubkolben 32 reibungs- und verschleißarm beweglich ist. 3 shows a section through the main body 11 the compression chamber and the reciprocating piston 32 , It can be seen that the compression chamber 14 from an annular cavity 34 surrounded with the compression chamber 14 through a multitude of small openings 35 communicated. The cavity 34 extends in the longitudinal direction of the compression chamber 14 from the top to bottom dead center of the reciprocating piston 32 , He is over a hole 36 the valve plate 12 with the pressure side cavity 31 the cap 13 connected and fed in this way with compressed refrigerant, passing in small quantities through the openings 35 in the compression chamber 14 penetrates and so between the walls and the reciprocating piston 32 forming a gas cushion on which the reciprocating piston 32 is movable friction and wear.

Claims

Compressor with a cylinder ( 15 ), in which a compression chamber ( 14 ) is formed of circular cross-section, wherein in an end wall ( 12 ) of the cylinder ( 15 ) Inlet and outlet openings ( 18 . 19 ) are formed for a medium to be compressed, and one in the compression chamber ( 14 ) reciprocating reciprocating pistons ( 32 ), which at its the front wall ( 12 ) facing surface an expeller projection ( 33 ), which in a dead center position of the reciprocating piston ( 32 ) in the outlet opening ( 18 ) engages, characterized in that the longitudinal axis of the cylinder ( 15 ) through the outlet opening ( 18 ) runs.

Compressor according to claim 1, characterized in that an inlet opening ( 19 ) has a non-circular cross-section whose dimension in the circumferential direction of the cylinder is greater than in the radial direction.

Compressor according to claim 2, characterized in that the inlet opening ( 19 ) has a cross section in the form of a circular arc.

Compressor according to claim 1, characterized that it has a plurality of inlet openings distributed around the outlet opening having.

Compressor according to claim 4, characterized that the inlet openings are distributed along a circular arc.

Compressor according to claim 3 or 5, characterized that the arc is over extends an angle of less than 180 °.

Compressor according to one of the preceding claims, characterized in that a first shut-off body ( 38 ) by a arranged in the compression chamber first leaf spring ( 23 ) against the inlet opening ( 19 ) is acted upon.

Compressor according to claim 7, characterized in that the leaf spring ( 23 ) at one of the inlet opening ( 19 ) diametrically opposite location of the front wall ( 12 ) is attached.

Compressor according to claim 8, characterized in that the leaf spring ( 23 ) an opening ( 28 ), through which the longitudinal axis of the cylinder ( 15 ) runs.

Compressor according to one of the preceding claims, characterized in that a second shut-off body ( 27 ) by a arranged on the outside of the end wall second leaf spring ( 22 ) against the outlet opening ( 18 ) is acted upon.

Compressor according to one of claims 7 to 9 and claim 10, characterized in that the first and the second leaf spring ( 22 . 23 ) by at least one common rivet ( 24 ) on the front wall ( 12 ) are attached.

Compressor according to one of the preceding claims, characterized by a linear motor ( 1 - 9 ) for driving the movement of the piston ( 32 ).