DE102007034296A1

DE102007034296A1 - Linearverdichter

Info

Publication number: DE102007034296A1
Application number: DE102007034296A
Authority: DE
Inventors: Bernd Gromoll
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2007-07-24
Filing date: 2007-07-24
Publication date: 2009-01-29
Also published as: EP2171273A1; RU2010103530A; WO2009013105A1; US20100196173A1; CN101755125A

Abstract

Ein Linearverdichter umfasst wenigstens einen Elektromagneten (7), wenigstens einen in einem Wechselfeld des Elektromagneten (7) hin- und herbeweglich geführten Schwingkörper (2, 3) und wenigstens einen mit dem Schwingkörper (2, 3) verbundenen, in einem Zylinder (1) hin- und herbeweglichen und eine Pumpkammer (5) begrenzenden Kolben (2, 3). Wenigstens eine der Stirnseiten der Pumpkammer (5) ist durch eine elastisch verformbare Platte (10; 16) gebildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Linearverdichter, insbesondere zum Verdichten von Kältemittel in einem Kältegerät. Ein solcher Linearverdichter umfasst herkömmlicherweise einen Elektromagneten zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes, einen Schwingkörper, der in dem Feld des Elektromagneten hin und her beweglich geführt ist, und einen gekoppelt an den Schwingkörper in einem Zylinder hin und her beweglichen, eine Pumpkammer begrenzenden Kolben.
Bei einem Verdichter mit einem durch die Drehung einer Kurbelwelle angetriebenen Kolben ist der Hub der Kolbenbewegung festgelegt durch den Bahndurchmesser eines Punktes, an welchem eine Kolbenstange an der Kurbelwelle angreift. Das Totvolumen des Verdichters kann daher extrem klein gemacht werden, ohne dass ein Anschlagen des Kolbens an eine gegenüberliegende Stirnseite der Pumpkammer zu befürchten ist. Eine Minimierung des Totvolumens ist wichtig, um einen hohen Wirkungsgrad des Verdichters zu erreichen.
Bei einem Linearverdichter fehlt eine solche bauartbedingte Begrenzung des Kolbenhubs. Der Kolbenhub kann je nach Arbeitsbedingungen des Verdichters variieren. Um einen Linearverdichter mit geringem Totvolumen zu betreiben und dabei ein Anschlagen des Kolbens an die gegenüberliegende Stirnseite der Pumpkammer, das auf die Dauer zu einer Zerstörung des Verdichters führen würde, zu vermeiden, muss der Kolbenhub fortlaufend überwacht werden und müssen die Frequenz und/oder Amplitude des Wechselfeldes fortlaufend angepasst werden, damit die Kolbenbewegung jederzeit einen Sicherheitsabstand zur gegenüberliegenden Stirnseite der Pumpkammer einhält.
Um den Sicherheitsabstand zwischen dem Kolben an seinem oberen Totpunkt und der gegenüberliegenden Stirnseite der Pumpkammer klein wählen zu können und dennoch ein Anschlagen sicher zu vermeiden, ist eine sehr genaue und dementsprechend aufwändige und kostspielige Steuerung erforderlich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Linearverdichter zu schaffen, der einen hohen Wirkungsgrad erreichen kann, ohne dass hohe Anforderungen an die Genauigkeit einer Steuerung der Kolbenbewegung gestellt werden müssen.
Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einem Linearverdichter mit wenigstens einem Elektromagneten, wenigstens einem in einem Wechselfeld des Elektromagneten hin und her beweglich geführten Schwingkörper und wenigstens einem mit dem Schwingkörper verbundenen, in einem Zylinder hin und her beweglichen und eine Pumpkammer begrenzenden Kolben wenigstens eine der Stirnseiten der Pumpkammer durch eine elastisch verformbare Platte gebildet ist. Indem eine solche Platte ein eventuelles Anstoßen des Kolbens an die gegenüberliegende Stirnseite abpolstert, wird die Empfindlichkeit des Verdichters gegen ein Anschlagen des Kolbens verringert, und ein sanftes Anschlagen kann in Kauf genommen werden, ohne dass die Lebensdauer des Verdichters beeinträchtigt wird. Daher kann bei dem erfindungsgemäßen Linearverdichter ein Sicherheitsabstand zwischen dem Kolben und der gegenüberliegenden Stirnseite gefahrlos klein gewählt werden, wodurch das Totvolumen minimiert und ein hoher Wirkungsgrad erreicht wird.
Die elastische Platte kann eine ortsfeste Stirnseite der Pumpkammer auskleiden; sie kann aber auch ein Deckel des Kolbens selber sein. Je nach Dicke und/oder Elastizitätseigenschaften der Platte kann es vorteilhaft sein, wenn die elastische Platte eine feste Platte des Kolbens überdeckt, so dass sie durch diese gegen den in der Pumpkammer herrschenden Druck abgestützt ist, es kann aber auch der Kolben hohl sein und die elastische Platte einen Hohlraum des Kolbens überspannen. Letzteres hat den Vorteil, dass es eine Gewichtsreduzierung des Kolbens ermöglicht.
Im einen wie im anderen Falle kann zweckmäßigerweise ein Ventil in die elastische Platte integriert sein.
Einer bevorzugten Ausgestaltung zufolge ist die Pumpkammer an beiden Stirnseiten durch Kolben begrenzt; in einem solchen Fall sind vorzugsweise beide Kolben mit elastisch verformbaren Platten versehen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren.
Es zeigen:
1 einen schematischen Schnitt durch einen Linearverdichter gemäß eine ersten Ausgestaltung der Erfindung;
2 einen zu 1 analogen Schnitt durch einen Linearverdichter gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung; und
3 einen vergrößerten Schnitt durch einen Kolben des Linearverdichters.
Der in 1 dargestellte Linearverdichter umfasst ein zylindrisches Rohr 1, in dem zwei Kolben 2, 3 hin und her beweglich aufgenommen sind. Das Rohr 1 und die einander zugewandten Stirnseiten 4 der Kolben 2, 3 begrenzen eine Pumpkammer 5.
Die Kolben 2, 3 sind jeweils becherförmig ausgebildet, wobei Böden der Becher die einander zugewandten Stirnseiten 4 bilden. Die Wände 6 der Becher sind wenigstens zum Teil durch Permanentmagnete gebildet, die mit einem von Spulen 7 erzeugten magnetischen Wechselfeld Wechselwirken, um eine Hin- und Herbewegung der Kolben 2, 3 anzutreiben. Die Spulen 7 sind hier exemplarisch als sich um das Rohr 1 erstreckende Ringspulen dargestellt; diverse andere Spulenanordnungen sind auf dem Gebiet der Linearverdichter bekannt und im Rahmen der vorliegenden Erfindung ebenfalls geeignet. Es sind auch Spulenanordnungen möglich, die die Kolben 2, 3 auch dann antreiben können, wenn diese lediglich aus einem ferromagnetischen, aber nicht permanent magnetisierten Material bestehen.
Die Stirnseiten 4 der Kolben 2, 3 umfassen jeweils eine mit den Wänden 6 fest verbundene metallische Platte 8, durch die sich eine Bohrung 9 erstreckt, und eine punktuell auf der metallischen Platte 8 befestigte elastische Platte 10 aus einem Gummimaterial, einem Schaumstoff oder dergl.
Entlang einer Mittelebene erstrecken sich durch das Rohr 1 mehrere radiale Bohrungen 11. An den Außenseiten der Bohrungen 11 liegt ein Gummiband 12 an.
Wenn angetrieben durch die Magnetfelder der Spulen 7 die Kolben 2, 3 sich aufeinander zu bewegen, wird in der Pumpkammer 5 enthaltenes Kältemittel komprimiert, bis es das Gummiband 12 beiseite drückt und durch die Bohrungen 11 zu einem Auslass 13 des Verdichters hin entweicht. Die durch die elastischen Platten 10 gepolsterten Kolben 2, 3 dürfen einander auf der Mittelebene sacht berühren, ohne Schaden zu nehmen. Das Totvolumen des Verdichters ist dann praktisch Null, und der Wirkungsgrad ist optimal.
Bei einer anschließenden Auseinanderbewegung der Kolben 2, 3 wird der Druck in der Pumpkammer 5 niedriger als der an den jeweils Einlässe 14 bildenden Enden des zylindrischen Rohres 1, so dass die Platten 8 beiseite gedrückt werden und durch die Bohrungen 9 Kältemittel in die Pumpkammer 5 einströmt. Diese wird bei der nächsten Richtungsumkehr der Kolben 2, 3 wiederum über die Bohrungen 11 ausgetrieben.
Die Ausgestaltung der 2 unterscheidet sich von derjenigen der 1 dadurch, dass die Kolben 2, 3 zusammengefügt sind aus metallischen, wenigstens zum Teil magnetischen Rohrstücken 15, die an ihren einander zugewandten Enden jeweils durch eine elastische Platte 16 verschlossen sind. Da die Platten 16 jeweils nur an ihren Rändern durch die Rohrstücke 15 gegen den in der Pumpkammer 5 herrschenden Druck abgestützt sind, können sie diesem in der Mitte nachgeben. Wenn dabei die einander zugewandten Oberflächen der Platten 16 eine konkave Form annehmen, bleibt, wenn sie gegeneinanderstoßen, zwischen ihnen verdichtetes Kältemittel gefangen und trägt unterstützt die Polsterwirkung der Platten 16.
Alternativ können die Platten 16 im entspannten Zustand einander zugewandte konvexe Seiten haben, wie in der vergrößerten Darstellung eines Kolbens in 3 zu sehen. Wenn diese Krümmung so bemessen ist, dass die Platten 16 in einer Kompressionsphase unter dem Druck des Kältemittels in der Pumpkammer 5 planare Form annehmen, kann auch hier das Totvolumen bei einem Zusammentreffen der Platten 16 praktisch Null gemacht werden.
Die gewölbte Form der Platten 16 ermöglicht ferner die Realisierung von Einlassventilen 17 für die Pumpkammer 5 in Form von einfachen Schlitzen in den Platten 16. Diese können zum Beispiel kreuzförmig angeordnet sein, wobei der Schnitt der 3 in der Längsrichtung eines Schlitzes 18 und quer zu einem Schlitz 19 verläuft. Wenn die Platte 16 in einer Kompressionsphase planare Form annimmt, werden die Wände der Schlitze 18, 19 gegeneinander gedrückt, so dass das Ventil 17 schließt. In einer Ansaugphase, in der Druck in der Pumpkammer 5 niedriger ist als an den Einlässen 14, verstärkt sich die Krümmung der Platte 16, und die Schlitze 18, 19 öffnen sich.

Claims

Linearverdichter mit wenigstens einem Elektromagneten (7), wenigstens einem in einem Wechselfeld des Elektromagneten (7) hin und her beweglich geführten Schwingkörper (2, 3) und wenigstens einem mit dem Schwingkörper (2, 3) verbundenen, in einem Zylinder (1) hin und her beweglichen und eine Pumpkammer (5) begrenzenden Kolben (2, 3), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Stirnseiten der Pumpkammer (5) durch eine elastisch verformbare Platte (10; 16) gebildet ist.
Linearverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Platte (10; 16) ein Deckel des Kolbens (2, 3) ist.
Linearverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Platte (10) eine feste Platte (9) des Kolbens (2, 3) überdeckt.
Linearverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (2, 3) hohl ist und die elastische Platte (16) einen Hohlraum des Kolbens (2, 3) überspannt.
Linearverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventil (17) in die elastische Platte (16) integriert ist.
Linearverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpkammer (5) an beiden Stirnseiten durch Kolben (2, 3) begrenzt ist.