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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Linearkompressoren und insbesondere
Linearkompressoren des Typs, der für die Verwendung in einem Dampfkompressions-Kühlsystem
geeignet ist.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Linearkompressoren
eines Typs zur Verwendung in einem Dampfkompressions-Kühlsystem
sind Gegenstand vieler Dokumente des Stands der Technik. Ein solches
Dokument ist unsere mitanhängige PCT-Patentanmeldung PCT/NZ2004/000108.
Die Beschreibung dieser beschreibt verschiedene Entwicklungen in
Bezug auf Kompressoren, von denen viele spezielle Anwendung bei
Linearkompressoren finden. Die vorliegende Erfindung betrifft weitere
Verbesserungen von Kompressorausführungsformen wie etwa den in
dieser Patentanmeldung beschriebenen. Dementsprechend bietet die
genannte Anmeldung ein allgemeines Beispiel eines Kompressors, auf
welchen die vorliegende Erfindung angewendet werden kann. Die vorliegende
Erfindung kann jedoch jenseits des Umfangs der speziellen Ausführungsformen
eines in der genannten Anmeldung offenbarten Linearkompressors ebenfalls
angewendet werden. Der Fachmann wird die allgemeine Anwendung der hier
gegebenen Ideen auf andere Ausführungsformen
von Linearkompressoren, wie sie im Stand der Technik zu finden sind,
erkennen.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Zylinderteil- und Kopfanordnungen.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE
ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung von
Zylinder und Zylinderkopf mit verbesserten Charakteristiken mit
spezieller Anwendung für
Linearkompressoren bereitzustellen oder der Industrie zumindest
eine nützliche
Auswahl zu verschaffen.
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Nach
einem ersten Aspekt kann allgemein gesagt werden, dass die Erfindung
aus einer Anordnung von Zylinder und Zylinderkopf für einen
Linearkompressor gebildet ist, umfassend:
einen Zylinderrahmen,
der eine Innenfläche
umfasst, die an einem Ende einen Zylinderkopfraum und einen sich
entlang einer Achse von dem Zylinderkopfraum aus erstreckenden Zylinderraum
definiert, wobei der Zylinderraum wenigstens im Wesentlichen zylindrisch
ist, mit einem Auslass von dem Zylinderkopfraum durch die Wand des
Zylinderrahmens,
eine zylindrische Zylinderverkleidung, welche
an beiden Enden offen ist und sich innerhalb des Rahmens befindet,
so dass die Außenfläche der
Verkleidung im Eingriff mit dem den Zylinderraum definierenden Abschnitt
der Innenfläche
des Rahmens ist, und eine Ventilplatte, welche eine Barriere zwischen
einem Kompressionsende der Zylinderverkleidung und dem Kopfraum
definiert, wobei die Ventilplatte zwischen dem Zylinderrahmen und
der Zylinderverkleidung in Eingriff genommen ist, um die Ventilplatte
gegen das offene Ende der Zylinderverkleidung, insbesondere zur
Anlage an dem offenen Ende der Zylinderverkleidung, anzuordnen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung erstreckt sich der Zylinderrahmen über das
andere Ende der Zylinderverkleidung hinaus und kann beispielsweise
Statorteile eines Linearmotors tragen. Alternativ kann der Zylinderrahmen
zwischen den Enden der Zylinderverkleidung enden, so dass er nur einen
Abschnitt der Außenfläche der
Zylinderverkleidung bedeckt. In diesem Fall kann ein separater Zylinderteilrahmen über dem
anderen Ende der Zylinderverkleidung befestigt werden, beispielsweise
mit einer Reibungspresspassung. Der Zylinderteilrahmen kann die
Statorteile eines Linearmotors tragen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist die Ventilplatte nicht an der
zylindrischen Verkleidung befestigt, dies kann jedoch alternativ
der Fall sein, beispielsweise durch Löten oder Hartlöten oder
durch Klebmittel.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung stellt die Zylinderverkleidung eine
Presspassung innerhalb des Rahmens dar und wird durch Reibung in
Position gehalten.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung umfasst der Rahmen an einem Übergang
zwischen dem Zylinderdefinitionssteil der Innenfläche und
dem Kopfdefinitionssteil der Innenfläche eine Schulter oder Schultern
und die Ventilplatte ist zwischen diese Schulter oder diese Schultern
auf einer Seite und das ringförmige
Ende der zylindrischen Verkleidung auf der anderen Seite gepresst.
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Die
Schulter kann ringförmig
sein oder kann eine ringförmige
Serie von nach innen vorstehenden Schultern sein. Die Schulter kann
direkt gegen die Fläche
der Ventilplatte drücken
oder kann über
ein Zwischenbauteil, wie eine elastische Feder oder eine Dichtung
gegen die Fläche
der Ventilplatte drücken. Eine
Dichtung kann zwischen dem ringförmigen Ende
der zylindrischen Verkleidung und der Ventilplatte eingesetzt sein.
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Die
Ventilplatte kann ein oder mehrere daran angeordnete Ventilelemente
umfassen.
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Eine
oder mehrere Nuten in der Innenfläche des Zylinderrahmens oder
der Außenfläche der
Zylinderverkleidung können
Zuleitungskanäle
zur Zuleitung von Kompressionsgasen zu in der Zylinderverkleidung
ausgebildeten Gasführungsöffnungen
definieren. Vorzugsweise sind diese Nuten in der Außenfläche der
Zylinderverkleidung vorgesehen, wie dies beispielsweise in unserer
PCT-Anmeldung WO 02/35093 beschrieben ist. In diesem Fall sind vorzugsweise
eine oder mehrere Kerben in dem Randgebiet der Ventilplatte vorgesehen,
um einen Strömungsweg
zwischen dem Kompressionsgas-Ableitungsraum
und dem Kopf sowie den zwischen dem Rahmen und der Verkleidung definierten
Gasführungs-Zuleitungskanälen zu definieren.
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Nach
einem weiteren Aspekt kann allgemein gesagt werden, dass die vorliegende
Erfindung aus einem Kühlsystemkompressor
gebildet ist, der umfasst: ein hermetisches Gehäuse, einen Linearkompressor
innerhalb des hermetischen Gehäuses,
wobei der Kompressor eine Zylinderteilanordnung umfasst, die zumindest
teilweise gemäß einem
oder mehreren der vorstehenden Paragraphen definiert ist, ein Kolbenteil,
welches einen Kolben für
die Vor- und Zurückbewegung
innerhalb des durch die zylindrische Verkleidung definierten Zylinders
umfasst, sowie einen elektrischen Linearmotor zum Antreiben der
Vor- und Zurückbewegung
zwischen dem Kolbenteil und dem Zylinderteil, wobei der Linearkompressor
für einen
Betrieb innerhalb des hermetischen Gehäuses aufgehängt ist.
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Nach
einem darüber
hinaus weiteren Aspekt kann gesagt werden, dass die vorliegende
Erfindung durch ein Verfahren zur Herstellung eines Linearkompressors
gebildet ist, welches zur Montage von dessen Zylinder- und Kopfabschnitt
die folgenden Schritte umfasst:
Ausdehnen eines Zylinderrahmens
relativ zu einem Zylinderverkleidungsteil durch Temperaturdifferenz,
Einsetzen
einer eine Barriere definierenden Ventilplatte in den Zylinderrahmen
durch ein offenes Ende desselben,
Einsetzen eines Zylinderverkleidungsteils
in den Zylinderrahmen durch das offene Ende, so dass die Ventilplatte
zwischen einem Ende der Zylinderverkleidung und dem Zylinderrahmen
in Eingriff genommen wird, um eine Barriere zwischen einem Kompressionsende
des Zylinders und einem durch den Zylinderrahmen eingeschlossenen
Kopfraum zu definieren, und
Halten der Zylinderverkleidung
in dieser Position, bis der Zylinderrahmen und die Zylinderverkleidung
in Eingriff miteinander gelangen, wenn die Temperaturdifferenz abnimmt.
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Dem
Fachmann, auf den sich die Erfindung bezieht, werden sich eine Vielzahl
von Änderungen
in der Konstruktion sowie sich stark unterscheidende Ausführungsformen
und Anwendungen der Erfindung von selbst erschließen, ohne
den Rahmen der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, zu verlassen.
Die hier gegebenen Offenbarungen und Beschreibungen sind rein illustrativ
und nicht dazu gedacht, sich in irgendeinem Sinn beschränkend auszuwirken.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Seitenansicht im Querschnitt eines Linearkompressors mit einer
Zylinderteilanordnung, in welcher die Erfindung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
ausgeführt
ist.
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2 ist
eine äußere perspektivische
Ansicht des Zylinderkopf-Endabschnitts
des Zylinderteils gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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3 ist
eine Querschnittsseitenansicht des Zylinderteilabschnitts der 2 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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4 ist
eine Querschnittsseitenansicht des Zylinderteilabschnitts von 2 gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Unter
Bezugnahme auf 1 umfasst der Kompressor für ein Dampfkompressions-Kühlsystem einen
Linearkompressor 1, der im Inneren eines Gehäuses 2 gehalten
ist. Typischerweise ist das Gehäuse 2 hermetisch
abgedichtet und umfasst eine Gaseinlassöffnung 3 und eine
Kompressionsgas-Auslassöffnung 4.
Unkomprimierte Gase strömen
im Inneren des Gehäuses
um den Kompressor 1 herum. Diese unkomprimierten Gase werden
während
eines Ansaughubs in den Kompressor eingesaugt, zwischen dem Kolbenboden 14 und
einer Auslassventilplatte 5 beim Kompressionshub komprimiert
und durch ein Auslassventil 6 in einen Kompressionsgasverteiler 7 ausgestoßen. Kompressionsgase
treten aus dem Verteiler 7 in die Auslassöffnung 4 im
Mantel durch einen Schlauch 8 aus. Um den Versteifungseffekt
des Auslassschlauchs 8 zu reduzieren, ist der Schlauch
vorzugsweise als Schleife oder Spirale quer zur Vor- und Zurück-Bewegungsachse
des Kompressors angeordnet.
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Der
Einlass in den Kompressionsraum kann durch den Kolben (mit einer Öffnung und
einem Ventil im Kolbenboden) oder durch den Kopf vorgesehen sein,
welcher geteilt ist, um Ansaug- und Auslass-Verteiler und -ventile
zu umfassen.
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Allgemein
ausgedrückt
weist der illustrierte Linearkompressor 1 ein Zylinderteil
und ein Kolbenteil auf, die durch eine Hauptfeder verbunden sind. Das
Zylinderteil umfasst einen Zylinderrahmen 10, einen Zylinderkopf 11,
eine Ventilplatte 5 und eine Zylinderverkleidung 12.
Das Zylinderteil umfasst außerdem
Statorteile 15 für
einen elektrischen Linearmotor. An einem von dem Kopf 11 entfernten
Endabschnitt 18 des Zylinderteils ist die Hauptfeder relativ
zum Zylinderteil angebracht. In der illustrierten Ausführungsform
ist die Hauptfeder als eine Kombination aus einer Schraubenfeder 19 und
einer Flachfeder 20 ausgebildet.
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Der
Kolbenteil umfasst einen hohlen Kolben 22 mit einer Seitenwand 24 und
einem Kolbenboden 14. Eine Stange 26 verbindet
den Kolbenboden 14 und einen Haltekörper 30 für einen
Linearmotoranker 17. Die Stange weist einen flexiblen Abschnitt 28, etwa
in der Mitte des hohlen Kolbens 22 auf. Der Linearmotoranker 17 umfasst
einen Rumpf aus Permanentmagnetmaterial (wie etwa Ferrit oder Neodym), welches
magnetisiert ist, um einen oder mehrere Pole bereitzustellen, welche
quer zur Achse der Vor- und Zurück-Bewegung des Kolbens
in der Zylinderverkleidung orientiert sind. Ein von dem Kolben 22 entfernter
Endabschnitt 32 der Ankerhalterung 30 ist mit
den Hauptfedern 19, 20 verbunden.
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Der
Linearkompressor 1 ist innerhalb des Mantels 2 an
einer Mehrzahl von Aufhängungsfedern angebracht,
um ihn von dem Mantel zu isolieren. Bei Verwendung wird der große äußere Rumpf
des Linearkompressors, das Zylinderteil, entlang der Achse der Vor-
und Zurückbewegung
des Kolbenteils innerhalb des Zylinderteils schwingen. In dem bevorzugten
Kompressor wird der Kolbenteil absichtlich sehr leicht im Vergleich
zum Zylinderteil gehalten, so dass die Schwingung des Zylinderteils
im Vergleich zur relativen Vor- und Zurückbewegung zwischen dem Kolbenteil
und dem Zylinderteil gering ist. In der illustrierten Form ist der
Linearkompressor an einem Satz von vier Aufhängungsfedern 31 angebracht,
welche allgemein um das Randgebiet herum angeordnet sind. Alternative
Aufhängungsfederanordnungen sind
in der PCT/NZ2004/000108 illustriert. Die Enden jeder Aufhängungsfeder
sind über
Elastomerstoßdämpfer geschoben,
welche an einem Ende jeder Feder mit dem Linearkompressor 1 verbunden
sind und an dem anderen Ende jeder Feder mit dem Kompressormantel 2 verbunden
sind.
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Dies
beschreibt kurz einen Linearkompressor eines Typs, für welchen
die verbesserte Kopfanordnung der vorliegenden Erfindung verwendbar
ist. Man wird jedoch erkennen, dass die Verwendbarkeit der vorliegenden
Erfindung nicht auf Linearkompressoren des illustrierten Typs und
der illustrierten Konfiguration beschränkt ist. Die Verbesserung ist
allgemein anwendbar.
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Die
vorliegende Erfindung stellt einen Weg zur Herstellung eines Zylinder- und Zylinderkopfabschnitts
des Linearkompressors bereit, bei welchem die verwendeten Teile
reduziert und die Zuverlässigkeit
der Verbindungen verbessert wird, wodurch die Herstellung, die Kosten
und die Kompressorzuverlässigkeit
verbessert werden.
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Der
relevante Abschnitt des in 1 illustrierten
Linearkompressors wird ferner in 2 und 3 illustriert.
Eine geringfügige
Abänderung
ist in 4 illustriert.
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In
dieser Art der Herstellung ist die Kopfabdeckung im Hauptrahmenbauteil
des Zylinderteils 10 eingebaut. Vorzugsweise ist sie als
integraler Teil eingebaut, beispielsweise integral mit dem Rest
des Rahmens geformt, wenn der Rahmen hergestellt wird. Somit erscheint
der Kopf 11 als eine Kappe, welche ein Ende des Zylinderrahmens 35 verschließt.
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Eine
Ventilplatte ist innerhalb des Zylinderrahmens an einer Position
befestigt, um einen Kopfabschnitt des darin eingeschlossenen Raums
von einem Zylinderabschnitt des darin eingeschlossenen Raums abzuteilen.
Die Ventilplatte umfasst wenigstens eine Auslassventilöffnung und
trägt vorzugsweise
ein Auslassventil, welches an einer Seite befestigt ist.
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Die
Innenfläche
des Zylinderabschnitts 35 des Rahmens ist vorzugsweise
zylindrisch und der Außenumfang
der Ventilplatte ist vorzugsweise kreisförmig und so bemessen, dass
ein straffer Sitz innerhalb der zylindrischen Fläche erreicht wird.
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Die
Zylinderverkleidung 12 weist eine zylindrische Außenfläche auf,
welche so bemessen ist, dass sie in Presspassung mit der Innenfläche des
Zylinderabschnitts 35 steht. Dadurch wird erreicht, dass dann,
wenn die Zylinderverkleidung 12 und der zylindrische Abschnitt 35 des
Zylinderrahmens die gleiche oder ähnliche Temperaturen aufweisen
und sich die Zylinderverkleidung 12 in ihrer Position innerhalb des
Zylinderrahmens befindet, die beiden Teile im engen Eingriff miteinander stehen,
ohne dass eine weitere Fixierung oder Befestigung notwendig ist.
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Der
Außenumfang
der Ventilplatte 5 ist zwischen dem Ende 37 der
Zylinderverkleidung 12 und dem Zylinderrahmen in Eingriff
genommen. Vorzugsweise umfasst der Zylinderrahmen eine Ringschulter 39 und
die Schulter 39 und das Ende 37 der Zylinderverkleidung
nehmen gegenüberliegende
Seiten des Außenumfangs 38 der
Ventilplatte direkt in Eingriff. Alternativ können eine Mehrzahl von Schulterabschnitten
bereitgestellt werden, welche um den Außenumfang der Ventilplatte
herum verteilt sind, oder es kann ein Zwischenabstandshalter zwischen
dem Zylinderrahmen und der Ventilplatte 5 oder zwischen der
Zylinderverkleidung 12 und der Ventilplatte 5 vorgesehen
sein.
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Die
Ventilplatte 5 kann mit einer ringförmigen Ausfalzung 40 am
Umfang 38 versehen sein, um das Ende der Zylinderverkleidung 12 aufzunehmen.
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Eine
Ausführungsform,
welche ein Zwischenabstandshalter enthält, ist in 4 abgebildet. In
dieser Ausführungsform
ist der Abstandshalter kein einfacher zylindrischer Ring oder ähnliches. Stattdessen
ist der Abstandshalter eine ringförmige Feder 42. Die
Feder 42 und die Ventilplatte 5 sind beide zwischen
dem Zylinderrahmen und der Zylinderverkleidung in Eingriff genommen.
Die ringförmige Feder 42 liegt
an der Schulter 39 sowie an dem Außenumfang 38 der Ventilplatte 5 an.
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In
der Anordnung kann eine Dichtung 43 eingefügt sein,
wie beispielsweise in 4 illustriert, welche zwischen
dem Außenumfang 38 der
Ventilplatte 5 und dem Ende 37 der Zylinderverkleidung 12 aufgenommen
ist. Die Dichtung kann in einer Aussparung 40 um den Außenumfang
der Ventilplatte vorgesehen sein.
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Das
bevorzugte Verfahren der Montage dieses Teils des Kompressors umfasst
das Erhitzen des Zylinderrahmens (welcher typischerweise eine gegossene
Aluminiumlegierung ist) sowie das anschließende Einsetzen der Ventilplatte
in den zylindrischen Hohlraum, so dass diese an der Schulter 39 anliegt. Im
Falle der Ausführungsform
der 4 wird zunächst
der Federabstandshalter eingesetzt. Die zylindrische Verkleidung 12 wird
dann fest in den zylindrischen Hohlraum hinein und gegen die Ventilplatte gedrückt und
wird darin gehalten, bis der Zylinder auf diese aufschrumpft. Mit
vernünftigen
Herstellungstoleranzen sollte es möglich sein, dies konsistent
und mit sehr effektivem letztendlichen Eingriff zwischen der Zylinderverkleidung 12 und
dem Zylinderrahmen zu erzielen, indem der Zylinderrahmen auf ungefähr 250°C erhitzt
wird und die Verkleidung bei Zimmertemperatur gelassen wird.
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Diese
Art der Herstellung kann eine Reihe von Teilen, die Kopfabdeckung
und jegliche Bolzen oder Befestigungsmittel, die anderenfalls zu
deren Befestigung notwendig wären,
einsparen und kann die Gefahr eines Leckagewegs durch irgendeine Dichtung
zwischen dem Kopf und dem Ende des Zylinders eliminieren. In dem
Kompressor der vorliegenden Erfindung verläuft der einzig mögliche Leckageweg
von dem Kopf um die Ventilplatte herum zurück in den Kompressionsraum
im Zylinder.
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Die
Zylinderteilanordnung der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise
dort angewendet, wo lediglich ein Auslassventil in der Kopfanordnung
vorhanden ist, wobei das Ansaugventil für den Kompressor im Kolbenboden
des Kolbens enthalten ist und das Ansaugen der Gase durch den Körper des
Kolbens hindurch stattfindet. Das Verfahren der Herstellung kann
jedoch ebenfalls angewendet werden, wenn Ansaugen und Auslassen
durch den Zylinderkopf hindurch stattfindet, es wäre jedoch
spezielle Vorsicht notwendig, um eine angemessene Abdichtung an
irgendeiner Unterteilung zwischen der Ansaugseite und der Auslassseite
innerhalb des Kopfgehäuses
sicherzustellen.
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Die
Ausführungsform
der 4, in welcher eine Feder vorgesehen ist, die zwischen
der Ventilplatte und dem Zylinderrahmen angeordnet ist, stellt einen
wirksamen Klemmdruck über
einen größeren Toleranzbereich
der Einsetzposition der Verkleidung 12 innerhalb des Zylinderrahmens
sicher. Diese Anordnung weist den zusätzlichen Vorteil auf, dass
die Ventilplatte leicht angehoben werden kann, wenn der Kolben mit
der Ventilplatte während
des Betriebs zusammenstößt. Dies
kann Geräusche
von der Kollision sowie irgendeine Beschädigung der Kolbenfläche und
von Verbindungsgliedern zwischen dem Kolben und dem Linearmotoranker
reduzieren.
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Die
Anordnung der vorliegenden Erfindung steht im Gegensatz zur üblichen
Anordnung, in welcher der Kopf oder die Abdeckung ein separates Bauteil
ist, welches an dem Zylinderteilrahmen angeschraubt oder anderweitig
befestigt ist, wobei allgemein der Rand der Ventilplatte zwischen
dem Ende des Zylinderteilrahmens und dem Ende des Kopfs oder der
Abdeckung aufgenommen ist.
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Zusammenfassung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung von Zylinder und Zylinderkopf
für einen
Linearkompressor. Die Anordnung weist einen Zylinderrahmen mit einer
Innenfläche
auf, die an einem Ende einen Zylinderkopfraum sowie einen sich entlang
einer Achse von dem Zylinderkopfraum erstreckenden Zylinderraum
definiert. Der Zylinderraum weist einen Auslass durch die Wand des
Zylinderrahmens hindurch auf. Die vorliegende Erfindung umfasst
außerdem
eine Zylinderverkleidung, welche an beiden Enden offen ist. Die
Zylinderverkleidung befindet sich innerhalb des Rahmens, so dass
die Außenfläche in Eingriff
mit dem den Zylinderraum definierenden Abschnitt der Innenfläche des
Rahmens ist. Eine Ventilplatte definiert eine Barriere zwischen
dem Kompressionsende der Zylinderverkleidung und dem Kopfraum. Die
Ventilplatte befindet sich im Eingriff zwischen dem Zylinderrahmen
und der Zylinderverkleidung, so dass die Ventilplatte an dem offenen
Ende der Zylinderverkleidung anliegend positioniert ist.