AT222268B - Tauchkolben-Verdichter mit elektrischem, insbesondere elektrodynamischem Schwingantrieb - Google Patents

Description

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  Tauchkolben-Verdichter mit elektrischem, insbesondere   elektrodynamischem Schwjngantrieb    
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 Schwingfeder bzw. Schwingfedern als mit ihren Enden befestigte Schraubenfedern ausgebildet sind, deren Achse mit deren Schwingungsachse zumindest annähernd zusammenfällt. Die Erfindung hat zur Aufgabe, die Ausbildung mechanischer Querkräfte auf die Lagerstellen dadurch zu vermeiden, dass die Angriffspunkte der Schwingfeder bzw. -federn gegenüber dem Gehäuse und den schwingenden Teilen bezogen auf die Schwingungsachse unmittelbar mit dieser zusammenfallen, auch während des Betriebes, so dass keinerlei Hebelwirkungen auftreten. 



   Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass die Enden der Schwingfeder bzw. Schwingfedern um jede beliebige Achse senkrecht zu der Schwingungsachse und gegebenenfalls um diese selbst drehbar gelagert sind. Als Lagerstellen für die Befestigung kann jedes Federende eine Kugel tragen, die so angeordnet und gelagert ist, dass der Kugelmittelpunkt und die Lagerstellen der Kugel in der Schwingungsachse liegen. Es sind aber auch kardanische Aufhängungen an mindestens einem der Federenden möglich. 



   Bei einer einzigen auf Zug und Druck beanspruchten Schwingfeder nach der Erfindung kann jetzt diese immer so bemessen werden, dass die zur Ausknickung der Feder erforderliche Knickkraft weit oberhalb der im Schwingbetrieb vorkommenden grössten Kraft liegt, mit der die Feder zusammengedrückt wird. 



   Durch diese Federaufhängung ist es möglich, Schwingfedern zu verwenden, die geometrisch nicht mehr genau gewickelt sein müssen, deren Einbau vereinfacht ist und deren mechanische Belastung an ihren Enden durch die fehlende starre Einspannung zurückgeht, infolge der allseitigen drehbaren Befestigung. 



   In einer Weiterbildung der Erfindung wird die neue Schwingfeder-Anordnung mit einem elektrischen Schwingantrieb vereinigt, dessen elektromotorische Querkräfte ebenfalls Null sind. Hiezu gehören elektrische Schwingantriebe, deren Ankerkörper aus nicht magnetischem Material bestehen, d. h. die sogenannten elektrodynamischen Schwingantriebe, deren als Tauchspule ausgebildeter Anker in einem Ma- 
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 querkraftfreienmechanischen Ankeraufhängung mit einem querkraftfreien elektrischen Schwingantrieb ergibt erstmalig die Möglichkeit,   Schwingverdichter für Kleinitältemaschinen zu bauen, in denen ausschliesslich Kräfte in Rieh-   tung der Längsachse, d. h. in der Schwingungsachse und damit des Verdichterkolbens wirken.

   Die Schmie- rungs-und Lagerprobleme solcher Kleinkälteverdichter können damit weitgehend als gelöst angesehen werden, was mit Rücksicht auf die hohen Garantieleistungen bei solchen gekapselten Einrichtungen wesentlich ist. 



   Eine mögliche Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung im Längsschnitt   eines elektrodyna-   mischen Schwingantriebes mit permanentmagnetischer Erregung gezeigt, dessen Ankerkörper in Form einer im Ringspalt des Magnetkreises frei beweglichen Schwingspule mit dem Verdichterkolben eines Kleinkälteverdichters verbunden ist. 



   Der Permanentmagnet 1 ist in einem Topf 2 mit dem Polring aus weichmagnetischem Material angeordnet. In dem ringförmigen Spalt 4 bewegt sich die Schwingspule 3 ohne Berührung. Der Wicklungsträger 5 der Schwingspule 3 besteht aus einem unmagnetischen Material Die Speisung der Schwingspule 3 z. B. mit Wechselstrom erfolgt über die   Zuleitungen'1   und 8. Die Schwingfrequenz dieses elektrodynamischen Schwingantriebes ist gleich der Frequenz des speisenden Wechselstromes. 



   In dem Gehäuseteil 6 ist der Verdichterzylinder 11 mit der Druckkammer 12 vorgesehen. Die Verbindung des hohlen Verdichterkolbens 9, der gleichzeitig das Saugventil 10 enthalten kann, mit dem Wicklungsträger 5 erfolgt über den vorzugsweise hohlen Schraubansatz 13, der in den Lagerkäfig 26 übergeht. Eine zwischengelegte Tellerfeder 14 und Scheibe 15 übernehmen die feste Verbindung. In der Druckkammer 12 befindet sich das Druckventil 16 mit der Feder 17. 



   Die Schrauben 18 verbinden den Gehäuseteil 6 des Verdichters fest mit dem Weicheisentopf 2 des Schwingantriebes. Eine in Eindrehungen 33 eingesetzte Distanzhülse 19, die gleichzeitig als Ummantelung des   Schwingverdichters dient,   sichert die erforderliche genau zentrische und senkrechte Lage der Zylinderbohrung 11 des Gehäuseteiles 6 zum Ringspalt 4. 



   Das zu fördernde Gasmedium tritt durch das Ansaugrohr 20 von unten in den inneren Spulenraum des Schwingverdichters ein, durchströmt den Ringspalt 4, wobei es gleichzeitig die Wicklung 5 kühlt, und nimmt dann seinen Weg durch Bohrungen 21 des weiter unten näher beschriebenen Lagerkäfig 26 und des Schraubansatzes 13, so dass es in den hohlen Kolben 9 gelangt. Bei Abwärtsbewegung des Kolbens passiert das zu verdichtende Gas das geöffnete Saugventil 10 und wird danach bei Aufwärtsbewegungdes Kolbens verdichtet und schliesslich nach Abheben des Druckventiles 16 in die Druckkammer 12 gedrückt,   1m   durch das Auslassrohr 22 den Schwingverdichter als verdichtetes Gas wieder zu verlassen. 



   Als Schwingfeder des Schwingantriebes ist eine vorzugsweise zylindrische Schraubenfeder 23 vorge-   ! then,   deren Endwindungen in zur Mittelachse der Feder abgewinkelte gerade Schenkel 24 auslaufen, die 

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 möglichst senkrecht zur Mittelachse der Feder stehen. Auf den Federschenkeln 24 sind Kugeln 25 befe- stigt, deren Mittelpunkte etwa auf der Mittelachse der Schwingfeder liegen sollen. Die Kugeln 25 können auf den Federschenkeln aufgekittet, aufgeschrumpft oder durch Punktschweissung befestigt werden. 



   Die Kugeln 25 dienen als hebelarmfreie Befestigung und Lagerung der Federenden 24 auf der Mittel- linie der Bewegungsrichtung, die im Ausführungsbeispiel mit der Mittelachse des Verdichterkolbens zu- sammenfällt. Hiefür werden die Kugeln in besonderen Lagerkäfigen 26 eingespannt. Ein Bolzen 27 mit einer Mutter 28 und Unterlegscheibe des unteren Lagerkäfigs dient gleichzeitig zum Befestigen des Pol- schuhes und des Permanentmagneten 1 im Weicheisentopf 2 des elektrischen Schwingantriebes. Die in die
Lagerkäfige 26 eingesetzten bzw. eingeschraubten Lagerplatten 29 besitzen in ihrem Zentrum z. B. kleine
Kugelsenkungen 32 zur Aufnahme der Kugeln 25, wobei mittels der einschraubbaren z.

   B. äusseren Lager- platten besonders eingelegte Tellerfedern 30 so weit vorgespannt werden können, dass auch bei grösstmög- lichen Arbeitshüben des Verdichterkolbens eine spielfreie Befestigung der zwischen den Lagerplatten eingespannten Kugeln gewährleistet ist, ohne dass die Drehbarkeit des Federendes mit der Kugel zwischen den Lagerplatten beeinträchtigt wird. 



   Durch diese Aufhängung der Feder 23 können keine mechanischen Querkräfte von ihr auf die angetriebenen Teile ausgeübt werden, u. zw. auch dann nicht, wenn die Feder nicht genau gewickelt ist oder die Federschenkel 24 nicht genau zur Mittelachse der Feder hingebogen sind oder auch die Mittelpunkte der Kugeln nicht genau auf der Mittelachse der Feder liegen. Es sinn a1so gewisse EinDauabweichungen zulässig. Die Schwingfeder würde dann allenfalls etwas. chief zur Mittelachse des   Verdichterkbens   stehen, aber Querkräfte würden trotzdem nicht auftreten.

   Um wegen der Stellung der   Schwingsi e in   dem Magnetspalt die Länge der entspannten Schwingfeder 23 nicht auf ein genau und   ent   toleriertes Mass herstellen zu müssen, bedarf es lediglich einer einfachen Nachstelleinrichtung, mit welcher vorzugsweise der untere Lagerkafig längs der Mittelachse des Verdichterkolbens, z. B. über eine Schraubverbindung 27, 28 verstellt und so fixiert wird, dass die gewünschte Mittellage der Schwingspule und des Verdichterkolbens in jedem Falle bei der Montage des Schwingverdichters erreicht wird. Die Schwingfeder braucht demzufolge hinsichtlich aller   ihrer Abmessungen keine Präzisionsfeder mehr   zu sein, worin ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt.

   Diese axiale Verstellung des Lagerkäfigs erfolgt in dem Ausführungsbeispiel mit Hilfe gegeneinander austauschbarer Abstandsscheiben 31. 



   Für die hebelarmfreie Aufhängung der schwingenden Teile 5 und 9   konnen   auch andere Federformen, z. B.   Kegel-oder Scheibenfedern   und andere Lagerungen, z. B. Schneidenlagerungen, der Federenden Veiwendung finden. Die Lagerung der Schwingfeder im Ausführungsbeispiel hat jedoch zwei Vorteile. Einmal ist bei einer zylinderförmigen Schraubenfeder die mitschwingende Federmasse einigermassen zentrisch und gleichmässig um die Mittelachse der Schwingfeder verteilt, so dass die dynamischen Querkräfte klein werden und praktisch vernachlässigt werden können. Dies gilt auch für nichtzylindrische Schraubenfedern, z. B. kegelförmige Schraubenfedern.

   Ferner treten an   dei   Eintrittsstelle der Federschenkel in die Kugeln keinerlei Schub-oder Biegebeanspruchungen des Federmaterials auf, so dass Federbrüche an diesen Eintrittsstellen weitgehend unterbleiben, im Gegensatz zu eingespannten Federenden. 



   Bei Verwendung von zylindrischen Schraubenfedern ist es zweckmässig, die wirksamen federnden Windungen halbzahlig zu wählen, d. h. if = n + 1/2, wobei n eine ganze Zahl ist. Die Drehbewegungen der Kugeln in ihren Lagern werden dann im Schwingbetrieb am kleinsten und praktisch Null, wogegen bei Wahl ganzzahliger wirksamer federnder Windungen diese Drehbewegungen am grössten sind. 



   Das Ausführungsbeispiel zeigt die Kombination eines querkraftfreien elektrischen Schwingantriebes (Ankerkörper enthält nur unmagnetische Materialien) mit der querkraftfreien Schwingfederanordnung und Befestigung, d. h. also einen Schwingverdichter, in welchem keinerlei mechanische und elektromotorische Querkräfte auftreten, so dass erstmalig nur Kräfte in Bewegungsrichtung des Verdichterkolbens wirken. 



   Bei einem   derartigen, völlig frei von Querkräften arbeitender   Schwingverdichter kann auch bei langdauerndem wartungsfreiem betrieb auf eine Ölschmierung der Lagerstellen verzichtet werden, vor allem, wenn man den aufeinander gleitenden Flächen in bekannter Weise Notlaufeigenschaften verleiht, was z. B. durch Nitrieren geschehen kann. 



   Durch die Kombination eines querkraftfreien elektrodynamischen Schwingantriebes und der querkraftfreien Schwingfederanordnung ist die Möglichkeit gegeben, ölfreie und wartungsfreie Schwingverdichter zu bauen, ohne dass bei langdauerndem Betrieb eine Gefährdung der Betriebssicherheit zu befürchten ist. 

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Tauchkolbenverdiçhter mit elektrischem, insbesondere elektrodynamischem Schwingantrieb, des- <Desc/Clms Page number 4> sen Schwingfeder bzw. Schwingfedern als mit ihren Enden befestigte Schraubenfedern ausgebildet sind, deren Achse mit deren Schwingungsachse zumindest annähernd zusammenfällt, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Vermeidung mechanischer Querkräfte auf die Lagerstellen die Enden der Schwingfeder (23) bzw. Schwingfedern um jede beliebige Achse senkrecht zur Schwingungsachse und gegebenenfalls um diese selbst drehbar gelagert sind.

   2. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Federende eine Kugel (25) trägt, die so angeordnet und gelagert ist, dass der Kugelmittelpunkt und die Lagerstellen (29) der Kugel in der Schwingungsachse liegen.

   3. Verdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Lager aus zwei die Kugel zwischen sich klemmenden, scheibenförmigen Teilen (29) besteht, die in einen mit mindestens eine r seit- EMI4.1 Kugel (25) in ihren Lagern (29).

   5. Verdichter nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der beiden scheibenförmigen Teile (29) unter Zwischenschaltung einer Scheibenfeder (30) im Lagerkäfig (26,'ver- schiebbar sitzt.

   6. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit zylinderförmiger Schwingfeder, dadurch gekennzeichnet, dass die wirksamen Federwindungen halbzahlig gewählt sind.

   7. Verdichter nach einem der Anspruche l bis 6, mit einer einzigen, auf Druck und Zug beanspruchten Feder, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Federaufhängung (13') im Gehäuse (1, 2) in axialer Richtung einstellbar ist.

   8. Verdichter nach den Ansprüchen 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung der Federaufhängung durch unter einen Lagerkäfig (26) gelegte austauschbare Abstandscheiben (31) erfolgt und der Lagerkäfig mittels eines mit ihm verbundenen Bolzens (27) fixiert wird.

   9. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (27) des Befestigungsteiles (13') mit dem Lagerkäfig (26) gleichzeitig die den Magnetkreis bildenden Teile (1, 2) zusammenhält.

   10. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lagerkäfig (26) in einen Schraubansatz (13) als Befestigungsteil zwischen Schwinganker (5) und Verdichterkolben (9) übergeht und eine axiale Bohrung als Verbindung zu dem hohl ausgebildeten Verdichterkolben aufweist und dass weitere Öffnungen (21) den Feder- und Spulenraum mit der Ansaugseite (20) im Sinne einer Belüftung verbinden.

   11. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einem den Zylinderteil bildenden Gehäuse und gesondert damit zu verbindenden Magnetkreis, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf (6) gegenüber dem äusseren Weicheisenteil (2) des Magnetkreises durch eine Abstandshülse (19), gegebenenfalls über besondere Eindrehungen (33) zentriert und über Spannschrauben (18) so verspannt ist, dass die Achse des Zylinders (11) mit der Achse des Magnetspaltes (4) und der Schwingungsachse praktisch zusammenfällt.