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Verdichter mit elektromagnetisch angetriebenem Schwinganker
Die Erfindung betrifft die Ausbildung eines Verdichters mit elektromagnetisch angetriebenem Schwing- anker, der mittels eines in einem elektromagnetischen Kreis erzeugten Wechselfeldes in hin-und herge- hende Bewegung versetzt wird und wenigstens einen Verdichterkolben antreibt, wobei der Schwinganker mit einem Drehstab als federndem Organ in Verbindung steht. Die Schwingbewegung des Ankers verläuft mit der Frequenz des Speisestromes mit diesem synchron.
Die Verwendung eines Drehstabes ist für den Antrieb eines Drehkolbenverdichters bekannt, bei dem ein doppelflügeliger Verdichterkolben an dem einen Ende des Drehstabes sitzt, dessen Länge ein Vielfa- ches der Axialerstreckung des Flügelkolbens beträgt. Abgesehen von den ungünstigen Abmessungen, wel- che die Unterbringung eines in dieser Weise ausgebildeten Verdichters etwa in Kühlschränken sehr erschwe- ren und in jedem Falle den Konstrukteur bei der Auslegung der andern Einrichtungen sowie bei der Raum- aufteilung erheblich beschränken, ist bei dieser bekannten Ausbildung nachteilig, dass der Flügelkolben ändern freien Ende des über die ganze Länge freien Drehstabes befestigt ist, wodurch sich ungünstige Bie- gungsbeanspruchungendes Federelementes ergeben.
Verbiegungen des Drehstabes beeinträchtigen aber die
Wirksamkeit des elektromagnetischen Kreises, weil für diesen die genaue Einhaltung der kleinen Spalte zwischen den Polschuhen entscheidend ist.
Die Erfindung beseitigt die vorstehenden Nachteile. Sie geht davon aus, dass der Drehstab im Inneren einer rohrförmigen Hülse vorgesehen und an einem Ende mit dieser fest verbunden ist, und sieht vor, dass die den Drehstab enthaltende rohrförmige Hülse mittels zweier Lager in einem die Magnetspulen samt den zugehörigen Eisenkernen tragenden Grundrahmen drehbar gelagert ist und zwischen den beiden Lagern den z. B. mittels einer Klemmschelle auf ihr drehfest sitzenden Schwinganker trägt, wobei das zweite Ende des
Drehstabes am Grundrahmen drehfest befestigt ist.
Beim Verdichter nach der Erfindung ist die Verwendung einer starren Hülse möglich, die als zweisei- tig gelagerte Welle des an ihr festgeklemmten Ankers des Verdichters wirkt. Damit ist die Lage des Ankers gegenüber dem Grundrahmen und dessen Polschuhen genau definiert und ihre Veränderung im Betrieb mit
Sicherheit ausgeschlossen. Weiterhin ist die Einstellung der Spalte zwischen dem Anker und den Polschuhen durch die Lagerung des Ankers an der starren Hülse sehr einfach, was für die Herstellung des Verdichters vorteilhaft ist. Der innerhalb der Hülse liegende Drehstab wird von dieser schützend umgeben und unter- liegt nur der Torsionsbeanspruchung.
Die Unterbringung des Drehstabes in der Hülse entspricht der Forde-
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lFig. l geschnittene Vorderansicht, Fig. 3 einen Schnittlängs der Linie 111-111 der Fig. 2 und Fig. 4 eine längs der Linie IV-IV der Fig. 2 geschnittene Teilansicht. Fig. 5 zeigt eine der Fig. 1 entsprechende Teilansicht einer andern Ausführung eines Bestandteils des Verdichters.
Der eigentliche Verdichter ist mit Hilfe von elastischen Gliedern 1 in einer durch einen Deckel 3 hermetisch verschlossenen Glocke 2 aufgehängt. Das zu verdichtende Strömungsmittel, z. B. ein Kältemittel, wird mit einem Zufuhrstutzen 4 zugeführt, welcher an der Glocke dicht befestigt ist und nur dazu dient, diese beständig mit dem Strömungsmittel gefüllt zu halten. Die Glocke ist aussen mit Befestigungslaschen 5 und innen mit einem elastischen Anschlag 6 (Fig. 2 und 4) versehen, welcher in eine Ausnehmung
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7 des Verdichters eintritt und zur Begrenzung der Bewegung desselben während des Transportes bestimmt ist.
Der Verdichter weist einen Schwinganker 8 auf, der durch einen Drehstab zur Erzeugung der Schwing- bewegung mit einem Grundrahmen 10 verbunden ist, welcher aus einer Metallegierung gegossen ist und im allgemeinen die Form eines U aufweist, zwischen dessen Schenkeln 11 und 12 der Schwinganker 8 an- geordnet ist. Diese Schenkel sind hinten durch eine Traverse 13 verbunden, wodurch der Grundrahmen versteift wird. Die Schenkel 11 und 12 enden oberhalb der Traverse 13 in den Gleitlagern 14 und 15 für die rohrförmige Hülse 16, die mit dem Drehstab 9 und dem Schwingungsanker 8 drehfest verbunden ist.
Hiefür umgreift der Schwinganker die Hülse mit der Klemmschelle 17.
Gemäss einer Ausführungsform (Fig. 1) dieser Klemmschelle ist in ihr ein radialer Spalt 18 angebracht, der durch zwei Lippen 19 und 20 begrenzt ist. Mittels eines Bolzens 21 kann die Schelle 17 an dem Rohr
16 festgeklemmt werden.
Bei einer andern Ausführungsform dieser Schelle (Fig. 5) ist in dem oberen Ende des Schwingankers senkrecht zur Bohrung 23 für den Durchtritt der Hülse eine zylindrische Bohrung 22 so angebracht, dass sie diese Durchtrittsbohrung schneidet. Der zylindrische Kopf eines Bolzens 24 und ein Ring 25 sind in die Bohrung 22 eingesetzt, und durch Festziehen des Bolzens 24 werden an dem Kopf und dem Ring vorgesehene
Abschrägungen 26 kräftig gegen das Rohr 16 gedrückt und der Schwinganker mit diesem fest verbunden.
Die Lager 14 und 15 des Grt. adrahmens 10 müssen sorgfältig geschmiert werden, um anormale Reibungen und ein Festfressen zu vermeiden. Das dem Lager 14 benachbarte Ende der Hülse 16 wird durch eine Verdickung 27 zur Einspannung des Torsionsstabes 9 verlängert. Das andere Ende dieses Stabes ist in einem von dem Gleitlager 15 vorspringenden Ansatz 29 eingespannt. Der Torsionsstab 9 liegt innerhalb der Hülse 1. 6 gleichachsig zu dieser. Die Einspannung des Torsionsstabes in dem Ansatz 29 des Grundrahmens und jene in der Verdickung 27 der mit dem Schwinganker 8 fest verbundenen Hülse 16 können durch das Anziehen von Muttern 30 hergestellt werden, durch die die an den Enden des Torsionsstabes 9 vorgesehenen Morsekonusse 31 in konische Bohrungen 32 in dem Ansatz 29 und in die Verdickung 27 gedrückt werden.
Die Hülse 16 bildet ein Verbindungsglied, welches die gesamte elastische Verdrehung des Torsionsstabes 9 auf den Schwinganker 8 überträgt. Es kann daher für einen bestimmten Winkelausschlag der Anordnung die Länge des Torsionsstabes so gewählt werden, dass seine Verformung stets in dem elastischen Bereich bleibt.
Der Schwinganker 8 wird aus einer unmagnetischen Metallegierung gegossen und umhüllt zwei Dauermagnete 33 und 34, die mit Polschuhen 33a und 33b bzw. 34a und 34b (Fig. 3) versehen sind. Diese durch einen rechteckigen Stab gebildeten Magnete sind so angeordnet, dass die an den entsprechenden Polschuhen 33a und 34a oder 33b und 34b erscheinenden Polaritäten einander entgegengesetzt sind. Die Magnete sind ausserdem parallel und gleich weit von dem Torsionsstab 9 entfernt.
JederSchenkel 11 und 12 des Grundrahmens 10 trägt noch vorspringende Ansätze 35 und 36 (Fig. 1, 3 an denen mit Hilfe von Bolzen 39 Magnetkreise 37 und 38 befestigt werden, welche von diesen Schenkeln umgeben werden. Jeder Kreis 37 oder 38 wird durch einen Stapel von Magnetblechen gebildet, welche die Form eines M haben, deren mittlerer Schenkel 37, bzw. 38 von einer induzierenden Spule 40 bzw.
41 umgeben wird. Die Polschuhe 33a, 33b, 34a, 34b der Dauermagnete 33 und 34 sind so angeordnet, dass
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benachbarten Schenkeln dieser Magnetkreise.
Das freie Ende 42 des Schwingankers 8 ist mit der Stange 43 eines Kolbens 44 verbunden, der durch eine Kunststoffschale gebildet wird. Hiefür weist die Stange 43 einen Gewindeansatz 45 auf, der das Ende 42 durchsetzt und in diesem durch eine Mutter 46 festgezogen ist.
Auf dem Schwinganker 8 sind Zusatzmassen aufgesetzt, z. B. Lochscheiben 47, um die Eigenfrequenz der durch die bewegliche Anordnung und den Drehstab 9 gebildeten Anordnung etwas kleiner zu halten, als die Frequenz des Speisestromes der induzierenden Spulen 40 und. 41.
Der Kolben 44 ist in einem totischen Zylinder 48 angeordnet, dessen Leitlinie den gleichen Krümmungshalbmesser hat wie die Kreisbahn, die vom Kolben durchlaufen wird, wenn sich der Schwinganker 8 in Bewegung befindet. Der torische Zylinder ist in einem Formstück 49 enthalten, dessen aussen zylindrischer Teil 50 in ein in dem mittleren unteren Abschnitt 52 des Grundrahmens 10 angebrachte Bohrung 51 eingesetzt und in dieser mittels eines Flansches 53 und Schrauben 54 befestigt ist. Der Kolben 44 aus
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elastischem Werkstoff bildet auch das Ventil für den Einlass des Kaltemittels in den Zylinder 48. Dieser muss normalerweise während des Saughubes durch ein nicht dargestelltes Dtuckventil verschlossen werden, welches z.
B. durch eine Schale aus einem elastischen Werkstoff gebildet werden kann, welche wie die dsn Kolben bildende ausgebildet ist.
Der Zylinder 48 mündet an einem Ende in die das zu verdichtende Kältemittel enthaltende Glocke 2 und an seinem ändern Ende in eine Kammer 55 zur Aufnahme des verdichteten Arbeitsmittels, wobei die- se Kammer durch einen Zylinderkopf 56 aus Formguss begrenzt wird, welcher an dem Formstück 49 be- festigt ist. Eine Dichtung 57 ist zwischen dem Zylinderkopf 56 und dem Formstück 49 angeordnet, wäh- rend die Verbindung zwischen diesem Teil und dem Grundrahmen keine Abdichtung erfordert. Die Kam- mer 55 ist durch eine innerhalb der Glocke liegende Rohrleitung 58 (Fig. 2) mit einem an der Glocke be- festigten Druckstutzen 59 verbunden, welcher an den Hochdruckkreis z. B. einer Kälteanlage angeschlos- sen wird.
Der Verdichter arbeitet folgendermassen : Die Spulen 40 und 41 sind so gewickelt, dass sie bei ihrer
Speisung mit Wechselstrom in den Kreisen 37 und 38 ein magnetisches Wechselfeld erzeugen, das an den Enden der einander gegenüberliegenden Schenkel dieser Kreise entgegengesetzte Polaritäten erzeugt. Wenn z. B. während einer Halbwelle des Speisestromes ein Südpol an dem mittleren Schenkel 371 und somit ein Nordpol anden Aassenschenkeln 372 und 373 des Magnetkreises 37 erscheint, erscheint ein Nordpol an dem mittleren Schenkel 381 und ein Südpol an den Aussenschenkeln 38,38 des Magnetkreises 38.
Während der betrachteten Halbperiode des Speisestromes der Spulen 40 und 41 sucht sich der Schwinganker 8 inderRichtungdesPfeiles F (Fig. 3) zu verstellen, wogegen er sich während der andern Halbperiode des Speisestromes in entgegengesetztem Sinn zu verstellen sucht, da die Polarität der an den Enden der Schenkel der Magnetkreise 37 und 38 erscheinende Pole wechselt. Die mit ihren Spulen 40 und 41 versehenen Magnetkreise 37 und 38 und die Dauermagnete 33 und 34 bilden daher eine elektromagnetische Vorrichtung zur Aufrechterhaltung der durch den Torsionsstab 28 bestim ì1ten Schwingbewegung des Schwingankers 8. Diese Bewegung kann natürlich auch durch einen anders ausgebildeten elektromagnetischen Kreis aufrecht erhalten werden.
Während der Schwingbewegung des Schwingankers 8 wird der Kolben 44 von diesem angetrieben und bewegtsichindem Zylinder 48 hin und her. Bei der Bewegung des Kolbens im Sinne des Pfeiles F, (Fig. l) wird das in dem Zylinder 48 enthaltene Kältemittel verdichtet und durch das Duckventil in die Sammelkammer 55 ausgeschoben. Während des Rückgangs des Kolbens (in dem dem Peil fil entgegengesetzten Sinn) verschliesst das Druckventil den Zylinder 48, während der das Einlassventil bildende Kolben 44 des Kolbens die Verbindung zwischen dem Zylinder und der Glocke herstellt, damit sich der Zylinder mit dem drucklosen Kaltemittel füllen kann.
Der Torsionsstab 9, dessen periodische Verformung durch den elektromagnetischen Kreis aufrechterhalten wird, kann natürlich auch mehrere Verdichterstufen betätigen.