DE102004062297A1 - Verdichter für ein Kältegerät - Google Patents
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Abstract
Ein Verdichter, insbesondere für ein Kältemittel in einem Kältegerät, umfasst eine Kammer (20), einen in der Kammer (20) beweglichen Kolben (23) und zwischen der Kammer (20) und einem Sauganschluss (24) bzw. einem Druckanschluss (25) angeordneten Ventilen (26, 27), anderen beweglichen Teilen (19) eine Beschichtung angebracht ist, die härter als besagte bewegliche Teile ist.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verdichter, der in einem Kältegerät zum Verdichten von Kältemittel einsetzbar ist. Ein solcher Verdichter hat im allgemeinen eine Kammer, einen in der Kammer beweglichen Kolben und zwischen der Kammer und einem Sauganschluss bzw. einem Druckanschluss angeordnete Ventile, die die Flussrichtung durch den Verdichter vom Sauganschluss zum Druckanschluss festlegen.
- Derartige Verdichter sollen Lebensdauern von bis zu 15 Jahren erreichen. Dies bedeutet, dass über diese gesamte Zeit die Ventile hinreichend dicht bleiben müssen, um einen nennenswerten Rückfluss von Kältemittel vom Druckanschluss in die Kammer oder von der Kammer zum Sauganschluss des Verdichters zu verhindern.
- Aufgabe der Erfindung ist, einen Verdichter anzugeben, dessen Ventile eine besonders hohe Lebensdauer aufweisen.
- Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass an beweglichen Teilen der Ventile eine Beschichtung angebracht ist, die härter als besagte bewegliche Teile ist und diese vor Abrieb und Verformung beim Aufschlag auf andere Teile des Ventils, insbesondere bei dessen Schließbewegung, schützt.
- Als harte Beschichtung kommt insbesondere eine keramische Beschichtung in Betracht.
- Eine solche keramische Beschichtung kann durch Materialauftrag auf die beweglichen Teile, beispielsweise durch Auftragen einer Suspension von Keramikpartikeln und anschließendes Sintern, gebildet werden.
- Ein besonders enger Verbund zwischen dem beweglichen Teil und der darauf gebildeten keramischen Schicht wird erhalten, wenn die keramische Schicht durch oberflächliches Umsetzen des Werkstoffs der beweglichen Teile gebildet ist.
- Als Material der keramischen Beschichtung kommen insbesondere Oxide, Nitride, Carbide oder ein Gemisch von mehreren dieser Stoffe in Betracht.
- Als Werkstoff für die beweglichen Teile wird vorzugsweise ein Federstahl verwendet.
- Die Erfindung ist besonders vorteilhaft anwendbar bei einem Verdichter, der ein direkt auf den Kolben wirkendes Linearantriebsaggregat umfasst, denn derartige Verdichter, wie sie z.B. aus
US 6 641 377 B2 bekannt sind, haben im Vergleich zum rotatorisch angetriebenen Verdichtern einen relativ geringen Kolbenhub und müssen daher mit einer hohen Bewegungsfrequenz und dementsprechend häufigem Schalten der Ventile arbeiten, um einen benötigten Durchsatz zu erzielen. - Des weiteren ist die Erfindung vorteilhaft anwendbar, wenn der Kolben in der Kammer ölfrei gelagert ist. Während nämlich bei ölgelagerten Kolben in der Regel ein dünner Ölfilm das gesamte Innere der Kammer einschließlich der Ventile überzieht, der die Wärmeableitung von den beweglichen Teilen der Ventile begünstigt, ist die Wärmeableitung von den beweglichen Teilen bei ölfreiem Betrieb in der Regel deutlich schlechter, und dementsprechend groß ist die thermische Belastung und folglich auch die Verschleißneigung dieser beweglichen Teile.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Figuren beschrieben: Es zeigen:
-
1 einen erfindungsgemäßen Verdichter teils in einer schematischen Seitenansicht, teils im Schnitt; und -
2 eine Draufsicht auf eine Membranfeder des Verdichters aus1 . - Den unteren Bereich des in der Fig. gezeigten Linearverdichters bildet ein Antriebsaggregat
1 . Es umfasst einen permanentmagnetischen Schwingkörper2 , dessen Längsenden jeweils entgegengesetzte Magnetpole bilden. Der Schwingkörper2 erstreckt sich durch zwei gegenüberliegende Öffnungen3 einer Kammer4 , die vorgesehen ist, um ein Paar von Elektromagneten8 aufzunehmen. Die einander beiderseits des Schwingkörpers2 diametral gegenüberliegenden Elektromagneten8 sind mit einem Wechselstrom von kontrollierter Frequenz beschaltbar, um alternierende Magnetfelder mit jeweils einander gegenüberliegenden gleichnamigen Polen zu erzeugen. Die Elektromagnete8 haben einen Eisenkern9 mit E-förmigem Querschnitt mit drei parallelen, an einem Ende verbundenen Schenkeln11 ,12 . Eine Wicklung10 umgibt jeweils den mittleren Schenkel11 jedes Eisenkerns. Die Spitze des mittleren Schenkels11 einerseits und die der zwei äußeren Schenkel12 andererseits bilden jeweils verschiedennamige Pole jedes Elektromagneten8 . - Je nach Richtung des Erregerstroms der Elektromagneten
8 ziehen die Pole an den Spitzen der Schenkel12 jeweils abwechselnd einen der Pole des Schwingkörpers2 an und den anderen ab und lenken dadurch den Schwingkörper2 abwechselnd in entgegengesetzte Richtungen aus. - Die Längsenden des Schwingkörpers
2 sind jeweils an einer Membranfeder5 befestigt, die von den Wänden der Kammer4 durch Stege6 beabstandet gehalten ist. Aus jeder Membranfeder5 sind, wie in der Draufsicht der2 gezeigt, vier in etwa z-förmige Arme7 ausgestanzt, die jeweils in Höhe des von der betreffenden Membranfeder5 gehaltenen Endes des Schwingkörpers2 einteilig zusammenhängen. In der Draufsicht nimmt jeder Arm7 einen von der Längsachse des Schwingkörpers2 ausgehenden 90°-Sektor ein, und jeder Arm7 ist spiegelbildlich zu den zwei benachbarten Armen7 geformt. In1 , die den Schwingkörper2 aus seiner Ruhestellung leicht nach oben ausgelenkt zeigt, sind jeweils zwei dieser Arme7 zu sehen. Die spiegelbildliche Anordnung kompensiert ein Drehmoment, das einer der Arme7 möglicherweise im Laufe der Bewegung des Schwingkörpers2 auf diesen ausübt, durch das entgegengesetzt gleiche Drehmoment des benachbarten Arms. - Eine Verdichterkammer ist mit der Kammer
4 des Elektromagneten über einen Bogen21 verbunden, der über die vom Schwingkörper abgewandten Enden der Arme7 der oberen Membranfeder5 an den Stegen6 der Oberseite der Kammer4 befestigt ist. Eine Kolbenstange22 verbindet einen in der Verdichterkammer20 hin- und her beweglichen Kolben23 mit dem Schwingkörper2 , so dass beide ein schwingfähiges System bilden, dessen Eigenfrequenz im wesentlichen durch die Masse des Schwingkörpers2 , des Kolbens23 und der Kolbenstange22 sowie die Federkonstante der Membranfedern5 festgelegt ist. - Ein Sauganschluss
24 und ein Druckanschluss25 münden jeweils über ein Einlassventil26 bzw. ein Auslassventil27 in die Verdichterkammer20 . Die Ventile26 ,27 sind hier exemplarisch als Plattenventile dargestellt, jeweils mit einem Federblatt28 , das an einem Ende an der Wand der Verdichterkammer20 verlötet oder in anderer geeigneter Weise befestigt ist und in seinem beweglichen Abschnitt einen Dichtkörper29 trägt, der in der in1 gezeigten Konfiguration jeweils einen hohlkegelförmigen Ventilsitz30 berührt, der in der Wand der Verdichterkammer20 geformt ist. Das Federblatt28 ist jeweils aus Federstahl gebildet. Der Dichtkörper29 kann vollständig als eine an dem Federblatt28 befestigte Keramikschicht realisiert sein; er kann auch im Kern aus Federstahl bestehen und lediglich mit einer äußeren Beschichtung versehen sein, die zu dünn ist, um in der Figur darstellbar zu sein. Im letzteren Fall ist der Dichtkörper29 vorzugsweise durch Prägen einteilig aus dem Material des Federblatts28 herausgeformt. - Während das Federblatt
28 des Einlassventils26 direkt in der Verdichterkammer20 angeordnet ist und in deren Inneres hinein zurückweichen kann, wenn sich der Kolben23 abwärts bewegt und Fluid vom Sauganschluss24 in die Verdichterkammer20 gesogen wird, befindet sich das Auslassventil27 in einer separaten Kammer31 innerhalb der Wand der Verdichterkammer, in die es zurückweichen kann, um vom sich aufwärts bewegenden Kolben23 verdrängtes Fluid zum Druckanschluss strömen zu lassen. Von der Kammer31 geht ein Durchgang32 aus, der einen die Verdichterkammer20 ringförmig umgebenden Hohlraum33 mit verdichtetem Fluid speist. Der Hohlraum33 kommuniziert mit dem Inneren der Verdichterkammer20 über eine Vielzahl von radialen Bohrungen24 , durch die ein Teil des vom Kolben23 verdrängten Fluids in die Verdichterkammer20 zurückströmen kann. Dabei bildet es einen Gleitfilm zwischen der Innenwand der Verdichterkammer20 und der Umfangsfläche des Kolbens23 , der diesen weitgehend reibungsfrei gleiten lässt und es erlaubt, auf eine Ölschmierung des Kolbens23 zu verzichten. - Die verschleißmindernde harte Oberflächenschicht kann auf diejenigen Oberflächenbereiche des Dichtkörpers
29 beschränkt sein, die tatsächlich mit dem Ventilsitz30 in Kontakt geraten; sie kann sich aber auch über den gesamten Dichtkörper oder, vor allem wenn dieser einteilig aus dem Federblatt28 geformt ist, über die gesamte Oberfläche des Federblatts28 oder zumindest dessen dem Ventilsitz30 zugewandte Seite erstrecken. Sie kann erzeugt werden durch Umsetzen einer Oberflächenschicht des Dichtkörpers in einer reaktiven, z.B. sauerstoffhaltigen Atmosphäre oder in einem Sauerstoff, Stickstoff und/oder Kohlenstoff enthaltenden Plasma zu einem Oxid, Nitrid oder Carbid, wobei die umzusetzende Oberflächenschicht ein Teil des Federstahls des Dichtkörpers29 selbst oder vorab zum Ziele der Umsetzung darauf aufgebrachtes Material sein kann, oder es wird unmittelbar das gewünschte keramische Material wie etwa Aluminiumoxid oder Zirkoniumoxid z.B. in Form einer Suspension oder eines Gels auf die betreffende Oberfläche aufgestrichen oder -gesprüht und anschließend darauf gesintert.
Claims (9)
- Verdichter mit einer Kammer (
20 ), einem in der Kammer (20 ) beweglichen Kolben (23 ) und zwischen der Kammer (20 ) und einem Sauganschluss (24 ) bzw. einem Druckanschluss (25 ) angeordneten Ventilen (26 ,27 ), dadurch gekennzeichnet, dass an beweglichen Teilen (19 ) der Ventile (26 ,27 ) eine Beschichtung angebracht ist, die härter als besagte bewegliche Teile ist. - Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die harte Beschichtung eine keramische Beschichtung ist.
- Verdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die keramische Beschichtung durch Materialauftrag auf die beweglichen Teile (
19 ) gebildet ist. - Verdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die keramische Beschichtung durch oberflächliches Umsetzen des Werkstoffs der beweglichen Teile (
19 ) gebildet ist. - Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die keramische Beschichtung ein Oxid, ein Nitrid, ein Carbid oder ein Gemisch von diesen ist.
- Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoffs der beweglichen Teile ein Federstahl ist.
- Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter ein direkt auf den Kolben wirkendes Linearantriebsaggregat (
1 ) umfasst. - Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (
23 ) in der Kammer (20 ) ölfrei gelagert ist. - Verdichter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (
23 ) durch vom Druckanschluss (25 ) abgezweigtes, verdichtetes Fluid gelagert ist.
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