DE102004062298A1 - Linearverdichter - Google Patents

Abstract

Ein Linearverdichter umfasst eine Pumpkammer (13), in der ein Kolben hin und her beweglich ist, und einen mit der Pumpkammer (13) fest verbundenen Rahmen (11, 12), an dem ein mit dem Kolben verbundener Schwingkörper (16) über wenigstens eine Feder (9) hin und her beweglich gehalten ist und wenigstens ein Elektromagnet (14, 15) zum Antreiben der Hin- und Herbewegung des Schwingkörpers (16) montiert ist. Eine einteilige Feder (5, 7, 9) verbindet einerseits den Schwingkörper (16) mit dem Rahmen (11, 12) und andererseits den Rahmen (11, 12) mit einem Befestigungskörper (1) zur Befestigung des Linearverdichters an einem Träger.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Linearverdichter, insbesondere einen Linearverdichter, der zum Verdichten von Kältemittel in einem Kältegerät geeignet ist.
• Aus US 6 642 377 B2 ist ein Linearverdichter mit einer Pumpkammer, in der ein Kolben hin- und her beweglich ist, einem mit der Pumpkammer fest verbundenem Rahmen, an dem ein mit dem Kolben verbundener Schwingkörper über wenigstens eine Feder hin- und her beweglich gehalten ist, und wenigstens einem an dem Rahmen montierten Elektromagneten zum Antreiben der Hin- und Herbewegung des Schwingkörpers bekannt.
• Die von dem Magneten auf den Schwingkörper ausgeübte oszillierende Kraft ruft eine entsprechende oszillierende Gegenkraft hervor, die der Rahmen auf eine Halterung ausübt, an der er befestigt ist. Diese oszillierende Gegenkraft kann, wenn sie nicht kompensiert wird, die Halterung oder andere mit ihr verbundene Teile zu Schwingungen anregen, die von einem Benutzer als Betriebsgeräusch wahrgenommen werden.
• Um solche Schwingungen gering zu halten, wirken in dem bekannten Linearverdichter zwei Kolben zusammen, die von zwei verschiedenen Seiten her in die Pumpkammer eindringen. Wenn diese Kolben gleiche Massen haben und von gleich starken Federn gehalten sind, ist es möglich, den antreibenden Elektromagneten jedes Kolbens so anzusteuern, dass die Kolben exakt gegenphasig schwingen, so dass die durch die Schwingbewegung verursachten, auf den Rahmen wirkenden Gegenkräfte einander kompensieren.
• Ein solcher Linearverdichter ist aufwändig, da die Kolben und diesen zugeordnete Antriebsmittel jeweils doppelt vorhanden sein müssen. Es ist aber auch schwierig, eine exakt spiegelsymmetrische Bewegung der zwei Kolben zu gewährleisten, da fertigungsbedingte Streuung der schwingenden Massen und vor allem der Steifigkeit der sie haltenden Federn zu unterschiedlichen Eigenfrequenzen der zwei Kolben führen können. Daraus können, wenn die Magnete auf beiden Seiten mit dem gleichen Wechselstrom erregt werden, unterschiedliche Amplituden und Phasen der Kolbenbewegung resultieren.
• Es ist zwar auch möglich, einen Linearverdichter mit einem einzigen schwingfähigen Kolben zu realisieren, bei dem die Übertragung von auf einen Rahmen ausgeübten Gegenkräften auf eine Halterung des Verdichters dadurch begrenzt ist, dass der Rahmen seinerseits gegenüber der Halterung schwingfähig aufgehängt ist, doch ist für einen solchen Linearverdichter eine große Zahl von Federn erforderlich, die die Montage des Linearverdichters zeitaufwändig und kostspielig machen.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Linearverdichter zu schaffen, der mit einfachen Mitteln eine übermäßige Übertragung von Schwingungen auf einen Träger, an dem der Linearverdichter befestigt ist, verhindert.
• Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine einteilige Feder einerseits den Schwingkörper mit dem Rahmen und andererseits den Rahmen mit einem Befestigungskörper verbindet, der zur Befestigung des Linearverdichters an einem externen Träger dient. Somit wird nur eine einzige Feder benötigt, um die Schwingfähigkeit des Schwingkörpers und des damit verbundenen Kolbens in Bezug zum Rahmen bzw. der Pumpkammer und die des Rahmens bzw. der Pumpkammer in Bezug auf den äußeren Träger sicherzustellen. Es genügt somit eine kleine Zahl von Teilen, um den Träger wirksam vor den Schwingungen des Linearverdichters abzuschirmen. Dadurch werden Teilekosten und Fertigungsaufwand eingespart.
• Um die Übertragungen von Schwingungen nicht nur als Körperschall, sondern auch über die Luft einzuschränken, ist der Befestigungskörper vorzugsweise als ein die Pumpkammer und den Rahmen umgebendes Gehäuse ausgeführt.
• Eine Membranfeder ist besonders gut geeignet, um daran den Schwingkörper, den Rahmen und den Befestigungskörper jeweils gegeneinander schwingfähig anzubringen.
• Um bei geringen Abmessungen der Membranfeder einen großen Hub zu erreichen, umfasst diese vorzugsweise wenigstens einen gekrümmten Federarm. Ein im Zickzack gekrümmter Federarm ist besonders bevorzugt, da dieser allenfalls geringe Drehmomente zwischen gegeneinander schwingenden Teilen hervorruft.
• Um mit der Schwingung zusammenhängende Drehmomente, insbesondere zwischen dem Rahmen und dem Schwingkörper, gering zu halten, ist es ferner zweckmäßig, wenn die Membranfeder wenigstens zwei den Rahmen mit dem Schwingkörper verbindende gekrümmte und zueinander bezüglich einer zur Bewegungsrichtung des Schwingkörpers parallelen Ebene spiegelsymmetrische Arme umfasst. Die von solchen Armen erzeugten Drehmomente haben jeweils entgegengesetzte Richtung, so dass sie einander kompensieren.
• Eine stabile Aufhängung unter Verwendung einer minimalen Zahl von Bauteilen ist realisierbar, wenn die Feder in einem Mittelabschnitt mit dem Schwingkörper, in zwei Endabschnitten mit dem Befestigungskörper und an jeweils zwischen dem Mittelabschnitt und dem Endabschnitten liegenden Abschnitten mit dem Rahmen verbunden ist.
• Um die Übertragung von Schwingungen auf den Träger weiter zu reduzieren, kann die Feder mit dem Befestigungskörper über ein schwingungsdämpfendes Element verbunden sein.
• Um eine exakte Linearführung des Schwingkörpers zu gewährleisten, ist der Linearverdichter vorzugsweise mit einer zweiten einteiligen, den Schwingkörper mit dem Rahmen und den Rahmen mit dem Befestigungskörper verbindenden Feder ausgestattet, wobei die Federn in Richtung der Hin- und Herbewegung beabstandet an dem Schwingkörper angreifen.
• Zum Antreiben der Schwingbewegung dient vorzugsweise wenigstens ein Paar von antiparallel und mit zur Bewegungsrichtung des Schwingkörpers orientierter Feldachse auf entgegengesetzten Seiten des Schwingkörpers angeordneten Magneten.
• Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
• 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Linearverdichters; und
• 2 eine Draufsicht auf eine Membranfeder des Linearverdichters der 1.
• Der in 1 gezeigte Linearverdichter umfasst ein schallisolierendes Gehäuse, von dem in der Figur nur eine von zwei Schalen 1 teilweise dargestellt ist. Die Schalen berühren einander an einem umlaufenden Flansch 2 und bilden so eine – bis auf nicht gezeigte Durchführungen für eine Kältemittel-Saugleitung bzw. eine Druckleitung – geschlossene Hülle. An dem Flansch 2 sind mehrere Ösen 3 zum Befestigen der Schalen aneinander und an einem Träger gebildet, der in der Fig. nicht dargestellt ist und nicht als Teil des Verdichters angesehen wird.
• An der Innenwand der Schale 1 sind vier Fassungen für Puffer 4 aus Gummi, elastischem Schaumstoff oder einem anderen schwingungsabsorbierenden Material gebildet, von denen nur zwei, die an einer dem Betrachter zugewandten Rand der Schale 1 liegen, sichtbar sind. Die Puffer 4 haben jeweils einen Schlitz, der einen Endabschnitt 6 eines Federarmes 5 aufnimmt. Die Federarme 5 sind jeweils Teil einer einteilig aus Federstahl gestanzten Membranfeder, die in 2 in einer Draufsicht dargestellt ist.
• Die Membranfeder hat zwei Federarme 5, die jeweils von einem langgestreckten Zwischenabschnitt 7 ausgehen und jeweils zwei geradlinige, zu dem Zwischenabschnitt 7 parallele Abschnitte 8 umfassen. Weitere Federarme 9 erstrecken sich von entgegengesetzten Längsenden der zwei Zwischenabschnitte 7 aus zickzackförmig zu einem Mittelabschnitt 10 der Feder hin, an dem alle vier Federarme 9 aufeinandertreffen. Die Federarme 9 haben jeweils drei geradlinige Abschnitte. Jeder Federarm 9 ist das Spiegelbild der zwei ihm benachbarten Federarme bezogen auf durch strichpunktierte Linien I und II in 2 dargestellte, zur Schwingrichtung parallele Symmetrieebenen.
• Bohrungen an den Längsenden der Zwischenabschnitte 7 dienen zur Befestigung eines Rahmens, der sich aus drei Elementen zusammensetzt, zwei Wandstücken 11, die sich jeweils zwischen einander zugewandten Zwischenabschnitten 7 der zwei Membranfedern erstrecken, und einem Bogen 12, der sich über die Federarme 9 der vorderen Membranfeder hinwegwölbt und eine Pumpkammer 13 trägt.
• Die Wandstücke 11 tragen an ihren einander zugewandten Seiten jeweils einen Weicheisenkern 14 mit drei untereinander verbundenen, parallelen Schenkeln, von denen jeweils der mittlere in der Figur durch eine Magnetspule 15 verborgen ist, durch deren Wicklung er sich erstreckt.
• In einem Spalt zwischen den einander zugewandten freien Enden der Weicheisenkerne 14 ist ein Schwingkörper 16 aufgehängt. Ein permanentmagnetisches Mittelstück des Schwingkörpers 16 füllt den Spalt zwischen den Weicheisenkernen 14 im Wesentlichen aus. Verjüngte Endabschnitte des Schwingkörpers 16 sind jeweils mit Hilfe von Schrauben oder Nieten 17, die sich durch Bohrungen 18 im Mittelabschnitt 10 der Membranfedern erstrecken, an letzteren gehalten. Durch eine größere, zentrale Bohrung 19 der in der Figur dem Betrachter zugewandten Membranfeder erstreckt sich eine Kolbenstange 20, die den Schwingkörper 16 starr mit einem in der Pumpkammer 13 hin- und herbeweglichen, nicht gezeigten Kolben verbindet.
• Der mittlere Abschnitt des Schwingkörpers 16 ist ein Permanent-Stabmagnet, dessen Feldachse mit der Längsachse der Kolbenstange 20 zusammenfällt und dessen Pole in der in 1 gezeigten Gleichgewichtsstellung in Schwingrichtung aus dem Spalt zwischen den Weicheisenkernen 14 vorstehen. Die Magnetspulen 15 sind so verschaltet, dass ihre Felder jeweils gleichnamige einander zugewandte Pole aufweisen. Durch Erregen der Magnetspulen 15 mit einem Wechselstrom wird jeweils abwechselnd der Nordpol oder der Südpol des Permanentmagneten in die Mitte des Spaltes gezogen und dadurch der Schwingkörper 16 zum Schwingen angeregt.
• Durch die Aufhängung des Schwingkörpers 16 mit Hilfe von jeweils vier Federarmen 9 an seinen beiden Längsenden ist der Schwingkörper 16 leicht in Richtung der Kolbenstange 20 verschiebbar; in einer zu dieser Richtung senkrechten Richtung ist die Steifigkeit der Federarme 9 erheblich größer, so dass der Schwingkörper 16 und mit ihm der Kolben zuverlässig in der Schwingrichtung geführt ist.

Claims (9)

1. Linearverdichter mit einer Pumpkammer (13), in der ein Kolben hin und her beweglich ist, einem mit der Pumpkammer (13) fest verbundenen Rahmen (11, 12), an dem ein mit dem Kolben verbundener Schwingkörper (16) über wenigstens eine Feder (9) hin und her beweglich gehalten ist und wenigstens ein Elektromagnet (14, 15) zum Antreiben der Hin- und Herbewegung des Schwingkörpers (16) montiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine einteilige Feder (5, 7, 9) einerseits den Schwingkörper (16) mit dem Rahmen (11, 12) und andererseits den Rahmen (11, 12) mit einem Befestigungskörper (1) zur Befestigung des Linearverdichters an einem Träger verbindet.
2. Linearverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungskörper (1) ein die Pumpkammer (13) und den Rahmen (11, 12) umgebendes Gehäuse ist.
3. Linearverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (5, 7, 9) eine Membranfeder ist.
4. Linearverdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranfeder (5, 7, 9) wenigstens einen im Zickzack gekrümmten Federarm (5, 9) umfasst, der den Rahmen (11, 12) mit dem Schwingkörper (16) oder mit dem Befestigungskörper (1) verbindet.
5. Linearverdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranfeder (5, 7, 9) wenigstens zwei den Rahmen (11, 12) mit dem Schwingkörper (16) verbindende gekrümmte, zueinander bezüglich einer zur Bewegungsrichtung des Schwingkörpers parallelen Ebene (I, II) spiegelsymmetrische Arme (9) umfasst.
6. Linearverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (5, 7, 9) in einem Mittelabschnitt (10) mit dem Schwingkörper (16), in zwei Endabschnitten (6) mit dem Befestigungskörper (1) und an jeweils zwischen dem Mittelabschnitt (10) und den Endabschnitten (6) liegenden Abschnitten (7) mit dem Rahmen (11, 12) verbunden ist.
7. Linearverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (5, 7, 9) mit dem Befestigungskörper (1) über wenigstens ein schwingungsdämpfendes Element (4) verbunden ist.
8. Linearverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er eine zweite einteilige, den Schwingkörper (16) mit dem Rahmen (11, 12) und den Rahmen (11, 12) mit dem Befestigungskörper (1) verbindende Feder (5, 7, 9) aufweist, und dass die Federn in Richtung der Hin- und Herbewegung beabstandet an dem Schwingkörper (16) angreifen.
9. Linearverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er wenigstens ein Paar von antiparallel und mit quer zur Bewegungsrichtung des Schwingkörpers orientierter Feldachse auf entgegengesetzten Seiten des Schwingkörpers angeordneten Elektromagneten (14, 15) aufweist.