DE102006009229A1

DE102006009229A1 - Linear compressor for cooling equipment e.g. refrigerator has flexible component that includes support for guiding compressor piston and intermediate storage for storing kinetic energy of compressor piston

Info

Publication number: DE102006009229A1
Application number: DE102006009229A
Authority: DE
Inventors: Jan-Grigor Schubert
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2007-08-30
Also published as: EP1991784B1; CN101389860A; RU2008138132A; WO2007098997A1; RU2431060C2; EP1991784A1; US20100223936A1; ES2386204T3

Abstract

A piston housing (2) has a compressor piston movable bidirectionally along an axis (3). A support guides the compressor piston in a direction transverse to the axis. An intermediate storage stores kinetic energy of the compressor piston. The support and intermediate storage are provided by a flexible component (7) made from composite material. The flexible component is a spring (8), preferably a diaphragm spring, and is reinforced with carbon, glass, or aramide fibers. An independent claim is included for a method for cooling goods.

Description

Die Erfindung betrifft einen Linearverdichter umfassend ein Kolbengehäuse und einen darin entlang einer Achse hin und her beweglichen Verdichterkolben umfassend ein Mittel zur Führung des Verdichterkolbens in einer Richtung quer zur Achse und ein Mittel zur Zwischenspeicherung der kinetischen Energie des hin und her beweglichen Verdichterkolbens; ein Kältegerät, insbesondere einen Kühl- und/oder Gefrierschrank oder eine Klimaanlage; sowie ein Verfahren zum Kühlen von Waren und ein Verfahren zum Verdichten eines Fluids.The The invention relates to a linear compressor comprising a piston housing and a compressor piston reciprocable along an axis thereof comprising a means of leadership the compressor piston in a direction transverse to the axis and a means for caching the kinetic energy of the back and forth movable compressor piston; a refrigeration device, in particular a cooling and / or Freezer or air conditioning; and a method for cooling Goods and a method for compressing a fluid.

Bei einem Linearverdichter muss der entlang einer Achse zwischen einem ersten und einem zweiten Umkehrpunkt hin und her bewegliche Verdichterkolben in einer Richtung quer zur Achse gelagert bzw. geführt werden. Darüber hinaus muss die kinetische Energie des hin und her bewegenden Verdichterkolbens an den Umkehrpunkten, d.h. an den Punkten, an denen sich die Bewegungsrichtung des Verdichterkolbens umkehrt, zwischengespeichert werden, um eine möglichst verlustarme Umkehr der Bewegungsrichtung des Verdichterkolbens zu ermöglichen. Durch die Umkehr der Bewegungsrichtung führt der Verdichterkolben in einem Kolbengehäuse eine oszillierende, im Wesentlichen translatorische Hin- und Herbewegung durch. Mit Hilfe der Hin- und Herbewegung wird ein Verdichtungsvorgang ausgeführt.at a linear compressor must be along an axis between a first and a second reversing point reciprocating compressor piston be stored or guided in a direction transverse to the axis. About that In addition, the kinetic energy of the reciprocating compressor piston must be at the reversal points, i. at the points where the direction of movement the compressor piston reverses, be cached to one preferably low-loss reversal of the direction of movement of the compressor piston enable. By reversing the direction of movement of the compressor piston leads in a piston housing a oscillating, substantially translational reciprocation by. With the help of the reciprocating motion becomes a compression process executed.

Es ist bekannt, die bewegenden Teile, insbesondere den Verdichterkolben, berührend oder mit Hilfe eines Gasdrucklagers zu lagern. Bei diesen Systemen werden üblicherweise eine oder mehrere Schraubenfedern zur Zwischenspeicherung der Bewegungsenergie der bewegenden Teile verwendet. Systeme mit offener Bauweise, d.h. einer seriell angeordneten Motor-Pumpe-Anordnung, nutzen ein Federpaket aus einer oder mehreren sehr dünnen Membranfedern oder Membranfederpaketen und einer oder mehreren Schraubenfedern oder Schraubenfederpaketen zur Lagerung des Verdichterkolbens in einer radialen Richtung, d.h. quer zur Achse, und Speicherung der Bewegungsenergie. Derartige Federn werden aus Metall, insbesondere Federstahl, gefertigt. Dabei sind die Membranfedern so dünn und weich ausgelegt, dass die Federn in der Summe ihrer Quersteifigkeiten die senkrecht zur Schwingungsrichtung entstehenden Kräfte des Gesamtsystems hinreichend sicher aufnehmen können. Zur Erreichung einer optimalen Längssteifigkeit sind Federanordnungen bekannt, bei denen Membranfedern durch eine oder mehrere Schraubenfedern oder Schraubenfederpakete unterstützt werden.It is known, the moving parts, in particular the compressor piston, touching or with the help of a gas pressure bearing to store. In these systems become common one or more coil springs for intermediate storage of kinetic energy used the moving parts. Open-structure systems, i. a serially arranged motor-pump arrangement, use a spring package from one or more very thin diaphragm springs or diaphragm spring packs and one or more coil springs or coil spring assemblies for storing the compressor piston in a radial direction, i. across the axis, and storing the Kinetic energy. Such springs are made of metal, in particular Spring steel, manufactured. The diaphragm springs are so thin and soft designed that the springs in the sum of their transverse stiffnesses the forces perpendicular to the direction of oscillation of the Sufficiently secure overall system. To achieve a optimal longitudinal stiffness Spring arrangements are known in which diaphragm springs by a or more coil springs or coil spring assemblies are supported.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Linearverdichter bzw. ein Kältegerät anzugeben, bei denen eine Hin- und Herbewegung eines verwendeten Verdichterkolbens bei der Verdichtung auf eine einfache Weise zuverlässig und energiesparend realisiert werden kann.It Object of the present invention, a linear compressor or to specify a refrigeration device in which a reciprocating motion of a used compressor piston in the compaction in a simple way reliable and energy-saving can be realized.

Weiterhin ist es Aufgabe, ein Verfahren zum Verdichten eines Fluids sowie ein Verfahren zum Kühlen von Waren anzugeben, wobei ein Verdichtungs- bzw. Kühlvorgang mit hoher Zuverlässigkeit besonders energiesparend durchgeführt werden kann.Farther It is the task of a method for compressing a fluid as well a method of cooling indicate goods, with a compaction or cooling process with high reliability especially energy-saving can be.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Linearverdichter und durch das Kältegerät sowie durch das Verfahren zum Verdichten eines Gases und durch das Verfahren zum Kühlen von Waren, wie in den unabhängigen Ansprüchen angegeben, gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen, die jeweils einzeln angewandt oder beliebig miteinander kombiniert werden können, sind Gegenstand der jeweilig abhängigen Ansprüche.These The object is achieved by the Linear compressor and by the refrigerator and by the method for compressing a gas and by the method for cooling of goods, as in the independent claims stated, solved. Further advantageous embodiments and developments, respectively individually applied or can be combined with each other, are subject matter the respective dependent Claims.

Der erfindungsgemäße Linearverdichter umfasst ein Kolbengehäuse und einen darin entlang einer Achse hin und her beweglichen Verdichterkolben umfassend ein Mittel zur Führung des Verdichterkolbens in einer Richtung quer zur Achse und ein Mittel zur Zwischenspeicherung der kinetischen Energie des hin und her beweglichen Verdichterkolbens, wobei das Mittel zur Führung und/oder das Mittel zur Zwischenspeicherung ein elastisches Element aus Verbundwerkstoff aufweist.Of the Linear compressor according to the invention includes a piston housing and comprising a compressor piston reciprocable along an axis thereof a means of leadership the compressor piston in a direction transverse to the axis and a means for Caching the kinetic energy of reciprocating Compressor piston, wherein the means for guiding and / or the means for temporary storage comprises a composite elastic element.

Durch die Verwendung eines Verbundwerkstoffs kann die Struktur des Linearverdichters erheblich vereinfacht werden und der Betrieb des Linearverdichters kann zuverlässiger, energiesparender und effizienter gestaltet werden.By The use of a composite material can change the structure of the linear compressor considerably simplified and the operation of the linear compressor can be more reliable, energy-saving and more efficient.

Der Verdichterkolben kann ölfrei, beispielsweise mittels einer Gasdrucklagerung, in dem Kolbengehäuse gelagert sein.Of the Compressor piston can be oil-free, for example by means of a gas pressure bearing, stored in the piston housing be.

Durch das Mittel zur Führung wird der Verdichterkolbens in einer Richtung quer zur Achse im Gehäuse derart geführt, dass die Reibung zwischen den Verdichterkolben und dem Kolbengehäuse möglichst klein ist, um den Verschleiß des Verdichterkolbens bzw. des Kolbengehäuses gering zu halten. Das Mittel zur Führung des Verdichterkolbens führt den Verdichterkolben in einer radialen Richtung und verhindert, dass der Verdichterkolben sich in dem Kolbengehäuse verkantet. Ein übermäßiges Reiben des Verdichterkolbens an den Gehäusewänden oder ein unkontrolliertes Anschlagen wird so verhindert.By the means of leadership the compressor piston is moved in a direction transverse to the axis in the housing in such a way guided, that the friction between the compressor piston and the piston housing as possible is small to the wear of the Keep compressor piston or the piston housing low. The Means to guide the compressor piston guides the Compressor piston in a radial direction and prevents the compressor piston canted in the piston housing. An excessive rubbing of the Compressor piston on the housing walls or a Uncontrolled striking is thus prevented.

Mit Hilfe des Mittels zur Zwischenspeicherung der kinetischen Energie des hin und her beweglichen Verdichterkolbens wird die Bewegungsenergie der im Linearverdichter befindlichen hin und her beweglichen Teile, insbesondere des Verdichterkolbens, zwischenzeitlich aufgenommen, wobei die beweglichen Teile während ihrer Hinbewegung kurz vor einem Umkehrpunkt abgebremst und während ihrer Herbewegung kurz nach dem Umkehrpunkt beschleunigt werden.With the aid of the means for temporarily storing the kinetic energy of the reciprocating compressor piston, the kinetic energy of the reciprocating parts located in the linear compressor, in particular the compressor Kol bens, while the moving parts are decelerated during their forward movement shortly before a turning point and accelerated during their movement shortly after the turning point.

Das Mittel zur Zwischenspeicherung ist in der Lage, mindestens die Bewegungsenergie der beweglichen Teile aufzunehmen, die die beweglichen Teile bei einer Hin- und Herbewegung aufnehmen können. Hierbei wird insbesondere die Bewegungsenergie auf einer Strecke von mindestens 5 %, vorzugsweise mindestens 10 %, beispielsweise auf einer Strecke von 30 %, des gesamten Hubes des Verdichterkolbens in potentielle Energie, etwa durch Kompression einer Feder, umgesetzt. Durch das Mittel zur Zwischenspeicherung können sich die beweglichen Teile oszillatorisch hin- und herbewegen. Das Mittel zur Zwischenspeicherung bildet somit einen Teil eines schwingungsfähigen Systems. Das schwingungsfähige System kann näherungsweise als harmonischer Oszillator betrachtet werden, mit dem ein oszillatorischer Verdichtungsvorgang ausgeführt werden kann. Mit dem Mittel zur Zwischenspeicherung kann mindestens 85 %, insbesondere mindestens 95%, vorzugsweise mindestens 98%, besonders bevorzugt im wesentlichen 100%, der Bewegungsenergie des Verdichterkolbens vor einem Umkehrpunkt aufgenommen und anschließend wieder an den Verdichterkolben abgegeben werden.The Caching means is capable of at least the kinetic energy the moving parts, which the moving parts at a float. This is in particular the kinetic energy over a distance of at least 5%, preferably at least 10%, for example at a distance of 30%, of entire stroke of the compressor piston in potential energy, about by compression of a spring, implemented. By the means for intermediate storage can the moving parts oscillate back and forth. The middle for caching thus forms part of a vibratory system. The vibratory System can be approximated as harmonic oscillator, with which an oscillatory Compaction process performed can be. With the means for caching can be at least 85%, in particular at least 95%, preferably at least 98%, more preferably substantially 100%, the kinetic energy of Compressor piston recorded before a reversal point and then back on the compressor piston are discharged.

Das Mittel zur Zwischenspeicherung der kinetischen Energie wird durch ein elastisches Element, insbesondere eine Feder, vorzugsweise eine Membranfeder, aus Verbundwerkstoff gebildet. Durch diese Wahl sind im Vergleich zum Stand der Technik erhebliche Vereinfachungen der Bauweise des Linearverdichters möglich. Darüberhinaus kann damit der Betrieb des Linearverdichters vereinfacht werden und energiesparsamer gestaltet werden. Weiterhin kann der Linearverdichter kompakter und leichter konstruiert werden, welches insbesondere weitere Einsatzmöglichkeiten des Linearverdichters, insbesondere für mobile Anwendungen, bietet.The Means for intermediate storage of kinetic energy is through an elastic element, in particular a spring, preferably a diaphragm spring, made of composite material. By this choice are compared to the prior art, significant simplifications of the design of the Linear compressor possible. Furthermore thus the operation of the linear compressor can be simplified and energy-saving. Furthermore, the linear compressor be constructed more compact and lighter, which in particular more applications of the linear compressor, especially for mobile applications offers.

Ein Verbundwerkstoff ist ein Konstruktionswerkstoff, der aus 2 oder mehreren unterschiedlichen Materialien besteht, z. B. Fasern, Kunststoff, Metall, Keramik. In die Grundstruktur, eine sogenannte Matrix, wird mindestens eine Komponente, beispielsweise Fasern eingelagert. Dabei wird versucht, die unterschiedlichen Vorteile der einzelnen Werkstoffe im Endwerkstoff zu kombinieren und deren Nachteile auszuschließen. Als Verbundwerkstoff können kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK), glasfaserverstärkter Kunststoff (GfK), TiGr-Composit, d. h. eine Verbindung aus Titan, Graphit und Epoxidharz, und andere zum Einsatz kommen.One Composite material is a construction material made from 2 or consists of several different materials, eg. As fibers, plastic, Metal, ceramics. In the basic structure, a so-called matrix, is embedded at least one component, such as fibers. there Trying to understand the different benefits of each material to combine in the final material and to exclude their disadvantages. When Composite material can carbon fiber reinforced Plastics (CFK), glass fiber reinforced plastic (GfK), TiGr composite, d. H. a compound of titanium, graphite and epoxy, and others be used.

Mit Hilfe des Verbundwerkstoffs kann eine Federkonstante des elastischen Elements präzise vorgegeben werden. Allein aufgrund der Möglichkeit, die Eigenschaften des Verbundwerkstoffs maßschneidern zu können, können die Federeigenschaften positiv, insbesondere richtungsabhängig, beeinflusst werden.With Help of the composite material can be a spring constant of the elastic Elements precisely specified become. Alone because of the possibility, the To be able to tailor properties of the composite material, the Spring properties positively, especially directionally influenced become.

Insbesondere kann auch das Verhältnis der Axial- zur Quersteifigkeit vorgegeben und maßgeschneidert werden. Hierbei werden möglichst große Quersteifigkeiten angestrebt, um eine möglichst auslegungsarme Bewegung der beweglichen Teile, insbesondere des Verdichterkolbens in einer Richtung quer zur Achse zu bewirken. Die Axialsteifigkeit des elastischen Elements entlang der Achse ist so zu bemessen, dass die Bewegungsenergie der beweglichen Teile vollständig aufgenommen werden kann. Das Verhältnis der Axial- zur Quersteifigkeit liegt insbesondere in einem Bereich von 1:20 bis 1:200, insbesondere in einem Bereich von 1:40 bis 1:100.Especially can also change the ratio The axial and transverse stiffness specified and customized. in this connection be possible large transverse stiffnesses aspired to one as possible low-interpretation movement of the moving parts, in particular the Compressor piston in a direction transverse to the axis to effect. The axial stiffness of the elastic element along the axis is to be measured so that the kinetic energy of the moving parts Completely can be included. The ratio of the axial to the transverse stiffness is in particular in a range from 1:20 to 1: 200, in particular in a range of 1:40 to 1: 100.

Durch die Verwendung von Verbundwerkstoff ist es möglich, ein Federelement herzustellen, das die Eigenschaften aller verschiedenen Federelemente eines Linearverdichters in sich vereinigt. Das Federelement kann sowohl die Funktion einer seitlichen Führung der beweglichen Teile im Linearverdichter als auch die Funktion der Zwischenspeicherung der Bewegungsenergie während einer Bewegungsrichtungsumkehr besitzen. Hierdurch wird der Aufbau des Linearverdichters deutlich vereinfacht und es werden die Anzahl der Teile, die Kosten und der Montageaufwand erheblich reduziert. Neben den geringen Gesamtkosten des Linearkompressors verringern sich so auch die Außenmaße so wie das Gewicht erheblich.By the use of composite material makes it possible to produce a spring element which the properties of all different spring elements of a linear compressor united in itself. The spring element can both the function of a lateral guidance the moving parts in the linear compressor as well as the function the caching of the kinetic energy during a reversal of the direction of motion have. As a result, the structure of the linear compressor is clear Simplified and it will be the number of parts, the cost and the Installation effort significantly reduced. In addition to the low total cost of the linear compressor so also reduce the external dimensions as well the weight considerably.

Das elastische Element ist vorteilhafterweise faserverstärkt, wobei insbesondere Carbonfasern, Glasfasern und/oder Aramidfasern zum Einsatz kommen können. Aramidfasern, die unter dem Markennamen Kevlar vertrieben werden, sind Fasern aus aromatischen Polyamiden, wobei zwischen Meta-Aramiden sowie Para-Aramiden unterschieden wird. Als Aramide oder aromatische Polyamide (Poly-Aramide) werden nicht Polyamide mit aromatischen Gruppen in der Hauptkette per se bezeichnet, sondern, nach einer Definition der US Federal Trade Commission nur solche langkettigen synthetischen Polyamide, bei denen mindestens 85 % der Amidgruppen direkt an 2 aromatische Ringe gebunden sind. Beispielsweise können Polyphenylenterephthalamide verwendet werden.The elastic element is advantageously fiber reinforced, wherein in particular carbon fibers, glass fibers and / or aramid fibers for Use can come. Aramid fibers sold under the brand name Kevlar, are fibers of aromatic polyamides, being between meta-aramids as well as para-aramids is distinguished. As aramids or aromatic Polyamides (poly-aramids) are not polyamides with aromatic Groups in the main chain per se, but, after one Definition of the US Federal Trade Commission only such long-chain synthetic polyamides in which at least 85% of the amide groups are bonded directly to 2 aromatic rings. For example, polyphenylene terephthalamides be used.

Das elastische Element kann weiterhin einen Kunststoff, insbesondere ein Polymer, wie z. B. ein Kunstharz oder Expoxidharz, enthalten.The Elastic element may further comprise a plastic, in particular a polymer, such as. As a resin or epoxy resin included.

Das elastische Element ist vorteilhafterweise dazu geeignet, die kinetische Energie des hin und her beweglichen Verdichterkolbens zu speichern und wieder abzugeben. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn das elastische Element die kinetische Energie der hin und her beweglichen Teile im Wesentlichen vollständig aufnehmen kann, jedoch ist es auch möglich, das Aufnahmevermögen der Feder kleiner auszugestalten und einen Teil der kinetischen Energie mit Hilfe eines dem Verdichterkolben zugeordneten mit Hilfe eines weiteren elastischen Elements oder mit Hilfe eines Antriebs aufzufangen. Im letzteren Fall kann ein Teil der Bewegungsenergie des Verdichterkolbens elektrisch, z.B. mit Hilfe eines Kondensators und/oder einer Spule zwischengespeichert werden.The elastic element is advantageously adapted to the kinetic energy of the back and forth to store and dispense movable compressor piston. Here, it is advantageous if the elastic element can absorb the kinetic energy of the reciprocating parts substantially completely, but it is also possible to make the capacity of the spring smaller and a part of the kinetic energy by means of a compressor piston associated with the help another elastic element or with the help of a drive. In the latter case, a part of the kinetic energy of the compressor piston can be cached electrically, for example by means of a capacitor and / or a coil.

Das elastische Element gibt einen Großteil der von ihm gespeicherten Energie, insbesondere mindestens 80 %, insbesondere mindestens 90 %, vorzugsweise mindestens 98 %, wieder ab. Durch eine möglichst geringe innere Dämpfung des elastischen Elements wird ein verbesserter Wirkungsgrad des Linearverdichters erreicht.The elastic element gives much of the stored by him Energy, in particular at least 80%, in particular at least 90 %, preferably at least 98%, again from. By one possible low internal damping the elastic element is an improved efficiency of Linear compressor achieved.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Verdichterkolben durch das elastische Element, insbesondere durch die Feder, in einer Richtung quer zur Achse führbar.In An advantageous embodiment of the invention is the compressor piston by the elastic element, in particular by the spring, in one direction can be guided transversely to the axis.

Hierdurch wird bewirkt, dass das elastische Element zwei Funktionen erfüllt, nämlich zum einen eine Führung in einer radialen Richtung bewirkt, zum anderen einen Energiespeicher bildet. Das Mittel zur Führung des Verdichterkolbens in einer Richtung quer zur Achse und das Mittel zur Zwischenspeicherung der kinetischen Energie des hin und her beweglichen Verdichterkolbens werden somit mit demselben Bauteil realisiert. Hierdurch wird die Konstruktion des Linearverdichters erheblich vereinfacht.hereby is caused that the elastic element fulfills two functions, namely for one a guide in a radial direction, on the other hand, an energy storage forms. The means of leadership the compressor piston in a direction transverse to the axis and the means for caching the kinetic energy of the back and forth movable compressor pistons are thus with the same component realized. This will be the construction of the linear compressor considerably simplified.

Die Masse des hin und her beweglichen Verdichterkolbens kann zwischen 20 und 200 g, insbesondere zwischen 40 und 60 g, liegen. Der Verdichterkolben wird in dem Kolbengehäuse mit einer Frequenz in dem Bereich von 20 Hz bis 200 Hz, insbesondere zwischen 40 Hz und 60 Hz, betrieben. Hierbei wird die Frequenz der Hin- und Herbewegung entsprechend des im Betrieb des Linearverdichters auftretenden Resonanzmaximums gewählt. Dabei bilden die beweglichen Teile und die Mittel zur Zwischenspeicherung ein Schwingungssystem, welches an das Fluid gekoppelt ist und welches Eigenfrequenzen mit entsprechenden Resonanzkurven aufweist. Die Arbeitsfrequenz des Linearverdichters liegt vorteilhafterweise in der Nähe einer Resonanzfrequenz. In einer derartigen Resonanz ist der Wirkungsgrad des Linearverdichters besonders hoch. Der Verdichterkolben kann in dem Kolbengehäuse mit Hilfe einer mindestens eine Öffnung aufweisenden Gehäusewand und eines durch die Öffnung strömenden Fluids, insbesondere eines Kühlmittels, geführt werden. Durch das strömende gasförmige Fluid wird ein Gaspolster zwischen dem Kolbengehäuse und der Gehäusewand geschaffen, welches eine berührungslose Führung des Verdichterkolbens im Kolbengehäuse ermöglicht. Grundsätzlich kann das Prinzip der Gasdrucklagerung auch auf flüssige Fluide angewendet werden.The Mass of reciprocating compressor piston can be between 20 and 200 g, in particular between 40 and 60 g, are. The compressor piston is in the piston housing with a frequency in the range of 20 Hz to 200 Hz, in particular between 40 Hz and 60 Hz. Here, the frequency of Reciprocating according to the occurring during operation of the linear compressor Resonance maximums selected. Here are the moving parts and the means for temporary storage a vibration system which is coupled to the fluid and which Own natural frequencies with corresponding resonance curves. The Operating frequency of the linear compressor is advantageously in nearby a resonant frequency. In such a resonance, the efficiency of the Linear compressor particularly high. The compressor piston can in the piston housing with the help of at least one opening having housing wall and one through the opening flowing Fluids, in particular a coolant, guided become. By the flowing gaseous Fluid becomes a gas cushion between the piston housing and the housing wall created, which is a non-contact guide allows the compressor piston in the piston housing. Basically The principle of gas pressure storage can also be applied to liquid fluids.

In einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung weist das elastische Element eine Federkonstante im Bereich von 2000 kg/s² bis 20000 kg/s², insbesondere im Bereich von 3000 kg/s² bis 6000 kg/s² auf. Derartige Federkonstanten sind vorteilhaft für Linearverdichter, die in Kühl- und/oder Gefrierschränken oder in einer Klimaanlage, insbesondere in einer Klimaanlage für Kraftfahrzeuge, eingesetzt werden sollen.In a special embodiment of the invention, the elastic element has a spring constant in the range of 2000 kg / s ² to 20000 kg / s ² , in particular in the range of 3000 kg / s ² to 6000 kg / s ² . Such spring constants are advantageous for linear compressors, which are to be used in refrigerators and / or freezers or in an air conditioner, in particular in an air conditioning system for motor vehicles.

Das Verhältnis der Axial- zur Quersteifigkeit des elastischen Elements beträgt mindestens 1:20, insbesondere mindestens 1:50, vorzugsweise mindestens 1:100. Das elastische Element ist in einer Richtung parallel zur Achse sehr weich, so dass der Verdichterkolben einen Hub über eine Strecke im Bereich von 5 mm bis 50 mm, insbesondere im Bereich von 10 mm bis 30 mm, ausführen kann. Durch die hohe Quersteifigkeit des Elements ist die seitliche Bewegung des Verdichterkolbens in einer Richtung quer zur Achse stark eingeschränkt und beträgt insbesondere weniger als 0,2 mm, insbesondere weniger als 0,1 mm, vorzugsweise weniger als 0,05 mm. Hierdurch wird eine präzise seitliche Führung des Verdichterkolbens realisiert, durch welche die Reibung zwischen dem Verdichterkolben und dem Kolbengehäuse hinreichend begrenzt, so dass ein übermäßiger Verschleiß des Linearverdichters vermieden wird.The relationship the axial to transverse stiffness of the elastic element is at least 1:20, especially at least 1:50, preferably at least 1: 100. The elastic element is in a direction parallel to the axis very soft, so that the compressor piston a stroke over one Range in the range of 5 mm to 50 mm, in particular in the range of 10 mm to 30 mm can. Due to the high transverse stiffness of the element is the lateral movement of the compressor piston in a direction transverse to the axis severely limited and is in particular less than 0.2 mm, in particular less than 0.1 mm, preferably less than 0.05 mm. This will be a precise lateral guide the compressor piston realized by which the friction between the compressor piston and the piston housing sufficiently limited, so that excessive wear of the linear compressor is avoided.

Vorteilhafterweise bildet das elastische Element sowohl das Mittel zur Führung als auch das Mittel zur Zwischenspeicherung. Das elastische Element weist somit eine Doppelfunktion auf, welches vorteilhaft vor dem Hintergrund einer möglichst einfachen Bauweise des Linearverdichters ist.advantageously, the elastic element forms both the means for guidance as also the means for caching. The elastic element thus has a dual function, which is advantageous before Background of a possible simple construction of the linear compressor is.

Das erfindungsgemäße Kältegerät, insbesondere ein Kühl- und/oder Gefrierschrank oder eine Klimaanlage, insbesondere eine Klimaanlage für Kraftfahrzeuge, umfasst den erfindungsgemäßen Linearverdichter. Aufgrund der einfachen Bauweise des erfindungsgemäßen Linearverdichters kann das Kältegerät einfacher und preiswerter hergestellt werden. Durch die Verwendung eines Verbundwerkstoffs kann die Struktur des Linearverdichters und damit auch des Kältegeräts einfach strukturiert werden und das Kältegerät kann zuverlässig, energiesparend und effizient betrieben werden.The Refrigerating appliance according to the invention, in particular a cooling and / or freezer or air conditioning, especially one Air conditioning for motor vehicles, comprises the linear compressor according to the invention. Due to the simple construction of the linear compressor according to the invention the refrigerator can be easier and be made cheaper. By using a composite material can the structure of the linear compressor and thus also the refrigeration device easy be structured and the refrigeration device can be reliable, energy efficient and be operated efficiently.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Kühlen von Waren verwendet das erfindungsgemäße Kältegerät und/oder den erfindungsgemäßen Linearverdichter und das erfindungsgemäße Verfahren zum Verdichten eines Fluids verwendet den erfindungsgemäßen Linearverdichter. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Kältegeräts und/oder des erfindungsgemäßen Linearverdichters wird ein besonders zuverlässiges, energiesparendes und schnelles Kühlen von Waren bzw. Verdichten von Fluiden ermöglicht.The inventive method for cooling goods uses the refrigeration device according to the invention and / or the linear according to the invention Compressor and the inventive method for compressing a fluid uses the linear compressor according to the invention. By using the refrigerator according to the invention and / or the linear compressor according to the invention a particularly reliable, energy-saving and rapid cooling of goods or compressing fluids is possible.

Weitere Vorteile und besondere Weiterbildungen der Erfindung werden anhand der folgenden Zeichnung, welche die Erfindung nicht einschränken sondern lediglich exemplarisch illustrieren soll, näher erläutert. Es zeigen schematisch:Further Advantages and special developments of the invention are based on the following drawing, which does not limit the invention but merely illustrate by way of example, explained in more detail. They show schematically:

1 einen bekannten Linearverdichter in perspektivischer Ansicht, 1 a known linear compressor in perspective view,

2 einen erfindungsgemäßen Linearverdichter in perspektivischer Ansicht; 2 a linear compressor according to the invention in a perspective view;

3 ein erfindungsgemäßes Kältegerät, und 3 an inventive refrigeration device, and

4 einen Ausschnitt eines weiteren erfindungsgemäßen Linearverdichter in einer Schnittansicht. 4 a section of another linear compressor according to the invention in a sectional view.

1 zeigt einen bekannten Linearverdichter 1 in perspektivischer Ansicht mit einem Antrieb 13, der über eine Koppelstange 14 mit einem Kolbengehäuse 2 des Linearverdichters 1 verbunden ist. In dem Kolbengehäuse 2 bewegt sich ein Verdichterkolben (nicht dargestellt) hin und her. Bei der Umkehr der Bewegungsrichtung wird die kinetische Energie des Verdichterkolbens bzw. der bei der Hin- und Herbewegung beweglichen Teile mit Hilfe von Zylinderfedern 16 und Membranfedern 15 aufgenommen. Der Verdichterkolben bewegt sich entlang einer Achse 3 hin und her. 1 shows a known linear compressor 1 in perspective view with a drive 13 that has a tie rod 14 with a piston housing 2 of the linear compressor 1 connected is. In the piston housing 2 A compressor piston (not shown) moves back and forth. When the direction of movement is reversed, the kinetic energy of the compressor piston or of the parts moving during the reciprocating movement is determined by means of cylinder springs 16 and diaphragm springs 15 added. The compressor piston moves along an axis 3 back and forth.

2 zeigt einen erfindungsgemäßen Linearverdichter 1 in perspektivischer Ansicht mit einem Antrieb 13, der über eine Koppestange 14 mit einem Verdichterkolben 4 (siehe 4) verbunden ist. Kolben 4 wird mit Hilfe eines elastischen Elements 7, welches als eine mit Karbonfaser verstärkte Federn 8 ausgebildet ist, sowohl ein einer Richtung quer zu einer Achse 3 geführt als auch in einer Richtung entlang der Achse 3 abgebremst bzw. beschleunigt. Die Feder 8 nimmt die Bewegungsenergie des Verdichterkolbens 4 zwischenzeitlich auf und gibt sie nach der Umkehr der Bewegungsrichtung wieder an diesen ab. 2 shows a linear compressor according to the invention 1 in perspective view with a drive 13 the one over a pommel pole 14 with a compressor piston 4 (please refer 4 ) connected is. piston 4 is using an elastic element 7 , which acts as a carbon fiber reinforced springs 8th is formed, both in a direction transverse to an axis 3 guided as well as in one direction along the axis 3 braked or accelerated. The feather 8th takes the kinetic energy of the compressor piston 4 in the meantime on and returns them to the reversal of the direction of movement back to this.

3 zeigt ein erfindungsgemäßes Kühlgerät 17, welches als Kühlschrank ausgebildet ist und den erfindungsgemäßen Linearverdichter 1 aufweist, um Waren 18 möglichst schnell, energiesparend und zuverlässig abzukühlen bzw. kühl zu halten. 3 shows a cooling device according to the invention 17 , which is designed as a refrigerator and the linear compressor according to the invention 1 exhibits to goods 18 Cool as quickly as possible, save energy and reliably or keep cool.

4 zeigt eine Schnittansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Linearversdichters 1, bei dem ein Verdichterkolben 4 entlang einer Achse 3 mit Hilfe eines Antriebs 13 hin und her bewegt wird. Der Verdichterkolben 4 wird mit Hilfe einer Öffnungen 10 aufweisenden Gehäusewand 11 in dem Kolbengehäuse 2 gelagert wird, wobei ein gasförmiges Fluid 21 aus einer Versorgungsleitung 20 durch die Öffnungen 10 zum Verdichterkolben 4 gedrückt wird, so dass der Verdichterkolben 4 durch das hierbei erzeugte Gaspolster 19 vor der Gehäusewand 11 berührungslos gelagert wird. Der Verdichterkolben 4 wird darüber hinaus durch eine hohe Quersteifigkeit des elastischen Elements 7 in einer Richtung 22 quer zur Achse 3 geführt. Das elastische Element 7 ist eine Feder, die mit Karbonfasern verstärkt ist. Die Feder 8, welche mit ihren Enden einerseits an dem Kolbengehäuse 2 andererseits an einer den Antrieb 13 mit dem Verdichterkolben 4 verbindenden Kuppelstange 14 befestigt ist, nimmt die Bewegungsenergie des Verdichterkolbens 4 im Wesentlichen vollständig auf, damit der Verdichterkolben 4 seine Bewegungsrichtung entlang der Achse 3 ändert. Die Feder 8 wird darüber hinaus auch dazu verwendet, den Verdichterkolben 4 in einer Richtung quer zur Achse 3 zu lagern. Damit weist die Feder 8 eine Doppelfunktion auf und bewirkt einerseits eine seitliche Lagerung des Verdichterkolbens 4, anderseits eine Zwischenspeicherung der Bewegungsenergie des Verdichterkolbens 4 in Form potentieller Energie, um eine Bewegungsrichtungsumkehr zu erleichtern. Durch diese Doppelfunktion entfallen weitere Führungselemente, wie z. B. eine zweite Membranfeder, die Zylinderfedern oder weitere Kupplungen. 4 shows a sectional view of another linear seal according to the invention 1 in which a compressor piston 4 along an axis 3 with the help of a drive 13 is moved back and forth. The compressor piston 4 is using an openings 10 having housing wall 11 in the piston housing 2 is stored, wherein a gaseous fluid 21 from a supply line 20 through the openings 10 to the compressor piston 4 is pressed so that the compressor piston 4 through the gas cushion produced in this case 19 in front of the housing wall 11 is stored without contact. The compressor piston 4 is also characterized by a high transverse stiffness of the elastic element 7 in one direction 22 transverse to the axis 3 guided. The elastic element 7 is a spring that is reinforced with carbon fibers. The feather 8th , which with their ends on the one hand to the piston housing 2 on the other hand at a the drive 13 with the compressor piston 4 connecting coupling rod 14 is fixed, takes the kinetic energy of the compressor piston 4 essentially completely, so that the compressor piston 4 its direction of movement along the axis 3 changes. The feather 8th is also used in addition to the compressor piston 4 in a direction transverse to the axis 3 to store. This indicates the spring 8th a dual function and causes on the one hand a lateral mounting of the compressor piston 4 on the other hand, an intermediate storage of the kinetic energy of the compressor piston 4 in the form of potential energy to facilitate reversal of movement. By this dual function accounts for more guide elements, such. B. a second diaphragm spring, the cylinder springs or other couplings.

Die Erfindung betrifft einen Linearverdichter 1 umfassend ein Kolbengehäuse 2 und einen darin entlang einer Achse 3 hin und her beweglichen Verdichterkolben 4 umfassend ein Mittel 5 zur Führung des Verdichterkolbens 4 in einer Richtung quer zur Achse 3 und ein Mittel 6 zur Zwischenspeicherung der kinetischen Energie des hin und her beweglichen Verdichterkolbens 4 für eine Bewegungsrichtungsumkehr des Verdichterkolbens 4, wobei das Mittel 5 zur Führung und/oder das Mittel 6 zur Zwischenspeicherung ein elastisches Element 7 aus Verbundwerkstoff aufweist, welches insbesondere durch eine Karbonfaser verstärkte Feder 8 gebildet ist; ein Kältegerät 17 wie z. B. ein Kühlschrank umfassend den erfindungsgemäßen Linearverdichter 1; sowie ein Verfahren zum Verdichten eines Fluids und ein Verfahren zum Kühlen von Waren 18. Die Erfindung ermöglicht den Bau eines einfach strukturierten Linearverdichters 1 bzw. Kältegeräts 17 und stellt energiesparende, effiziente und zuverlässig arbeitende Verfahren zur Kühlung von Waren 18 bzw. zum Verdichten eines Fluids bereit.The invention relates to a linear compressor 1 comprising a piston housing 2 and one in it along an axis 3 reciprocating compressor pistons 4 comprising an agent 5 for guiding the compressor piston 4 in a direction transverse to the axis 3 and a means 6 for temporarily storing the kinetic energy of the reciprocating compressor piston 4 for reversing the direction of movement of the compressor piston 4 , where the means 5 to the leadership and / or the agent 6 for caching an elastic element 7 Made of composite material, which in particular by a carbon fiber reinforced spring 8th is formed; a refrigeration device 17 such as B. a refrigerator comprising the linear compressor according to the invention 1 ; and a method for compressing a fluid and a method for cooling goods 18 , The invention enables the construction of a simple structured linear compressor 1 or refrigeration device 17 and provides energy saving, efficient and reliable method of cooling goods 18 or for compressing a fluid ready.

11: Linearverdichterlinear compressor
22: Kolbengehäusepiston housing
33: Achseaxis
44: Verdichterkolbenpistons compressor
55: Mittel zur Führung des Verdichterkolbens 4 Means for guiding the compressor piston 4
66: Mittel zur Zwischenspeicherung der kinetischen Energie des hin und her bemedium for caching the kinetic energy of the back and forth be
: weglichen Verdichterkolbens 4 movable compressor piston 4
77: elastisches Elementelastic element
88th: Federfeather
99: Richtung quer zur Achse 3 Direction across the axis 3
1010: Öffnungenopenings
1111: Gehäusewandhousing wall
1212: Kühlmittelcoolant
1313: Antriebdrive
1414: Kuppelstangecoupling rod
1515: Membranfederdiaphragm spring
1616: Zylinderfedercylinder spring
1717: KältegerätThe refrigerator
1818: WarenWere
1919: Gaspolstergas cushion
2020: Versorgungsleitungsupply line
2121: Fluidfluid
2222: Richtung quer zur Achse 3 Direction across the axis 3

Claims

Linear compressor ( 1 ) comprising a piston housing ( 2 ) and one along an axis ( 3 ) reciprocating compressor pistons ( 4 ) comprising an agent ( 5 ) for guiding the compressor piston ( 4 ) in a direction transverse to the axis ( 3 ) and a means ( 6 ) for temporarily storing the kinetic energy of the reciprocating compressor piston ( 4 ), characterized in that the means ( 5 ) to the leadership and / or the means ( 6 ) for temporary storage an elastic element ( 7 ) made of composite material.

Linear compressor according to claim 1, characterized in that the elastic element ( 7 ) a feather ( 8th ), in particular a diaphragm spring, is.

Linear compressor ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the elastic element ( 7 ) is fiber reinforced.

Linear compressor ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the elastic element ( 7 ) Comprises carbon fibers.

Linear compressor ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the elastic element ( 7 ) Comprises glass fibers.

Linear compressor ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the elastic element ( 7 ) Has aramid fibers.

Linear compressor ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the elastic element ( 7 ) contains a plastic, in particular a polymer.

Linear compressor ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the elastic element ( 7 ) the kinetic energy of the reciprocating compressor piston ( 4 ) and can give it back.

Linear compressor ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the compressor piston ( 4 ) by the elastic element ( 7 ), in particular the spring ( 8th ), in one direction ( 9 ) transverse to the axis ( 3 ) is feasible.

Linear compressor ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the compressor piston ( 4 ) in the piston housing ( 2 ) by means of an opening ( 10 ) housing wall ( 11 ) and one through the openings ( 10 ) flowing gaseous fluid ( 12 ), in particular a coolant is guided.

Linear compressor ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the elastic element ( 7 ) has a spring constant in the range of 2000 kg / s ² to 20,000 kg / s ² , in particular in the range of 3000 kg / s ² to 6000 kg / s ² .

Linear compressor ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the ratio of the transverse to the axial stiffness of the elastic element ( 7 ) is at least 1:20, in particular at least 1:50, preferably at least 1: 100.

Linear compressor ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the means ( 5 ) to the leadership and the means ( 6 ) for temporary storage by the elastic element ( 7 ) are formed.

Refrigeration appliance ( 17 ), in particular a refrigerator and / or freezer or an air conditioning system, comprising a linear compressor ( 1 ) according to one of claims 1 to 13.

Method for cooling goods ( 18 ) with the aid of a refrigeration device ( 20 ) according to claim 14 and / or for compressing a fluid ( 21 ) with the aid of a linear compressor ( 1 ) according to one of claims 1 to 13.