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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Linearverdichter mit einem
Zylinder, der eine Zylinderwand und eine von der Zylinderwand umschlossene Kammer
umfasst, einem Elektromagneten und einem in der Kammer des Zylinders
durch ein Magnetfeld des Elektromagneten antreibbaren Kolben, bei dem
eine Außenseite
der Wand wenigstens lokal mit Druckgas beaufschlagbar und mit Durchgangsöffnungen
versehen ist, die einen Zutritt des Druckgases in die Kammer ermöglichen,
um ein Druckgaskissen zwischen dem Kolben und der Wand der Kammer
zu bilden. Ein Linearverdichter dieser Art ist aus
US 6 506 032 B2 bekannt.
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Bei
diesem bekannten Linearverdichter erstreckt sich rings um die mit
den Durchgangsöffnungen
versehene innere Zylinderwand eine äußere Zylinderwand, und beide
zusammen begrenzen einen sich über
im Wesentlichen die gesamte Länge
des Zylinders erstreckenden, mit Druckgas beaufschlagten Ringraum.
Der Antrieb erfolgt bei diesem bekannten Linearverdichter mit Hilfe
eines rings um den Zylinder angeordneten, eine Spule enthaltenden
ersten Joches, eines konzentrisch zu dem ersten Joch angeordneten
und von diesem durch einen Ringspalt getrennten zweiten Joch und
eines beweglichen ringförmigen
Magneten, der mit dem Kolben fest verbunden ist und in dem Ringspalt
dem Magnetfeld der Spule ausgesetzt ist. Die aus einer Vielzahl
von konzentrischen Elementen bestehende Konstruktion gibt diesem
Linearverdichter einen im Verhältnis
zum Kolbenhub großen
Durchmesser.
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Ziel
der vorliegenden Erfindung ist, einen Linearverdichter mit druckgasgelagertem
Kolben zu schaffen, der mit einem einfacheren und kompakteren Aufbau
gute Leistungswerte erreicht.
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Die
Aufgabe wird gelöst,
indem bei einem Linearverdichter der eingangs angegebenen Art der Kolben
selbst magnetisch ist und Polschuhe des Elektromagneten in axialer
Richtung des Zylinders beabstandet an von den Durchgangsöffnungen
freien Bereichen der Außenseite
der Zylinderwand angeordnet sind. Indem im Vergleich zu dem oben
erwähnten
bekannten Linearverdichter der Magnet in den Kolben hinein verlagert
wird, entfällt
die Notwendigkeit, ein äußeres Joch
und den Ringspalt vorzusehen, so dass die Gesamtkonstruktion des
Linearverdichters wesentlich kompakter gemacht werden kann. Während eine
solche Vertauschung bei dem bekannten Linearverdichter aufgrund
des Vorhandenseins der inneren und äußeren Zylinderwand und vor
allem des Ringraumes zwischen beiden zu einer beträchtlichen
Spaltbreite zwischen Elektromagnet und magnetischem Kolben und infolgedessen
zu einem schlechten Wirkungsgrad des Antriebs führen würde, erlaubt es die erfindungsgemäße Konstruktion
infolge des Fehlens von Durchgangsöffnungen in den Polschuhen
gegenüberliegenden
Bereichen der Zylinderwand, die Polschuhe direkt an der Zylinderwand
anzuordnen und so die Spaltweite zwischen Elektromagnet und Kolben
zu minimieren, so dass eine starke Antriebskraft bei geringer in
den Elektromagneten eingespeiste elektrische Leistung erzielbar
ist.
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Da
sich der magnetische Kolben in dem Zylinder im Wesentlichen in einem
zwischen den Polschuhen des Magneten liegenden Bereich bewegt, sollte
wenigstens eine Gruppe der Durchgangsöffnungen zwischen zweien der
Polschuhe über
den Umfang der Zylinderwand verteilt sein.
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Um
Schlingerbewegungen des Kolbens um eine quer zur Zylinderlängsachse
orientierte Achse zu verhindern, sind zweckmäßigerweise wenigstens zwei
axial beabstandete Gruppen von über
den Umfang der Zylinderwand verteilten Durchgangsöffnungen
beiderseits wenigstens eines der Polschuhe vorgesehen.
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Jeder
Gruppe von Durchgangsöffnungen
ist zweckmäßigerweise
eine sich um den Zylinder erstreckende Ringleitung zum Versorgen
der Durchgangsöffnungen
der Gruppe mit Druckgas zugeordnet.
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Diese
Ringleitung ist vorzugsweise einerseits durch die Außenseite
der Zylinderwand selbst und andererseits durch einen sich um diese
Außenseite
herum erstreckenden Ring begrenzt. An der Innenseite des Ringes
ist vorzugsweise eine umlaufende Nut gebildet. Die Zylinderwand
selbst kann dann eine auf der gesamten Länge des Zylinders gleichbleibende,
minimale Dicke haben.
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Der
Ring kann zweckmäßigerweise
an dem Zylinder durch Aufschrumpfen befestigt sein.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Figuren.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Linearverdichters;
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2 einen
axialen Schnitt durch den Zylinder des Linearverdichters gemäß einer
ersten Ausgestaltung; und.
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3 einen
axialen Schnitt durch den Zylinder gemäß einer zweiten Ausgestaltung.
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Der
in 1 gezeigte Linearverdichter umfasst einen Zylinder 1 mit
zwei Stirnseiten 2, an denen jeweils ein Saugstutzen 3, über den
ein zu verdichtendes Fluid wie etwa ein gasförmiges Kältemittel in den Zylinder 1 eintritt,
und ein Druckstutzen 4, über den das verdichtete Fluid
aus dem Zylinder 1 austritt, angebracht sind. An den Saugstutzen 3 ist
in an sich beliebiger dem Fachmann bekannter Weise eine Verteilerleitung 18 befestigt,
die die Saugstutzen mit einem gemeinsamen Sauganschluss 19 verbindet.
In analoger Weide verbindet eine Sammelleitung 20 die beiden
Druckstutzen 4 mit einem gemeinsamen Druckanschluss 21.
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An
der Mantelfläche 5 des
Zylinders sind zwei sich diametral gegenüberliegende, aus Eisenblechen
zusammengefügte
Joche 6, 7 angeordnet. Das Joch 6 hat
eine E-förmige
Gestalt mit einem zentralen Arm 8 und zwei dazu parallelen äußeren Armen 9.
Um den zentralen Arm 8 ist eine Spule 10 gewickelt,
die mit elektrischem Strom beaufschlagbar ist, um ein magnetisches
Feld zu induzieren. Dem Zylinder 1 zugewandte Polschuhe
des zentralen Armes 8 einerseits und der beiden äußeren Arme 9 andererseits
bilden jeweils ungleichnamige Pole dieses Magnetfeldes. Der Strom,
mit dem die Spule 10 beaufschlagbar ist, ist ein Wechselstrom,
so dass das Magnetfeld periodisch seine Richtung ändert.
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Das
gegenüberliegende
Joch 7 ist ebenfalls E-förmig, allerdings mit im Vergleich
zum Joch 6 stark verkürzten
Armen 11, 12 und ohne eine um den mittleren Arm 11 gewickelte Spule.
Alternativ könnte
das Joch 7 auch das exakte Spiegelbild des Jochs 6 darstellen
und mit einer eigenen Spule versehen sein.
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In
Zwischenräumen 13 zwischen
den Armen der Joche 6, 7 ist jeweils ein Ring 14 um
den Zylinder 1 herumgelegt. An den die Mantelfläche 5 berührenden
Innenseiten der Ringe 14 ist eine umlaufende Nut 15 (siehe 2)
gebildet, auf die ein Anschlussstutzen 16 mündet. Die
Anschlussstutzen 16 sind mit der Sammelleitung 20 verbunden.
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2 zeigt
einen Schnitt durch den Zylinder 1 und dessen Umgebung
in Richtung von dessen Längsachse.
Man erkennt das Joch 7 und jeweils die an der Mantelfläche 5 des
Zylinders 1 anliegenden Polschuhe der Arme 8, 9 des
Jochs 6. In einer Kammer 22, die sich über den
größten Teil
der Länge
des Zylinders 1 erstreckt, ist ein zylinderförmiger Oszillator 23 aufgenommen,
dessen zwei Stirnflächen
jeweils Kolbenböden 24 von
die Enden der Kammer 22 einnehmenden Verdichtungsräumen 25, 26 bilden. An
den Stirnseiten der Verdichtungsräume 25, 26 sind
jeweils ein Einlassventil 30 und ein Auslassventil 31 angeordnet.
Der Oszillator 23 ist im Wesentlichen gebildet durch einen
Stabmagneten 27 der, wie gezeigt, zur Gewichtseinsparung
hohl sein kann. Um zu verhindern, dass Material des Magneten 27 im
Falle eines Kontaktes mit der Wand des Zylinders 1 abgerieben
wird, ist der Stabmagnet 27 bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel
in eine allseits geschlossene Hülse 28 aus
Stahl aufgenommen. Alternativ wäre
es auch möglich,
die Mantelfläche
des Stabmagneten 27 mit einer verschleißfesten Beschichtung, zum Beispiel
einer DLC-(Diamond-like Carbon)-Schicht zu versehen.
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In
Höhe der
beiden Zwischenräume 13 sind in
der Wand des Zylinders 1 zwei Gruppen von Durchgangsöffnungen 29 gebildet, über die
die Kammer 22 mit den umlaufenden Nuten 15 kommuniziert. Die über die
Sammelleitung 20 mit dem Druckstutzen 4 verbundenen
Nuten 15 enthalten Gas unter hohem Druck, das durch die
Durchgangsöffnungen 29 in
die Kammer 22 eindringt. Dabei bildet das Gas ein Polster,
das den Oszillator 23 auf seinem gesamten Umfang umspült und einen
Kontakt des Oszillators 23 mit der Zylinderwand verhindert,
so lange der Verdichter in Betrieb ist und verdichtetes Gas an seinen Druckstutzen 4 bereitsteht.
Gas, das in der Verdichtungsphase eines der Verdichtungsräume 25, 26 in den
Spalt zwischen Oszillator 19 und Zylinderwand 1 eindringt,
gelangt zusammen mit dem über
die Durchgangsöffnungen 29 eintretenden
Gas in den jeweils anderen, sich gleichzeitig in einer Ansaugphase
befindenden Verdichtungsraum 26 bzw. 25.
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Der
einzige Luftspalt, der die Polschuhe der Joche 6, 7 von
dem Stabmagneten 23 trennt, ist der enge Spalt zwischen
der Wand des Zylinders 1 und dem Oszillator 23.
Insbesondere unterbricht keine Gasleitung den magnetischen Fluss
zwischen den Polschuhen und dem Magneten 27. Es genügt daher eine
vergleichsweise geringe in die Spule 10 eingespeiste elektrische
Leistung, um eine ausreichende Antriebskraft auf den Oszillator 23 auszuüben. Da der
Zylinder 1 abgesehen von den Stutzen 3, 4 hermetisch
dicht ist, ist es nicht erforderlich, rings um den Linearverdichter
eine Kapselung vorzusehen, um das Entweichen von Gas zu verhindern.
Durch den Wegfall der Kapsel verringern sich die Kosten des Linearverdichters
deutlich. Da außerdem
der hochgradig symmetrische Aufbau des Linearverdichters einen gleichmäßigen Lauf
des Oszillators 23 erwarten lässt, ist mit einem geringen
Betriebsgeräusch
zu rechnen. Dies macht den Verdichter besonders geeignet zur Verwendung
in Haushalts-Kältegeräten, wo
ein niedriges Betriebsgeräusch
ein wichtiges Qualitätsmerkmal
ist.
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3 zeigt
einen zu 2 analogen Schnitt gemäß einer zweiten Ausgestaltung
der Erfindung. Teile, die bereits mit Bezug auf die erste Ausgestaltung
der 1 und 2 erläuterten entsprechen, sind mit
denselben Bezugszeichen bezeichnet. Die Ringe 14 in den
Zwischenräumen 13 sind
entfallen; stattdessen ist an den Kopfenden des Zylinders 1 jeweils
ein verbreiterter Ring 32 angebracht, dessen innere Nut 15 jeweils
einerseits mit einer das Auslassventil aufnehmenden Kammer 33 und
andererseits mit einer Gruppe von benachbart zu den Jochen 6, 7 über den
Umfang der Mantelfläche 5 verteilten Durchgangsöffnungen 29 kommuniziert.
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Der
Magnet 27 erstreckt sich nur über einen mittleren Abschnitt
des Oszillators 23; den Stirnseiten 2 zugewandte
Endabschnitte des Oszillators 23 sind hohl. Die Lage der
Gruppen von Durchgangsöffnungen 29 und
die Länge
des Oszillators 23 sind so aufeinander abgestimmt, dass
in jeder Lage des Oszillators beide Gruppen von Durchgangsöffnungen 29 dem
Oszillator gegenüberliegen.
Das Verhältnis von
Oszillatorhub zu -länge
ist bei dieser Ausgestaltung kleiner als bei der der 2;
dafür ist
der Aufbau vereinfacht, da keine zusätzlichen Leitungsverbindungen
zwischen den Druckstutzen 4 und den Nuten 15 der
Ringe 32 erforderlich sind.