DE102011007673A1

DE102011007673A1 - Linearverdichter mit Schlitzsteuerung sowie Kältemaschine mit dem Linearverdichter

Info

Publication number: DE102011007673A1
Application number: DE201110007673
Authority: DE
Inventors: Thomas Rink
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-04-19
Filing date: 2011-04-19
Publication date: 2012-10-25

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Linearverdichter vorzuschlagen, welcher gute Funktionseigenschaften und/oder eine hohe Lebensdauer aufweist.
Hierzu wird ein Linearverdichter 1 zur Förderung eines Fluids für eine Kältemaschine mit einem Stator 4, mit einem Oszillator 5, und mit zwei Pumpenabschnitten, wobei der Oszillator 5 die Pumpenabschnitte antreibt, so dass Verdichtungsräume 10a, b der Pumpenabschnitte durch die oszillierende Bewegung des Oszillators 5 in ihrem Volumen verändert werden, wobei der Linearverdichter 1 eine Schlitzsteuerung zur strömungstechnischen Verbindung von Strömungskanälen 14a, b; 18a, b mit dem Verdichtungsraum 10a, b aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Linearverdichter zur Förderung eines Fluids für eine Kältemaschine mit einem Stator, mit einem Oszillator, wobei der Oszillator in dem Stator angeordnet ist und über eine Linearmotoreinrichtung in einer Oszillationsrichtung oszillierend bewegt werden kann, mit zwei Pumpenabschnitten, wobei jeder Pumpenabschnitt einen Kolben und einen Zylinder als Pumpenpartner aufweist, welche angeordnet sind, einen Verdichtungsraum in dem Zylinder auszubilden und eine Hubrichtung zu definieren, wobei die Hubrichtung mit der Oszillationsrichtung gleichgerichtet ist und der Oszillator die Pumpenabschnitte antreibt, so dass die Verdichtungsräume durch die oszillierende Bewegung des Oszillators in ihrem Volumen verändert werden, wobei jeder Verdichtungsraum mit einem Einlasskanal und einem Auslasskanal – zusammenfassend Strömungskanäle genannt – für das Fluid strömungstechnisch verbindbar ist. Die Erfindung betrifft auch eine Kältemaschine mit dem Linearverdichter.
In Kältemaschinen dienen Verdichter dazu, ein Kältemittel in einem Kühlkreislauf zu fördern bzw. zu verdichten. Beispiele für derartige Kältemaschinen sind z. B. Kühlschränke, wie diese im Haushalt eingesetzt werden, oder Klimaanlagen. Verdichter arbeiten üblicherweise nach dem Pumpenprinzip, wo zum Antrieb und zur konstruktiven Ausgestaltung der Verdichter verschiedene Konzepte bekannt sind.
In der Druckschrift DE 10 2008 061 205 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, wird ein Linearschwingmotor als Antriebsmotor von Kolbenverdichtern für Kälte- und Klimaanlagen sowie auch von Einzel- oder Doppelkolben-Linearverdichtern in Gaskältemaschinen offenbart, welche zur Erzeugung sehr tiefer Temperaturen geeignet sind. Der Linearschwingmotor weist ein Statorsystem, welches mit mindestens einem Magneten ausgestattet ist, und ein Schwingsystem auf, das beweglich im Magnetfeld des Stators gelagert ist. Das Schwingsystem bildet damit einen Läufer des Linearschwingmotors.
Gebiet der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Linearverdichter vorzuschlagen, welcher gute Funktionseigenschaften und/oder eine hohe Lebensdauer aufweist.
Diese Aufgabe wird durch einen Linearverdichter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Kältemaschine mit dem Linearverdichter mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Im Rahmen der Erfindung wird ein Linearverdichter vorgeschlagen, welcher zur Förderung eines Fluids für eine Kältemaschine geeignet und/oder ausgebildet ist. Das Fluid ist insbesondere als ein Kältemittel, im Speziellen als ein flüssiges oder gasförmiges Kältemittel, ausgebildet. Die Kältemaschine kann z. B. als Teil einer Kälte- und/oder Klimaanlage oder einer Gaskältemaschine zur Erzeugung sehr tiefer Temperaturen ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist der Linearverdichter auch zur Kompression und/oder Verdichtung des Fluids ausgebildet.
Der Linearverdichter weist einen Stator und einen Oszillator auf, wobei der Oszillator in dem Stator angeordnet ist und über eine Linearmotoreinrichtung in einer Oszillationsrichtung oszillierend bewegbar ist. Insbesondere wird der Oszillator linear und/oder geradlinig in dem Stator oszillierend bewegt. Der Stator ist bevorzugt ortsfest – ggf. gedämpft oder gefedert – in der Kältemaschine angeordnet.
Der Linearverdichter umfasst zwei Pumpenabschnitte, wobei jeder Pumpenabschnitt einen Kolben und einen Zylinder als Pumpenpartner aufweist. In jedem Pumpenabschnitt wird durch die Pumpenpartner, also den Kolben und den Zylinder, ein Verdichtungsraum ausgebildet, welcher in dem Zylinder angeordnet ist. Durch die Pumpbewegung, die durch eine Relativbewegung zwischen Kolben und Zylinder erzeugt wird, wird eine Hubrichtung definiert. Insbesondere entspricht die Hubrichtung der Längserstreckung bzw. Tiefenerstreckung des Kolbens bzw. des Zylinders.
Der Oszillator treibt die Pumpenabschnitte an, sodass die Verdichtungsräume durch die oszillierende Bewegung des Oszillators in ihrem Volumen verändert werden, wobei die Hubrichtung mit der Oszillationsrichtung gleichgerichtet ist. Besonders bevorzugt ist die Linearmotoreinrichtung als ein Direktantrieb ausgebildet, welcher die Pumpenabschnitte getriebefrei antreibt.
Zur Versorgung und Entsorgung des Fluids in dem Verdichtungsraum ist jeder Verdichtungsraum mit mindestens einem Einlasskanal und mit mindestens einem Auslasskanal für das Fluid strömungstechnisch verbindbar. Der Zustand der strömungstechnischen Verbindungen ist abhängig vom Arbeitstakt des Pumpenabschnitts, sodass bei einem Ansaugen der Verdichtungsraum mit dem Einlasskanal und bei einem Ausstoßen des Fluids der Verdichtungsraum mit dem Auslasskanal strömungstechnisch verbunden ist, wobei der jeweils andere Strömungskanal gesperrt ist. Der Begriff des Strömungskanals ist funktionell zu verstehen, so dass die Strömungskanäle jeweils auch mehrkanalig ausgebildet sein oder eine beliebige andere geometrische Form annehmen können.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass mindestens einer der Pumpenpartner, also Kolben oder Zylinder, mindestens eine Kopplungsöffnung aufweist, welche strömungstechnisch mit einem der Strömungskanäle verbunden ist und – in Abhängigkeit des Arbeitstaktes – somit eine strömungstechnische Verbindung zwischen dem Verdichtungsraum und dem Strömungskanal herstellt. Der Linearverdichter ist konstruktiv so ausgebildet, dass die mindestens eine Kopplungsöffnung durch eine Steuerfläche, welche starr mit dem anderen Pumpenpartner, also mit dem Zylinder bzw. Kolben, des gleichen Pumpenabschnitts verbunden ist, in Abhängigkeit der Relativposition in Hubrichtung der Pumpenpartner zueinander geöffnet oder geschlossen ist.
Alternativ oder ergänzend weist der Linearverdichter eine Schlitzsteuerung auf, welche zur strömungstechnischen Verbindung der Strömungskanäle mit dem Verdichtungsraum ausgebildet ist. Die Schlitzsteuerung ist insbesondere ausgebildet, wie dies zuvor beschrieben wurde.
Vergleicht man die erfindungsgemäße Ausgestaltung mit einer üblichen Ausgestaltung eines Linearverdichters mit Ventilsteuerung, so ergibt sich eine Vielzahl von Vorteilen. Insbesondere arbeitet der erfindungsgemäße Linearverdichter nahezu geräuschlos, da keine Ventilkontaktgeräusche zu hören sind, welche – nebenbei bemerkt – jeweils ein mechanisches Prellen und damit eine mögliche Abnutzung des Ventils darstellen. Die Schlitzsteuerung des erfindungsgemäßen Linearverdichters ist nahezu massefrei, sodass es zu keinen Steuerzeitverschiebungen durch Massenträgheit von bewegten Ventilen kommt Auch die Kraft zum Schalten der strömungstechnischen Verbindungen ist bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung deutlich geringer als bei z. B. federbelasteten Ventilen, da weder Haftungskräften von Öl an der Kontaktstelle, noch Kräften der Ventilfeder, noch Kräften durch Gegendruck im Auslassbereich entgegengewirkt werden muss.
Somit stellt sich der erfindungsgemäße Linearverdichter als eine energieeffiziente, verschleißarme Vorrichtung dar, wobei die Steuerzeiten über die Anordnung der Kopplungsöffnungen prozesssicher festgelegt sind.
Bei einer bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung ist der Oszillator als ein Doppelzylinder mit den zwei Zylindern realisiert, wobei der Oszillator als ein Teil der Linearmotoreinrichtung ausgebildet ist und den Läufer der Linearmotoreinrichtung bildet. Hierzu ist der Oszillator beispielsweise als ein so genannter Anker ausgebildet und/oder trägt mindestens eine Spule der Linearmotoreinrichtung. Bei alternativen Ausführungsformen der Erfindung kann der Oszillator auch als eine elektrisch passive Komponente ausgebildet sein und nur einen Magneten tragen, der jedoch wiederum einen Teil der Linearmotoreinrichtung bildet. Damit wird der Linearverdichter mit einem Direktantrieb als Linearmotoreinrichtung ausgestattet.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Stator als ein Doppelkolben mit den zwei Kolben und zudem als Stator der Linearmotoreinrichtung ausgebildet. Hierzu trägt der Stator mindestens eine magnetfelderzeugende Einrichtung der Linearmotoreinrichtung. Die magnetfelderzeugende Einrichtung kann – in Abhängigkeit der Bauform – als ein Permanentmagnet und/oder als eine Spule ausgebildet sein.
Besonders bevorzugt sind die Öffnungen der zwei Zylinder des Doppelzylinders voneinander weg und die freien Enden der zwei Kolben des Doppelkolbens zueinander hin orientiert, sodass sich eine sehr kompakte Bauform des Linearverdichters mit Direktantrieb ergibt.
Bei einer möglichen konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens eine der Kopplungsöffnungen in mindestens einem der Zylinder ausgebildet, wobei die Steuerfläche durch die Außenzylinderfläche des Kolbens des gleichen Pumpenabschnitts gebildet ist. Ist der Kolben in einer Position, in welcher er die Kopplungsöffnung nicht verdeckt, ist diese strömungstechnisch mit dem Verdichtungsraum verbunden. Ist dagegen der Zylinder in einer Relativposition in dem Zylinder, sodass mit der Außenzylinderfläche des Kolbens die Kopplungsöffnung in dem Zylinder verdeckt ist, so ist diese strömungstechnische Verbindung gesperrt.
Prinzipiell kann die gerade beschriebene Kopplungsöffnung strömungstechnisch mit einem Einlasskanal oder mit einem Auslasskanal verbunden sein. Für den Fall, dass diese strömungstechnisch mit einem Einlasskanal verbunden ist, ist es besonders bevorzugt, dass der Einlasskanal in dem Innenraum des Stators mündet, bzw. mit diesem strömungstechnisch verbunden ist. Damit bildet der Innenraum des Stators ein Vorratsvolumen für das Fluid, wobei der Einlasskanal auch bei einer Bewegung des Oszillators stets strömungstechnisch mit dem Vorratsvolumen gekoppelt ist, sodass keine zu bewegenden Zuführungen oder dergleichen benötigt werden.
Bei einer möglichen Weiterbildung oder Alternative der Erfindung ist mindestens eine der Kopplungsöffnungen in dem Kolben ausgebildet, wobei die Steuerfläche auf der Innenzylinderfläche des Zylinders des gleichen Pumpenabschnitts angeordnet ist. Es ist besonders bevorzugt, wenn die Kopplungsöffnung auf der Außenzylinderfläche des Kolbens angeordnet ist, sodass die Kopplungsöffnung verschlossen ist, solange die Außenzylinderfläche des Kolbens und Innenzylinderfläche des Zylinders im Bereich der mindestens einen Kopplungsöffnung überlappen.
In der Innenzylinderfläche des Zylinders ist eine Ausnehmung eingebracht, welche die Kopplungsöffnung in dem Kolben mit dem Verdichtungsraum strömungstechnisch verbinden kann. Eine derartige Kopplungsöffnung kann beispielsweise eine Umlenkung, ein Überströmkanal oder eine großflächige Ausnehmung sein. Prinzipiell kann die Kopplungsöffnung eine beliebige Form, also z. B. einen Schlitz, eine Nut, eine Halbrundnut oder dergleichen, einnehmen.
Bei einer möglichen Weiterbildung oder Alternative der Erfindung ist mindestens eine der Kopplungsöffnungen in einem Innenbereich bzw. dessen Wandungen des Kolbens ausgebildet, wobei die Steuerfläche auf einem Einsetzteil ausgebildet ist, das starr mit dem Zylinder des gleichen Pumpenabschnitts gekoppelt ist. Im Betrieb erfolgt somit eine Relativbewegung zwischen Einsetzteil und Kolben, wobei die Kopplungsöffnung durch das Einsetzteil abwechselnd geöffnet und verschlossen ist.
Es ist besonders bevorzugt, wenn die Kopplungsöffnung des Kolbens mit einem Auslasskanal gekoppelt ist, da der Kolben besonders bevorzugt in dem Stator angeordnet ist und dadurch keine Relativbewegung zwischen dem Auslasskanal und einer Ableitung in den Kühlmittelkreislauf notwendig ist.
In der bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind in dem Einsetzteil Strömungsverbindungen angeordnet oder eingebracht, welche den Verdichtungsraum mit dem Innenbereich des Kolbens strömungstechnisch koppeln. Beispielsweise ist das Einsetzteil als ein stiftähnliches Teil ausgebildet, welches axial und radial verlaufende Kanäle aufweist. Z. B. bildet eine radiale Außenfläche des Einsetzteils die Steuerfläche für die Kopplungsöffnung
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine Kältemaschine zur Förderung von Kältemitteln, insbesondere für Kühlschränke und Gefrierschänke, welche einen Linearverdichter, wie er zuvor beschrieben wurde bzw. nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweist.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung. Dabei zeigen:
1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Linearverdichter für eine Kältemaschine als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 in gleicher Darstellung wie in der 1, jedoch nur hälftig dargestellt, ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt eines Linearverdichters 1, wie dieser in Kältemaschinen zur Förderung und/oder Verdichtung von Kühlmitteln eingesetzt wird. Insbesondere ist der Linearverdichter 1 für den Einsatz zur Kompression und/oder Förderung von Kältemitteln in Kühlschränken oder Gefrierschränken ausgebildet. Bei dem Kühlmittel kann es sich um ein flüssiges oder um ein gasförmiges Kühlmittel handeln.
Der Linearverdichter 1 weist Zuflüsse 2a, b sowie zwei Auslässe 3a, b auf, wobei der Linearverdichter 1 ausgebildet ist, das Kühlmittel ausgehend von den Zuflüssen 2a, b in die Auslässe 3a, b zu fördern. Der Zuflüsse 2a, b und die Auslässe 3a, b sind in nicht näher dargestellter Weise mit dem Kühlkreislauf der Kältemaschine strömungstechnisch gekoppelt, so dass der Linearverdichter 1 das Kühlmittel in dem Kühlkreislauf umwälzen kann.
Der Linearverdichter 1 weist eine Stator 4 auf, in dem ein Oszillator 5 in einer Oszillationsrichtung O oszillierend hin- und her bewegbar ist. Insbesondere ist der Oszillator 5 in dem Stator 4 gleitend gelagert. Der Oszillator 5 weist zwei Zylinder 6a, b auf, welche baugleich ausgebildet sind und sich entlang einer Mittellinie 7 erstrecken, die parallel zu der Oszillationsrichtung O ausgerichtet ist. Die Zylinder 6a, b sind mit ihren Öffnungen voneinander abgewandt.
Der Stator 4 umfasst zwei Kolben 9a, b, welche jeweils in einen der Zylinder 6a, b eingreifen. Dementsprechend sind die Kolben 9a, b mit ihrem freien Ende aufeinander zu gerichtet. Durch die Zylinder 6a, b und die Kolben 9a, b sind Verdichtungsräume 10a, b gebildet.
Funktional betrachtet wird bei einer Bewegung des Oszillators 5 in Oszillationsrichtung O nach rechts der Verdichtungsraum 10a vergrößert und der Verdichtungsraum 10b verkleinert. Bei einer Bewegung des Oszillators 5 in Gegenrichtung wird der Verdichtungsraum 10a verkleinert und der Verdichtungsraum 10b dagegen vergrößert.
Die Bewegung des Oszillators 5 wird durch eine Linearmotoreinrichtung umgesetzt, welche durch das Zusammenspiel einer stationären Spule 11, welche in oder an dem Stator 4 angeordnet ist, und zwei bewegten Spulen 12a, b an dem Oszillator 5 erreicht, welche in der gezeigten Mittellage des Oszillators 5 beidseitig zu der stationären Spule 11 angeordnet sind. Die stationäre Spule 11 und die bewegten Spulen 12a, b sind umlaufend um die Mittellinie 7 ausgebildet. Statt der stationären Spule 11 kann auch ein Permanentmagnet vorgesehen sein.
Durch Ansteuerung der bewegten Spulen 12a, b mit Wechselspannung werden magnetische Felder erzeugt, die temporär gegenläufig zu dem Magnetfeld der stationären Spule 11 ausgerichtet sind, so dass der Oszillator 5 in Oszillationsrichtung O ausgelenkt wird. Für eine genaue Diskussion eines derartigen elektrodynamischen Linearschwingmotors wird z. B. auf die Druckschrift DE 10 2008 061 205 A1 verwiesen, in der der Fachmann eine genaue Diskussion der Funktionsweise findet. Die Linearmotoreinrichtung kann auch auf einer anderen Funktionsweise beruhen.
Im Betrieb wird das Kühlmittel aus den Zuflüssen 2a, b bei einer Vergrößerung des Verdichtungsraums 10a bzw. 10b angesaugt und in den Verdichtungsraum 10a bzw. 10b gefördert. Bei einer Verkleinerung des Verdichtungsraums 10a bzw. 10b wird das Kühlmittel dann über in den Auslass 3a bzw. 3b gefördert.
Um die Verdichtungsräume 10a, b in Abhängigkeit von dem Arbeitstakt des Pumpenabschnitts mit den Zuflüssen 2a, b bzw. den Abflüssen 3a, b gesteuert verbinden zu können, weist der Linearverdichter 1 eine Schlitzsteuerung auf. Die Schlitzsteuerung gemäß der 1 ist eine weggebundene Steuerung, welche insbesondere auf zusätzliche bewegte Komponenten verzichtet und sich deshalb durch eine geringe Anzahl von Bauteilen auszeichnet. Außerdem verzichtet die Schlitzsteuerung auf bewegte Ventile sowie Federn zur Vorspannung dieser Ventile, was ebenfalls den konstruktiven Aufbau vereinfacht.
Die Zylinder 6a, b weisen in ihren Zylinderwänden jeweils eine Kopplungsöffnung 13a, b auf, welche strömungstechnisch mit einem Einlasskanal 14a, b verbunden ist bzw. dessen Ausgangsöffnung im Verdichtungsraum 10a bzw. 10b darstellt. Die Kopplungsöffnungen 13a, b können z. B. als Bohrungen ausgeführt werden oder als radial umlaufende Kanäle ausgebildet sein. Der Einlasskanal 14a, b endet in einem Innenraum 15 des Stators 4, welcher über die Einlässe 2a, b mit dem Fluid, insbesondere dem Kühlmittel versorgt wird.
Der Oszillator 5 wird im Betrieb in dem Innenraum 15 oszilliert, sodass der Einlasskanal 14a, b stets mit dem Innenraum 15 und damit stets mit dem Zufluss 2a, b strömungstechnisch verbunden ist. Die Kopplungsöffnung 13a, b kann als eine einzelne Öffnung ausgebildet sein, sie kann jedoch auch als ein die Mittellinie 7 umlaufender ununterbrochener oder unterbrochener Schlitz realisiert sein. Der Einlasskanal 14a, b kann z. B. als eine oder mehrere Bohrungen ausgebildet sein, welche mit der Kopplungsöffnung 13a bzw. 13b kommunizieren.
Die Kopplungsöffnung 13a, b ist so positioniert, dass diese – wenn sich der Zylinder 6a bzw. 6b im oberen Totpunkt befindet und der Verdichtungsraum 10a bzw. 10b das größte Volumen aufweist – im Verdichtungsraum 10a bzw. 10b frei, ungehindert oder unverdeckt endet. Wird der Zylinder 6a bzw. 6b über den Kolben 9a bzw. 9b eingefahren, so verdeckt die Außenzylinderfläche 16a bzw. 16b des Kolbens 9a bzw. 9b die Kopplungsöffnung 13a bzw. 13b und schließt die strömungstechnische Verbindung zwischen dem Verdichtungsraum 10a bzw. 10b und dem Innenraum 15. Die Außenzylinderfläche 16a, b wirkt dabei als eine Steuerfläche für die Kopplungsöffnung 13a, b, wobei durch Steuerfläche und Kopplungsöffnung 13a, b eine Schlitzsteuerung realisiert ist.
In dem Kolben 9a, b ist eine zweite Kopplungsöffnung 17a, b angeordnet, welche sich auf der Außenzylinderfläche 16a, b öffnet. Die zweite Kopplungsöffnung 17a, b ist strömungstechnisch mit einem Auslasskanal 18a, b verbunden, welcher in den Abfluss 3a, b mündet. In der gezeigten Stellung ist die zweite Kopplungsöffnung 17a, b durch die Innenzylinderfläche 19a, b des Zylinders 6a, b verschlossen, sodass die Innenzylinderfläche 19a, b eine Steuerfläche für die zweite Kopplungsöffnung 17a, b bildet. Die zweite Kopplungsöffnung 17a, b kann analog zu der ersten Kopplungsöffnung 13a, b ausgebildet sein, so dass auf die obige Beschreibung verwiesen wird.
In der Zylinderwand des Zylinders 6a, b ist ein Überströmkanal 20a, b eingebracht, welcher beim Einfahren des Kolbens 9a, b in den Zylinder 6a, b mit einer ersten Öffnung deckungsgleich zu der zweiten Kopplungsöffnung 17a, b gebracht wird und mit einer zweiten Öffnung zu dem Verdichtungsraum 10a, b geöffnet ist, sodass bei Deckungsgleichheit der ersten Öffnung mit der zweiten Kopplungsöffnung 17a, b der Auslass 3a strömungstechnisch mit dem Verdichtungsraum 10a, b verbunden ist. Nebenbei sei angemerkt, dass statt eines Überströmkanals 20a, b auch eine Ausnehmung, z. B. eine Nut oder Halbrundnut, in die Zylinderwandung des Zylinders 6a, b eingebracht sein kann, um die gleiche technische Wirkung zu erreichen.
Wie beschrieben wird einer weitere Schlitzsteuerung über die zweite Kopplungsöffnung 17a, die Innenzylinderfläche 19a, b und den Überströmkanal 20a, b umgesetzt.
Im Betrieb erlaubt die erste Kopplungsöffnung 13a, b über den Einlasskanal 14a, b das Einströmen des Kältemittels in den mit Unterdruck beaufschlagten Verdichtungsraum 10a, b des Linearverdichters 1. Hierbei befindet sich der Zylinder 6a, b im oberen Totpunkt. Wenn der Zylinder 6a, b in den unteren Totpunkt gefahren wird, dann befindet sich die zweite Kopplungsöffnung 17a, b mit dem Überströmkanal 20a, b in der Zylinderwandung in Deckung, sodass ein Ausströmen aus dem dann mit Überdruck beaufschlagten Verdichtungsraum 10a, b des Linearverdichters 1 ermöglicht wird. Die Steuerzeiten werden über die Positionierung der ersten und zweiten Kopplungsöffnung 13a, b, 17a, b im Kolben 9a, b und im Zylinder 6a, b zueinander festgelegt oder durch die Positionierung der Kolbenstirnfläche des Kolbens 9a, b zu der ersten Kopplungsöffnung 13a, b bzw. zu dem Überströmkanal 20a, b festgelegt. Dadurch wird eine Ventilfunktion über eine Schlitzsteuerung umgesetzt.
Die 2 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung, wobei aus grafischen Gründen nur die Hälfte des Linearverdichters 1 dargestellt ist. Die zweite Hälfte des Linearverdichters 1 ist analog zu der Darstellung in der 1 mit den Modifikationen der 2 gedanklich zu ergänzen. Der Einlass des Kühlmittels ist analog wie in der 1 umgesetzt, sodass auf die dortige Beschreibung verwiesen wird.
Die Auslässe 3a sind jedoch strömungstechnisch abweichend mit dem Verdichtungsraum 10a verkoppelt, wie im Folgenden erläutert wird:
In dem Zylinder 9a sind weitere Kopplungsöffnungen 21a eingebracht, und zwar auf einer Innenfläche einer Ausnehmung in dem Kolben 9a, welche als eine zentrale Bohrung 22 ausgebildet ist, sodass die weiteren Kopplungsöffnungen 21a auf einer Innenzylinderfläche des Kolbens 9a sitzen. Die weiteren Kopplungsöffnungen 21a sind mit Auslasskanälen 18a verbunden, die wieder in den Auslässen 3a münden. Auch in Bezug auf die weiteren Kopplungsöffnungen 21a wird im Hinblick auf mögliche Varianten auf die Beschreibung der ersten Kopplungsöffnung 13a, b verwiesen.
In dem Zylinder 6a ist ein Einsetzteil 23 eingesetzt, welches starr mit dem Zylinder 6a gekoppelt ist und zwar, indem dieses an dem Zylinderboden des Zylinders 6a festgelegt ist. Das Einsetzteil 23 ist stiftartig ausgebildet und weist am freien Ende auf der dem Zylinderboden abgewandten Seite einen zylinderförmigen Endabschnitt auf, dessen Außenzylinderfläche die Steuerfläche für die weitere Kopplungsöffnung 21a bildet. Das Einsetzteil 23 weist einen koaxialen Kanal 24 auf, welcher mit radial verlaufenden Kanälen 25, 26 oder Bohrungen strömungstechnisch verbunden ist, wobei der Kanal 26 stets in den Verdichtungsraum 10a mündet und der Kanal 25 in der Bohrung 22 angeordnet ist.
Im Betrieb wird die durch die weitere Kopplungsöffnung 21a und das Einsetzteil 23 gebildete Schlitzsteuerung geschlossen, wenn die Steuerfläche die weitere Kopplungsöffnungen 21a abdeckt, und geöffnet, wenn der Kanal 25 deckungsgleich mit der weiteren Kopplungsöffnung 21a ist, sodass diese über den koaxialen Kanal 24 und den Kanal 26 strömungstechnisch mit dem Verdichtungsraum 10a verbunden ist.
Bezugszeichenliste

1: Linearverdichter
2a, b: Zufluss
3a, b: Abfluss
4: Stator
5: Oszillator
6a, b: Zylinder
7: Mittellinie
8: leer
9a, b: Kolben
10a, b: Verdichtungsraum
11: stationäre Spule
12a, b: bewegte Spulen
13a, b: erste Kopplungsöffnung
14a, b: Einlasskanal
15: Innenraum
16a, b: Außenzylinderfläche
17a, b: zweite Kopplungsöffnung
18a, b: Auslasskanal
19a, b: Innenzylinderfläche
20a, b: Überströmkanal
21: Kopplungsöffnung
22: Bohrung
23: Einsetzteil
24: koaxialer Kanal
25: radialer Kanal
26: radialer Kanal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008061205 A1 [0003, 0035]

Claims

Linearverdichter (1) zur Förderung eines Fluids für eine Kältemaschine mit einem Stator (4), mit einem Oszillator (5), wobei der Oszillator (5) in dem Stator (4) angeordnet ist und über eine Linearmotoreinrichtung in einer Oszillationsrichtung (O) oszillierend bewegt werden kann, mit zwei Pumpenabschnitten, wobei jeder Pumpenabschnitt einen Kolben (9a, b) und einen Zylinder (6a, b) als Pumpenpartner aufweist, welche angeordnet sind, einen Verdichtungsraum (10a, b) in dem Zylinder (6a, b) auszubilden und eine Hubrichtung zu definieren, wobei die Hubrichtung mit der Oszillationsrichtung (O) gleichgerichtet ist und der Oszillator (5) die Pumpenabschnitte antreibt, so dass die Verdichtungsräume (10a, b) durch die oszillierende Bewegung des Oszillators (5) in ihrem Volumen verändert werden, wobei jeder Verdichtungsraum (10a, b) mit einem Einlasskanal (14a, b) und einem Auslasskanal (18a, b) – zusammenfassend Strömungskanäle (14a, b; 18a, b) genannt – für das Fluid strömungstechnisch verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Pumpenpartner (6a, b; 9a, b) mindestens eine Kopplungsöffnung (13a, b; 17a, b; 21) aufweist, welche strömungstechnisch mit einem der Strömungskanäle (14a, b; 18a, b) verbunden ist, wobei die mindestens eine Kopplungsöffnung (13a, b; 17a, b; 21) durch eine Steuerfläche, welche starr mit dem anderen Pumpenpartner (9a, b; 6a, b) des gleichen Pumpenabschnitts gekoppelt ist, in Abhängigkeit der Relativposition in Hubrichtung (O) der Pumpenpartner zueinander geöffnet oder geschlossen ist und/oder dass der Linearverdichter (1) eine Schlitzsteuerung zur strömungstechnischen Verbindung der Strömungskanäle (14a, b; 18a, b) mit dem Verdichtungsraum (10a, b) aufweist.
Linearverdichter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillator (5) als ein Doppelzylinder mit den zwei Zylindern (6a, b) ausgebildet ist, wobei der Oszillator (5) als ein Anker der Linearmotoreinrchtung ausgebildet ist und/oder mindestens eine Spule (12a, b) der Linearmotoreinrichtung trägt.
Linearverdichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (4) als ein Doppelkolben mit den zwei Kolben (9a, b) und als Stator (4) der Linearmotoreinrichtung ausgebildet ist und/oder mindestens eine magnetfelderzeugende Einrichtung (11) der Linearmotoreinrichtung trägt.
Linearverdichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Kopplungsöffnungen (13a, b) in dem Zylinder (6a, b) ausgebildet ist und die Steuerfläche durch die Außenzylinderfläche (16a, b) des Kolbens (9a, b) des gleichen Pumpenabschnitts gebildet ist.
Linearverdichter (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsöffnung (13a, b) strömungstechnisch mit einem Einlasskanal (14a, b) als Strömungskanal verbunden ist, wobei der Einlasskanal (14a, b) in einem Innenraum (15) des Stators (4) mündet.
Linearverdichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Kopplungsöffnungen (17a, b) in dem Kolben (9a, b) ausgebildet ist, wobei die Steuerfläche auf der Innenzylinderfläche (19a, b) des Zylinders (6a, b) des gleichen Pumpenabschnitts angeordnet ist.
Linearverdichter (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Innenzylinderfläche (19a, b) eine Ausnehmung (20a, b) eingebracht ist, welche die Kopplungsöffnung (17a, b) in dem Kolben (9a, b) mit dem Verdichtungsraum (10a, b) strömungstechnisch verbinden kann.
Linearverdichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Kopplungsöffnungen (21) in einem Innenbereich (22) des Kolbens (9a, b) ausgebildet ist, wobei die Steuerfläche auf einem Einsetzteil (23) ausgebildet ist, welche starr mit dem Zylinder (6a, b) des gleichen Pumpenabschnitts angeordnet ist.
Linearverdichter (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Einsetzteil (23) Strömungsverbindungen (24, 25, 26) angeordnet sind, welche den Verdichtungsraum (10a, b) mit dem Innenbereich (22) des Kolbens (9a, b) strömungstechnisch koppeln.
Kältemaschine, gekennzeichnet durch einen Linearverdichter (1) nach einem der vorherigen Ansprüche.