DE102013213380A1 - Linear compressor for a household appliance and household refrigeration appliance - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Linearverdichter (16) für ein Haushaltsgerät (10), mit einem in Längsrichtung (20) eines Zylinders (22) zwischen einer oberen und unteren Totpunktlage bewegbaren Kolben (24), dessen Kolbenaußenfläche (26) unter Ausbildung eines Gasdrucklagers in radialer Richtung (28) des Zylinders (22) berührungslos gegenüber einer korrespondierenden Zylinderinnenfläche (30) lagerbar ist, wobei die Kolbenaußenfläche (26) und die Zylinderinnenfläche (30) zumindest in einem jeweils vorgegebenen Bereich (40, 42) eine martensitische Gefügestruktur aufweisen. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Haushaltskältegerät (10) mit einem Kältekreislauf (14) und einem Verdichter (16).The invention relates to a linear compressor (16) for a domestic appliance (10), having a piston (24) which can be moved between an upper and lower dead center position in the longitudinal direction (20) of a cylinder (22), the piston outer surface (26) of which forms a radial gas pressure bearing Direction (28) of the cylinder (22) contactless with respect to a corresponding cylinder inner surface (30) is storable, wherein the piston outer surface (26) and the cylinder inner surface (30) at least in a respective predetermined region (40, 42) have a martensitic microstructure. Furthermore, the invention relates to a household refrigeration appliance (10) with a refrigeration circuit (14) and a compressor (16).
Description
Die Erfindung betrifft einen Linearverdichter und ein Haushaltskältegerät der in den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche angegebenen Art. The invention relates to a linear compressor and a household refrigerator specified in the preamble of the independent claims Art.
Die
Kältekreislaufbedingt wird dabei vom Linearverdichter Gas aus einer Niederdruckseite des Kältekreislaufs angesaugt und in eine Hochdruckseite des Kältekreislaufs gepumpt. Das im Linearverdichter eingesetzte Gasdrucklager wird normalerweise aus der Hochdruckseite des Kältekreislaufs versorgt, um eine Berührung zwischen dem Kolben und dem Zylinder zu verhindern. Wenn der Linearverdichter nach einer Stillstandsphase eingeschaltet wird, ist der Druck auf der Hochdruckseite und auf der Niederdruckseite üblicherweise ausgeglichen. Das Gasdrucklager kann daher nicht entsprechend ausgebildet werden und die Kolbenaußenfläche hat in den ersten Sekunden nach dem Start des Linearverdichters Kontakt mit der korrespondierenden Zylinderinnenfläche. Due to the refrigeration cycle, gas is sucked from a low-pressure side of the refrigeration circuit by the linear compressor and pumped into a high-pressure side of the refrigeration circuit. The gas pressure bearing used in the linear compressor is normally supplied from the high pressure side of the refrigeration cycle to prevent contact between the piston and the cylinder. When the linear compressor is switched on after a standstill phase, the pressure on the high pressure side and on the low pressure side is usually balanced. The gas pressure bearing can therefore not be designed accordingly and the piston outer surface has contact with the corresponding cylinder inner surface in the first seconds after the start of the linear compressor.
Dadurch kann es über der Lebensdauer des Linearverdichters zu einem erheblichen Verschleiß an der Kolbenaußenfläche und an der korrespondierenden Zylinderinnenfläche kommen. Die dadurch entstehenden Verschleißpartikel können entsprechende Gasdrucklagerdüsen, die den Kolben bei ausreichendem Druck auf der Hochdruckseite berührungslos gegenüber dem Zylinder lagern, verstopfen. Dadurch kann die Funktion des Gasdrucklagers verloren gehen und es kann im schlimmsten Fall zu einem Kolbenfresser kommen. As a result, over the life of the linear compressor considerable wear can occur on the piston outer surface and on the corresponding cylinder inner surface. The resulting wear particles can clog corresponding gas pressure bearing nozzles, which support the piston with sufficient pressure on the high pressure side without contact with respect to the cylinder. As a result, the function of the gas pressure bearing can be lost and it can come in the worst case to a piston seizure.
Die
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Linearverdichter und ein Haushaltskältegerät der eingangs genannten Art bereitzustellen, mittels welchen auf verbesserte Weise die Lebensdauer eines Linearverdichters erhöht und dessen Funktionsfähigkeit sichergestellt werden kann.It is the object of the present invention to provide a linear compressor and a household refrigerator of the type mentioned, by means of which improved in an improved way the life of a linear compressor and its functioning can be ensured.
Diese Aufgabe wird durch einen Linearverdichter sowie durch ein Haushaltskältegerät mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a linear compressor and by a household refrigerator with the features of the independent claims. Advantageous embodiments with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the dependent claims.
Der erfindungsgemäße Linearverdichter für ein Haushaltsgerät umfasst einen in Längsrichtung eines Zylinders zwischen einer oberen und unteren Totpunktlage bewegbaren Kolben, dessen Kolbenaußenfläche unter Ausbildung eines Gasdrucklagers in radialer Richtung des Zylinders berührungslos gegenüber einer korrespondierenden Zylinderinnenfläche lagerbar ist. Zur verbesserten Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit des Linearverdichters und zur Erhöhung der Lebensdauer des Linearverdichters ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Kolbenaußenfläche und die Zylinderinnenfläche zumindest in einem jeweils vorgegebenen Bereich eine martensitische Gefügestruktur aufweisen. Mit anderen Worten sind die Kolbenaußenfläche und die Zylinderinnenfläche zumindest in dem jeweils vorgegebenen Bereich aus einem martensitischen Stahl ausgebildet. The linear compressor according to the invention for a domestic appliance comprises a piston which can be moved between an upper and lower dead center position in the longitudinal direction of a cylinder, the piston outer surface of which can be mounted in contact with a corresponding cylinder inner surface in a contactless manner with the formation of a gas pressure bearing in the radial direction of the cylinder. For improved maintenance of the operability of the linear compressor and to increase the life of the linear compressor, it is inventively provided that the piston outer surface and the cylinder inner surface have a martensitic microstructure at least in a respective predetermined area. In other words, the piston outer surface and the cylinder inner surface are formed of a martensitic steel at least in the respective predetermined region.
Dadurch weisen entsprechende Deckschichten der Kolbenaußenfläche und der Zylinderinnenfläche in dem zumindest einen jeweils vorgegebenen Bereich keine poröse Zone auf, stattdessen wird an der Oberfläche der jeweils vorgegebenen Bereiche eine besonders verschleißharte und zähe Schicht bereitgestellt. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird eine ausreichende Verschleißfestigkeit an den Oberflächen der jeweils vorgegebenen Bereiche erzielt, so dass die zuverlässige Ausbildung des Gasdrucklagers über der Lebensdauer des Linearverdichters gewährleistet werden kann. Ferner wird durch die erfindungsgemäße Lösung ein Abrieb an der Kolbenaußenfläche und der Zylinderinnenfläche weitestgehend vermieden, so dass im Wesentlichen keine Verschleißpartikel mehr entstehen. Eine eventuelle Verstopfung von entsprechenden Gasdrucklagerdüsen, die zur Ausbildung des Gasdrucklagers dienen, wird dadurch sicher vermieden.As a result, corresponding cover layers of the piston outer surface and the cylinder inner surface in the at least one respective predetermined region no porous zone, instead, a particularly hard-wearing and tough layer is provided on the surface of each predetermined areas. By the solution according to the invention a sufficient wear resistance is achieved on the surfaces of the respective predetermined areas, so that the reliable design of the gas pressure bearing over the life of the linear compressor can be ensured. Furthermore, abrasion on the piston outer surface and the cylinder inner surface is largely avoided by the inventive solution, so that substantially no more wear particles. A possible blockage of corresponding gas pressure bearing nozzles, which serve to form the gas pressure bearing, is thereby reliably avoided.
Des Weiteren ist es auch möglich, den erfindungsgemäßen Linearverdichter auch in anderen Anwendungen als in Haushaltsgeräten einzusetzen, insbesondere überall dort, wo ebenfalls selbstversorgende Gasdrucklager oder dynamische Lagerungen, wie beispielsweise bei Turbinen, eingesetzt werden. Zum Beispiel kann der erfindungsgemäße Linearverdichter in entsprechenden Vorrichtungen der Luft- und -Raumfahrt-Industrie und in Anlagen zur Energieerzeugung eingesetzt werden. Furthermore, it is also possible to use the linear compressor according to the invention in other applications than in household appliances, in particular wherever as well self-powered gas pressure bearing or dynamic bearings, such as turbines, are used. For example, the linear compressor according to the invention can be used in corresponding devices of the aerospace industry and in plants for power generation.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Kolbenaußenfläche und die Zylinderinnenfläche jeweils dort einen einzigen der vorgegebenen Bereiche umfassen, wo eine Berührung der Kolbenaußenfläche mit der Zylinderinnenfläche möglich ist, wenn kein Gasdrucklager ausgebildet ist oder das Gasdrucklager einen vorbestimmten Druckschwellwert unterschritten hat. Somit werden die jeweils vorgegebenen Bereiche mit der martensitischen Gefügestruktur nur dort ausgebildet, wo überhaupt die Gefahr besteht, dass bei einer nicht ausreichenden Druckversorgung des Linearverdichters eine Berührung der Kolbenaußenfläche mit der Zylinderinnenfläche überhaupt möglich ist. Eine aufwändige Komplettbearbeitung der Kolbenaußenfläche und der Zylinderinnenfläche kann dadurch eingespart werden, was sich positiv auf die Herstellkosten der jeweiligen Komponenten auswirkt.In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the piston outer surface and the cylinder inner surface each include a single of the predetermined areas where a contact of the piston outer surface with the cylinder inner surface is possible if no gas pressure bearing is formed or the gas pressure bearing has fallen below a predetermined pressure threshold. Thus, the respective predetermined areas are formed with the martensitic microstructure only where there is a risk that at an insufficient pressure supply of the linear compressor, a contact of the piston outer surface with the cylinder inner surface is even possible. A complex complete machining of the piston outer surface and the cylinder inner surface can be saved, which has a positive effect on the manufacturing costs of the respective components.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Zylinder eine Buchse umfasst, welche die Zylinderinnenfläche aufweist. Somit muss der entsprechend vorgegebene Bereich mit der martensitischen Gefügestruktur am Zylinder auch nur an der Buchse ausgebildet werden, wodurch die Herstellung des Zylinders erheblich erleichtert werden kann, da eine entsprechende Oberflächenbehandlung nur an der Buchse und nicht an dem gesamten Zylinder vorgenommen werden muss.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the cylinder comprises a bush, which has the cylinder inner surface. Thus, the corresponding predetermined range with the martensitic microstructure on the cylinder must also be formed only on the socket, whereby the production of the cylinder can be considerably facilitated because a corresponding surface treatment must be made only on the socket and not on the entire cylinder.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die jeweils vorgegebenen Bereiche aus einem Stahl mit der Legierung X15T.N ausgebildet sind. Dadurch wird eine besonders abriebfeste und verschleißarme Oberfläche an den jeweils vorgegebenen Bereichen bereitgestellt. In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the respective predetermined areas are formed of a steel with the alloy X15T.N. As a result, a particularly abrasion-resistant and low-wear surface is provided at the respective predetermined areas.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Gefügestrukturen der jeweils vorgegebenen Bereiche homogen verteilte, kugelförmige Carbide umfassen. Dadurch wird eine besonders hohe Verschleißfestigkeit der jeweils vorgegebenen Bereiche erzielt. Unter kugelförmig ist dabei zu verstehen, dass die Carbide im Wesentlichen kugelförmig ausgebildet sind, also innerhalb der üblichen Herstelltoleranzen eine maximale Abweichung von einer theoretisch optimalen Kugelform im Bereich von circa maximal 10 bis 15 % aufweisen.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the microstructures of the respective predetermined regions comprise homogeneously distributed, spherical carbides. As a result, a particularly high wear resistance of the respective predetermined ranges is achieved. The term "spherical" is to be understood as meaning that the carbides have a substantially spherical shape, that is to say they have a maximum deviation from a theoretically optimum spherical shape in the range of approximately 10 to 15% within the usual manufacturing tolerances.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Carbide einen Durchmesser von 1 bis 2 µm aufweisen. Dadurch wird eine besonders feine Gefügestruktur in Form feinstverteilter Rund-Carbide ermöglicht, wodurch die Verschleißfestigkeit der vorgegebenen Bereiche nochmals verbessert wird.A further advantageous embodiment of the invention provides that the carbides have a diameter of 1 to 2 microns. As a result, a particularly fine microstructure in the form of very finely divided round carbides is made possible, whereby the wear resistance of the predetermined areas is further improved.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die jeweils vorgegebenen Bereiche vergütet, randschichtgehärtet und/oder pressgehärtet sind. Durch eine entsprechende Einstellung jeweiliger Prozessparameter und Überwachung dieser eingestellten Prozessparameter kann eine entsprechende Deckschicht in den jeweils vorgegebenen Bereichen ausgebildet werden, welche im Wesentlichen keine poröse Oberfläche aufweist, wodurch an den jeweiligen Oberflächen die gewünschte verschleißharte und zähe Schicht ausgebildet werden kann. Des Weiteren kann durch das Vergüten, Randschichthärten und/oder Presshärten die entsprechende Gefügestruktur auf besonders einfache Weise ausgebildet werden.According to a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the respective predetermined areas are tempered, surface hardened and / or press-hardened. By a corresponding adjustment of respective process parameters and monitoring of these set process parameters, a corresponding cover layer can be formed in the respective predetermined areas, which essentially has no porous surface, whereby the desired wear-resistant and tough layer can be formed on the respective surfaces. Furthermore, the corresponding microstructure can be formed in a particularly simple manner by tempering, surface hardening and / or press hardening.
Das erfindungsgemäße Haushaltskältegerät mit einem Kältekreislauf und einem Verdichter zeichnet sich dadurch aus, dass der Verdichter als der erfindungsgemäße Linearverdichter oder als eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Linearverdichters ausgebildet ist.The domestic refrigerator according to the invention with a refrigeration cycle and a compressor is characterized in that the compressor is designed as the linear compressor according to the invention or as an advantageous embodiment of the linear compressor according to the invention.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawings. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to schematic drawings. Show it:
In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.
Ein Haushaltskältegerät
Das Haushaltskältegerät
Der Linearverdichter
Anhand der
Im vorliegend gezeigten Fall umfasst der Zylinder
Die Kolbenaußenfläche
Im vorliegend gezeigten Fall ist der vorgegebene Bereich
Durch die jeweils vorgegebenen Bereiche
Die jeweils vorgegebenen Bereiche
Durch das Vorsehen der vorgegebenen Bereiche
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Haushaltskältegerät Household refrigerator
- 1212
- Innenraum inner space
- 1414
- Kältekreislauf Refrigeration circuit
- 1616
- Linearverdichter linear compressor
- 1818
- Maschinenraum engine room
- 20 20
- Längsrichtung longitudinal direction
- 2222
- Zylinder cylinder
- 2424
- Kolben piston
- 2626
- Kolbenaußenfläche Outer piston surface
- 2828
- Radiale Richtung Radial direction
- 3030
- Zylinderinnenfläche Cylinder inner surface
- 3232
- Buchse Rifle
- 3434
- Bohrung drilling
- 3636
- Hohlraum cavity
- 3838
- Arbeitskammer working chamber
- 4040
- Vorgegebener Bereich Specified area
- 4242
- Vorgegebener Bereich Specified area
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: BSH HAUSGERAETE GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: BSH BOSCH UND SIEMENS HAUSGERAETE GMBH, 81739 MUENCHEN, DE Effective date: 20150413 Owner name: WHIRLPOOL S.A., BR Free format text: FORMER OWNER: BSH BOSCH UND SIEMENS HAUSGERAETE GMBH, 81739 MUENCHEN, DE Effective date: 20150413 |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: WHIRLPOOL S.A., BR Free format text: FORMER OWNER: BSH HAUSGERAETE GMBH, 81739 MUENCHEN, DE |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |