DE102019121227A1

DE102019121227A1 - Linearkompressor oder Linearpumpe

Info

Publication number: DE102019121227A1
Application number: DE102019121227.8A
Authority: DE
Inventors: Ken Heinz
Original assignee: Duerr Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Duerr Technik GmbH and Co KG
Priority date: 2019-08-06
Filing date: 2019-08-06
Publication date: 2021-02-11

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Linearkompressor oder eine Linearpumpe, mit einer an einer Tragstruktur angeordneten Verdichtungs- oder Fördervorrichtung, einem Schwingkörper und einem Linearmotor, wobei der Linearmotor einen Läufer und einen Stator aufweist, der Stator gegenüber der Tragstruktur ortsfest angeordnet ist, die Verdichtungs- oder Fördervorrichtung mittels des Schwingkörpers antreibbar ist, der Schwingkörper über mindestens ein Federelement gegenüber der Tragstruktur so gehalten ist, dass der Schwingkörper entlang einer Längsachse beweglich ist, und der Läufer mit dem Schwingkörper so gekoppelt ist, dass der Schwingkörper mittels des Läufers entlang der Längsachse oszillierend antreibbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Stator bezogen auf die Längsachse des Schwingkörpers auf einer ersten Seite angeordnet ist und auf einer zweiten, der ersten Seite gegenüberliegenden, Seite ein Joch zur Führung eines Magnetfeldes angeordnet ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Linearkompressor oder eine Linearpumpe, mit einer an einer Tragstruktur angeordneten Verdichtungs- oder Fördervorrichtung, einem Schwingkörper und einem Linearmotor, wobei der Linearmotor einen Läufer und einen Stator aufweist, der Stator gegenüber der Tragstruktur ortsfest angeordnet ist, die Verdichtungs- oder Fördervorrichtung mittel des Schwingkörpers antreibbar ist, der Schwingkörper über mindestens ein Federelement gegenüber der Tragstruktur so gehalten ist, dass der Schwingkörper entlang einer Längsachse beweglich ist und der Läufer mit dem Schwingkörper so gekoppelt ist, dass der Schwingkörper entlang der Längsachse oszillierend antreibbar ist.
Beschreibung des Standes der Technik
Derartige Linearkompressoren oder Linearpumpen sind seit längerem bekannt und werden zur Förderung oder Verdichtung von Fluiden eingesetzt. Mit dem Begriff Linearkompressor oder Linearpumpe soll zum Ausdruck gebracht werden, dass der Kompressor oder die Pumpe von einem Linearantrieb angetrieben werden im Unterschied zu Kompressoren oder Pumpen, bei denen rotatorische Antriebe eingesetzt werden.
Bei der Verdichtungs- oder Fördervorrichtung kann es sich beispielsweise um eine Kolben-Zylinder-Anordnung handeln, wobei ein in dem Zylinder befindliches Fluid wie beispielsweise Luft über den oszillierenden Kolben verdichtet bzw. bewegt und über ein oder mehrere Ventile zu- und abgeführt wird. Der Schwingkörper wird üblicherweise mittels des Läufers mit einer Kraft beaufschlagt und gibt diese an die Verdichtungs- oder Fördervorrichtung weiter. Alternativ kann es sich bei der Fördervorrichtung auch um eine Membranpumpe ohne Kolben-Zylinder-Anordnung handeln.
Der Schwingkörper ist dabei so gelagert, dass dessen Bewegungen ausschließlich entlang der Längsachse erfolgen. Bewegungen senkrecht zur Längsachse sollen so weit als möglich unterbunden werden, da diese einen negativen Einfluss auf Führung und Verdichtung bzw. Förderung und auf die Übertragung der elektromagnetischen Kräfte haben.
Das Federelement spielt hierbei eine Rolle. Es dient zumindest teilweise der Lagerung des Schwingkörpers und ist in der Regel so ausgebildet und angeordnet, dass ausschließlich längsaxiale Bewegungen möglich und queraxiale Bewegungen weitgehend ausgeschlossen sind.
Es besteht bei dem oben skizzierten Aufbau die Notwendigkeit, zur Erzielung eines ausreichend hohen Wirkungsgrads das Magnetfeld, welches durch den Stator aufgebaut wird, das Magnetfeld möglichst weitgehend innerhalb magnetischer Leiter zu führen und Luftspalte so gering wie möglich zu halten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Linearkompressor oder eine Linearpumpe der eingangs genannten Art anzugeben, der einen einfachen und gleichzeitig kompakten Aufbau und der gleichzeitig einen hohen Wirkungsgrad aufweist.
Diese Aufgabe wird durch einen Linearkompressor oder eine Linearpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Der Linearkompressor oder die Linearpumpe weist eine an einer Tragstruktur angeordnete Verdichtungs- oder Fördervorrichtung, einen Schwingkörper und einen Linearmotor auf. Bei der Tragstruktur kann es sich beispielweise um einen selbsttragenden Gehäuseaufbau oder um eine von der äußeren Verkleidung unabhängige Tragkonstruktion handeln.
Der Linearmotor weist einen Läufer und einen Stator auf. Der Stator ist gegenüber der Tragstruktur ortsfest angeordnet, entsprechend bewegt sich der Läufer relativ zu dem Stator.
Die Verdichtungs- oder Fördervorrichtung ist mittels des Schwingkörpers antreibbar. Dabei ist der Schwingkörper über mindestens ein Federelement gegenüber der Tragstruktur so gehalten, dass der Schwingkörper entlang einer Längsachse beweglich ist und entsprechend mit der Verdichtungs- oder Fördervorrichtung zusammenarbeiten kann. Dazu ist der Läufer so mit dem Schwingkörper gekoppelt, dass der Schwingkörper mittels des Läufers entlang der Längsachse oszillierend antreibbar ist. Beispielsweise kann der Läufer mit dem Schwingkörper einteilig ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, Läufer und Schwingkörper nur mechanisch in geeigneter Weise zu Koppeln.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Stator bezogen auf die Längsachse des Schwingkörpers auf einer ersten Seite angeordnet ist und auf einer zweiten, der ersten Seite gegenüberliegenden, Seite ein Joch zur Führung eines Magnetfeldes angeordnet ist.
Das Joch kann mit der Tragstruktur verbunden sein. Auf diese Weise ist es von dem Läufer entkoppelt.
Die Erfinder haben erkannt, dass das Entkoppeln des Jochs von dem Läufer eine Reduzierung der Schwungmasse des Läufers bzw. des Schwingkörpers erlaubt und damit verbesserte Anlaufeigenschaften sowie ein verbessertes dynamisches Verhalten erzielt werden kann. Außerdem gleichen sich die auf den Läufer/Schwingkörper in unerwünschter Weise ausgeübten Kräfte durch die beidseitig der Längsachse anageordneten Teile des Stators bzw. Jochs zumindest teilweise aus, so dass insgesamt eine geringere Belastung auf die Lagerung des Schwingkörpers/Läufers entsteht.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Stator eine Spule zur Erzeugung eines Magnetfeldes aufweist. Dies ermöglicht eine dynamische Erzeugung und Steuerung des Magnetfeldes, welches mit dem Läufer und damit auch mit dem Schwingkörper wechselwirkt.
Entsprechend kann umgekehrt vorgesehen sein, dass der Läufer einen Permanentmagneten zur Erzeugung eines Magnetfeldes aufweist. Somit kann der Läufer und damit auch der Schwingkörper klein und kompakt aufgebaut sein und weist insbesondere keine Leitungen auf, die andernfalls bei der oszillierenden Bewegung mitgeführt werden müssten.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Federelement als Blattfeder ausgebildet ist. Alternativ kann das Federelement als Drahtfeder ausgebildet sein.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Joch als Blechlamellenpaket ausgebildet. Der Aufbau des Jochs mit zu einem Paket zusammengefassten Blechlamellen ermöglicht eine effiziente Führung des magnetischen Feldes innerhalb des Jochs.
Bei einer Ausführungsform erstreckt sich das Joch mit seiner Hauptausdehnung entlang der Längsachse. Die Bewegung des Läufers bzw. des Schwingkörpers erfolgt entsprechend ebenfalls entlang der Hauptausdehnung des Jochs und sorgt so für eine effiziente Führung des Magnetfelds während der oszillatorischen Bewegung des Läufers.
Bevorzugt ist der Schwingkörper einteilig mit dem Läufer ausgestaltet und weist eine in etwa quaderförmige Struktur auf. Für die Anbindung des einen oder der mehreren Federelemente können an den Stirnseiten des Quaders entsprechende Halterungen vorgesehen sein.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Schwingkörper und Stator ein erster Luftspalt sowie zwischen Schwingkörper und dem Joch ein zweiter Luftspalt ausgebildet sind. Bei einer quaderförmigen Grundstruktur des Schwingkörpers kann an den beiden Seitenflächen mit der größten Fläche jeweils ein Luftspalt zu dem Stator und zu dem Joch vorgesehen sein.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann der Schwingkörper entlang der Längsachse vor dem Stator ein erstes Federelement und nach dem Stator ein zweites Federelement aufweisen. Es ist also entlang der Längsachse jeweils außerhalb des Stators je ein Federelement vorgesehen. Dies ermöglicht eine ausreichend stabile Lagerung des Läufers bzw. des Stators und stellt bei entsprechender Auslegung der Federkraft die benötigten Rückstellkräfte zur Verfügung.
In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass das erste Federelement und das zweite Federelement zueinander symmetrisch angeordnet oder/und aufgebaut sind. Es können also eine symmetrische Anordnung der Federelemente, ein symmetrischer Aufbau der Federelemente oder beides zusammen vorgesehen sein. Eine derartige Symmetrie verringert das Auftreten von resultierenden Kräften, die einen negativen Einfluss auf den Luftspalt haben könnten.
Bei einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Schwingkörper zwischen Joch und Stator hindurch geführt ist, wobei jeweils zwischen Joch und Schwingkörper und zwischen Stator und Schwingkörper ein Luftspalt ausgebildet ist.
Bei einer Ausführungsform ist das Federelement als U-förmiges Blattfederelement mit einem ersten Schenkel und einem zweiten Schenkel ausgebildet, wobei der erste Schenkel mit der Tragstruktur und der zweite Schenkel mit dem Schwingkörper verbunden ist. Der Begriff U-förmig steht dabei stellvertretend für eine geometrische Ausformung, die sich zunächst in eine erste Richtung erstreckt und dann mittels einer Krümmung eine zweite andere Richtung einschlägt. Weitere funktional äquivalente Geometrien wären ein Kreis, ein Halb- oder Dreiviertelkreis oder eine C- oder V-förmige Ausformung. Der Begriff Schenkel soll in diesem Zusammenhang im Sinne einer Erstreckung in einer Richtung zu verstehen.
Diese Anordnung ermöglicht einerseits die Verwendung großer Radien, um die resultierenden Spannungen innerhalb des Blattfederelements niedrig zu halten. Andererseits ist es möglich, den für das Blattfederelement benötigten Bauraum klein zu halten.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der erste Schenkel bzw. die erste Erstreckung eine andere Federkonstante aufweist als der zweite Schenkel bzw. die zweite Erstreckung. Mit der Wahl zweier verschiedener Federkonstanten kann das mechanisch-räumliche Verhalten der Blattfeder derart gestaltet werden, dass sich mit einer Auslenkung des zweiten beweglichen Schenkels eine senkrecht zu der Längsachse ausgerichtete resultierende Kraft erzeugt wird, welche einer möglicherweise vorhandenen Kraft entgegengerichtet ist, welche sich aus einem möglicherweise ergebenden Kräfteungleichgewicht zwischen Stator und Joch ergibt.
Beispielsweise kann die Federkonstante des zweiten Schenkels das 1,1-fache oder mehr des ersten Schenkels betragen.
Bei einer Ausführungsform kann der erste Schenkel länger oder/und schmäler als der zweite Schenkel sein oder/und der erste Schenkel eine geringere Materialstärke als der zweite Schenkel aufweisen oder/und ein hinsichtlich seiner Federwirkung weicheres Material als der zweite Schenkel aufweisen.
Bei Ausführungsformen für die Realisierung unterschiedlicher Federkonstanten für den ersten und den zweiten Schenkel können verschiedene Parameter der beiden Schenkel variiert werden. Es kann beispielsweise der erste Schenkel länger als der zweite Schenkel ausgeführt sein. Auf diese Weise ergibt sich bei ansonsten gleicher Ausgestaltung der Schenkel eine höhere Federkonstante für den zweiten Schenkel. Durch diese Asymmetrie entsteht bei einer entsprechenden Anordnung des Blattfederelements eine resultierende Kraftkomponente in Richtung des elektromagnetischen Antriebs, welche die durch den Antrieb verursachte Kraftkomponente zumindest teilweise kompensiert. Eine weitere alternative oder zusätzliche Möglichkeit besteht in der Variation der Schenkelbreite, wobei hier auch die effektive Schenkelbreite hinzugerechnet werden soll. Es sollen also auch Ausnehmungen innerhalb eines Schenkels, unterschiedlich breite oder lange Ausnehmungen oder eine über die Länge des Schenkels sich verändernde Schenkelbreite als Variationen der Schenkelbreite im vorstehenden Sinne aufgefasst werden.
Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung der gewünschten Asymmetrie der beiden Schenkel kann eine für beide Schenkel unterschiedliche Materialstärke oder/und die Wahl verschiedener Materialien für die Schenkel sein. Dabei können die unterschiedlichen Materialien beispielsweise auch durch eine unterschiedliche Kombination zweier verschiedener Materialien realisiert werden. Beispielsweise kann auch der zweite Schenkel ein zweites zusätzliches Material aufweisen, das beispielsweise auf den Schenkel auflaminiert sein kann und so die Federkonstante des zweiten Schenkels erhöht.
Die vorgenannten Möglichkeiten zur Herstellung einer Asymmetrie bezüglich der Federkonstanten beider Schenkel können einzeln oder in beliebiger Kombination angewendet werden.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein erstes und ein zweites Blattfederelement vorgesehen sind, wobei das erste Blattfederelement symmetrisch zu dem zweiten Blattfederelement bezüglich einer Spiegelung entlang einer Schnittebene parallel zu der Längsachse oder/und symmetrisch bezüglich einer Punktspiegelung ist. Bevorzugt liegt die Längsachse in der Schnittebene. Mittels der spiegelbildlichen Anordnung zweier in sich asymmetrischer Blattfederelemente kann zum einen der Vorteil realisiert werden, dass sich eine resultierende Ausgleichskraftkomponente ergibt. Gleichzeitig können andere unerwünschte resultierende Kraftkomponenten durch die spiegelbildliche Symmetrie ausgeglichen oder zumindest deutlich reduziert werden.
Figurenliste
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

1 eine schematische Perspektivansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Linearkompressors;
2 eine Frontalansicht,
3 eine Rückansicht,
4 eine Seitenansicht,
5 eine Draufsicht,
6 eine Ansicht von unten,
7 eine schematische Perspektivansicht eines Schwingkörpers der Ausführungsform der 1,
8 eine schematische Perspektivansicht eines Stators der Ausführungsform der 1 und
9 eine schematische Seitenansicht der Ausführungsform der 1 mit weggelassenem Gehäuse und transparentem Schwingkörper.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die 1 bis 9 zeigen in verschiedenen Darstellungen eine Ausführungsform eines Linearkompressors 10. Der Linearkompressor 10 umfasst eine in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Gehäuse 12 ausgebildete Tragstruktur 11. Die Tragstruktur 11 ist selbsttragend ausgebildet und dazu ausgelegt, während des Betriebs entstehende Kräfte aufzunehmen. Das Gehäuse 12 ist in der gezeigten Ausführungsform als außenliegende Tragstruktur 11 ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine innenliegende Tragstruktur vorgesehen sein. Das Gehäuse 12 weist eine im Wesentlichen quaderförmige Grundform auf mit einer Hauptlängsachse, welche parallel zu der später noch zu beschreibenden Längsachse A verläuft. Alternativ kann das Gehäuse auch eine zylindrische oder anderweitig ausgebildete Grundform aufweisen. Eine mögliche Größenordnung für das Gehäuse 12 sind beispielsweise Abmessungen von 5 cm x 5 cm x 20 cm. Selbstverständlich sind auch größere oder kleinere Ausführungsformen möglich.
An dem in der 1 hinten befindlichen Ende des Gehäuses 12 ist eine Zylinder-Kolben-Anordnung 13 angebracht, die einen Zylinder 14 mit einem darin hin- und her beweglichen Kolben (nicht abgebildet) aufweist. Die Zylinder-Kolben-Anordnung 13 ist mit einem Schwingkörper 16 gekoppelt. Der Schwingkörper 16 ist Teil eines Linearmotors 20 und dazu ausgelegt, den Kolben der Zylinder-Kolben-Anordnung 13 anzutreiben. Die Zylinder-Kolben-Anordnung 13 kann beispielsweise als Kompressor (wie in diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen) oder auch als Pumpe ausgelegt sein und zum Fördern oder Verdichten von Flüssigkeiten oder Gasen dienen.
7 zeigt den Schwingkörper 16 als isoliertes Bauteil. 8 zeigt den mit dem Schwingkörper 16 zusammenwirkenden Stator 21 als isoliertes Bauteil, welches in der 8 zur besseren Darstellung ohne den Schwingkörper 16 dargestellt ist. 9 zeigt sowohl Stator 21 als auch Schwingkörper 16, wobei hier zur besseren Darstellung der Schwingkörper 16 transparent dargestellt und das Gehäuse 12 weggelassen sind.
Wie in den Figuren angedeutet ist der Schwingkörper 16 entlang einer Längsachse A hin- und her beweglich. Entsprechendes gilt für den nicht explizit dargestellten Kolben. Dabei erstreckt sich die Längsachse A entlang der Hauptlängsachse des Gehäuses 12 und auch entlang einer Hauptlängsachse des Schwingkörpers 16.
An dem Schwingkörper 16 sind magnetische Pole 24 eines Permanentmagneten vorgesehen. Die Pole 24 sind in der 8 isoliert dargestellt, sind aber eigentlich - wie in 7 erkennbar - in Aufnahmen 161, 162 des Schwingkörpers 16 angebracht. Somit bildet der Schwingkörper 16 einen Läufer 17 des Linearmotors 20. Neben dem bereits genannten Stator 21 und dem eben erläuterten Läufer 17 umfasst der Linearmotor 20 ein hier als Joch 23 bezeichnetes Bauteil.
Bezüglich der Längsachse A, entlang welcher der Schwingkörper 16 bzw. Läufer 17 bezüglich der Tragstruktur 11 beweglich ist, sind der Stator 21 und das Joch 23 bezüglich der Tragstruktur 11 feststehend und einander gegenüberliegend angeordnet: Der Stator 21 befindet sich auf einer Seite der Längsachse A, das Joch 23 gegenüberliegend auf der anderen Seite der Längsachse A. Diese Anordnung führt dazu, dass eventuell durch Stator 21 oder Joch 23 verursachte Kräfte bzw. Kraftkomponenten senkrecht zur Längsachse A weitgehend gegenseitig kompensiert werden.
Sowohl Stator 21 als auch Joch 23 sind als Blechpakete ausgebildet, die aus einzelnen gegeneinander isolierten Blechstreifen 25 aufgebaut sind. In der 8 sind Blechstreifen 25 lediglich für den Stator 21 dargestellt, das Joch 23 weist jedoch ähnliche Blechstreifen auf. Der Stator 21 weist ein oberes Blechpaket 211 mit einer darauf angeordneten Spule 22 auf, das Joch 23 ein unteres Blechpaket 231. Der Linearmotor 20 kann somit mittels der Spule 22 ein veränderliches Magnetfeld erzeugen, das mittels Stators 21 und Joch 23 geführt wird und den Läufer 17 bzw. Schwingkörper 16 antreiben kann.
Das obere Blechpaket 211 dient als Eisenkern der Spule 22. Das obere Blechpaket 211 ist hierfür in der Form des Buchstabens „E“ ausgebildet. Es sind dementsprechend drei Stege 271, 272, 273 vorhanden, welche sich von einer gemeinsamen Basis 29 aus - die im Wesentlichen parallel zu der Längsachse A ausgerichtet ist -in Richtung der Längsachse A erstrecken. Dabei bildet der mittlere Steg 272 den Spulenkern der Spule 22. Die äußeren Stege 271, 273 dienen zusammen mit der Basis 29 der Führung des von der Spule 22 erzeugten magnetischen Feldes.
Zwischen dem oberen Blechpaket 211 und dem Schwingkörper 16 bzw. insbesondere zwischen dem oberen Blechpaket 211 und den Permanentmagnet-Polen 24 bildet sich ein erster Luftspalt 28 aus. Des Weiteren ist zwischen dem Schwingkörper 16 bzw. dessen Permanentmagnet-Polen 24 ein zweiter Luftspalt 29 zu dem Joch 23 vorgesehen. Aufgrund der beiden Luftspalte 28, 29 kann sich der Schwingkörper 16 und damit der Läufer 17 relativ zu Joch 23 und Stator 21 entlang der Längsachse A bewegen.
Der Linearmotor 20 bringt mittels Stator 21 und Joch 23 eine elektromagnetische Kraft auf den Schwingkörper 16 bzw. den Läufer 17 auf. Während seiner Bewegung wird der Schwingkörper 16 an seinem vorderen und hinteren Ende jeweils mittels zwei Blattfederelementen 31, 32 bzw. 33, 34 gelagert. 2 zeigt besonders gut die Form der vorderen Blattfederelemente 31, 32, in 9 ist die jeweilige Position der Blattfederelemente 31-34 erkennbar.
Zur Verbesserung der Effizienz des Linearmotors 20 ist es von Vorteil, die Luftspalte 28, 29 während der Bewegung des Schwingkörpers 16 möglichst gleichmäßig und möglichst klein zu halten. Greifen allerdings an dem Schwingkörper 16 Kräfte an, welche eine Komponente senkrecht zur Längsachse A - insbesondere entlang einer gedachten Verbindungslinie zwischen Stator 21 und Joch 23 - aufweisen, sind diese Kräfte potentiell dazu geeignet, die Luftspalte 28, 29 in ihrer Größe zu verändern.
Um einer Verengung oder Vergrößerung der Luftspalte 28, 29 entgegenzuwirken, ist in dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel eine Anordnung aus Blattfederelementen 31-34 vorgesehen, welche eine Punktsymmetrie bezüglich einer Punktspiegelung an einem Punkt auf der Längsachse A aufweisen. Die Blattfederelemente selbst sind asymmetrisch geformt, d.h. das einzelne Blattfederelement 31-34 besitzt weder eine Achsensymmetrie bezüglich einer Spiegelung an einer Ebene durch die Längsachse A noch eine Punktsymmetrie bezüglich einer Punktspiegelung.
Wie in 2 dargestellt weist das Blattfederelement 31 einen ersten Schenkel 36, der eine Erstreckung entlang der Richtung B aufweist, einen zweiten Schenkel 38, der ebenfalls eine Erstreckung entlang der Richtung B aufweist sowie zugehörige erste und zweite Enden 311 bzw. 312 auf. Der erste Schenkel 36 und der zweite Schenkel 38 sind an einer Stelle 37 miteinander verbunden. An der Verbindungstelle 37 ist der Abstand des Blattfederelements 31 von der Längsachse A am größten.
Die Unterteilung des Blattfederelements 31 in einen ersten und einen zweiten Schenkel 36, 38 sowie einer Verbindungstelle 37 folgt dem Gedanken, dass die Anteile des Blattfederelements 31, welche sich von dem Gehäuse 12 - hier einer Fläche 122 - weg in Richtung des Schwingkörper 16 bzw. der Längsachse A und an diesem bzw. dieser vorbei bis zu der Stelle 37, an welcher der Abstand zur Längsachse A am größten ist, dem ersten Schenkel 36 zuzurechnen sind. Diese Teile des Blattfederelements 31 erzeugen bei einer Bewegung des Schwingkörpers 16 entlang der Längsachse A eine resultierende Kraft auf den Schwingkörper 16 welcher zumindest teilweise entlang der Richtung B wirkt. Entsprechend sind diejenigen Teile des Blattfederelements 31, welche sich von der Stelle 37 des größten Abstands zur Längsachse A wieder in Richtung der Längsachse A bzw. dem Schwingkörper 16 und gegebenenfalls an dieser bzw. diesem vorbei erstrecken, dem zweiten Schenkel 38 zuzurechnen. Da das Blattfederelement 31 einen asymmetrischen Aufbau besitzt, ergibt sich somit bei einer Auslenkung des Schwingkörpers 16 entlang der Längsachse A eine resultierende Kraft, welche eine Komponente in Richtung B aufweist.
Der erste Schenkel 36 ist an dem ersten Ende 311 mit dem Gehäuse 12 bzw. der Tragstruktur 11 verbunden. Der zweite Schenkel 38 ist an dem zweiten Ende 312 mit dem Schwingkörper 16 gekoppelt. Wie aus 2 gut zu ersehen ist, weist das Blattfederelement 31 prinzipiell eine Form wie der Buchstabe U auf, wobei in der dargestellten Ausführungsform der erste Schenkel 36 länger als der zweite Schenkel 38 ist. Hierdurch ergibt sich für eine Bewegung des zweiten Endes 312 des zweiten Schenkels 38 relativ zu dem ersten Ende 311 des ersten Schenkels 36 eine asymmetrische Grundform und damit unterschiedliche Federkonstanten für den ersten Schenkel 36 und den zweiten Schenkel 38.
Das Gehäuse 12 weist eine obere Fläche 121, eine untere Fläche 122 sowie angedeutete Seitenflächen 123, 124 auf. In der in den 1-9 gezeigten Ausführungsform ist das erste Blattfederelement 31 mit seinem ersten Ende 311 an einer Stelle am Gehäuse 12 befestigt, an der sich die untere Fläche 122 und die Seitenfläche 123 treffen. Der erste Schenkel 36 des Blattfederelements 31 erstreckt sich parallel zu der Seitenfläche 123 in Richtung der oberen Fläche 121. Der zweite Schenkel 38 erstreckt sich von der oberen Fläche 121 an der Längsachse A vorbei und besitzt damit etwa 80 % oder weniger der Länge des ersten Schenkels 36. Im Ergebnis ergibt sich für die Federkonstante des ersten Schenkels 36 das ungefähr 1,3-fache der Federkonstante des zweiten Schenkels 38.
Die beschriebene Asymmetrie des Blattfederelements 31 erlaubt einerseits besonders große Krümmungsradien zum Erreichen einer bestimmten (niedrigen) Gesamt-Federkonstante. Andererseits ergibt sich mit der beschriebenen Form des Blattfederelements 31 eine nicht zu vernachlässigende resultierende Kraft, welche bei einer Auslenkung des Schwingkörpers 16 aus seiner Ruhelage heraus auf diesen selbst durch das Blattfederelement 31 ausgeübt wird.
Zur Kompensation dieser resultierenden Kraft können verschiedene Maßnahmen ergriffen werden. Bei der in den 1-9 gezeigten Ausführungsform sind zwei Maßnahmen gezeigt, die alleine oder in Kombination angewendet werden können. Einerseits sieht die gezeigte Ausführungsform direkt an der Seite des Schwingkörpers 16, an welcher das Blattfederelement 31 angeordnet ist, das zweite Blattfederelement 32 vor. Das zweite Blattfederelement 32 ist identisch zu dem ersten Blattfederelement 31 geformt, aber bezüglich der Längsachse A um 180° gedreht. Somit ergibt sich hinsichtlich dieser Anordnung bereits eine direkte Kompensation der resultierenden Kraft in Richtung der Längsachse A des ersten Blattfederelements 31 durch das zweite Blattfederelement 32.
Gleichzeit ist in der in den 1-9 gezeigten Ausführungsform als weitere Maßnahme eine punktspiegelsymmetrische Anordnung des ersten und des zweiten Blattfederelements 31, 32 des einen vorderen Endes des Schwingkörpers 16 an dem anderen hinteren Ende des Schwingkörpers 16 in Form des dritten und des vierten Blattfederelements 33, 34 vorgesehen. Je nach Anforderungen an die Genauigkeit der Einhaltung der Luftspalte 28, 29 kann es auch vorgesehen sein, dass anstatt des zweiten Blattfederelements 32 an dem anderen vorderen Ende des Schwingkörpers 16 lediglich das vierte Blattfederelement 34 mit einer dem zweiten Blattfederelement 32 identischen Ausformung, aber um 180 ° gedreht verglichen mit ersten Blattfederelement 31 angeordnet ist. Somit würden bei einer solchen Ausführungsform die durch das eine (erste) Blattfederelement an einem Ende des Schwingkörpers 16 erzeugten queraxialen Kräfte, also Kräfte in Richtung B, durch Kräfte kompensiert werden, die ein anderes (das vierte) Blattfederelement erzeugt. Diese Kompensation kann für bestimmte Anwendungsfälle ausreichend sein.
Eine Kompensation der queraxialen Kräfte ergibt sich ebenfalls mittels der in den Figuren gezeigten Ausführungsform, bei der an jedem Ende des Schwingkörpers je ein Paar zueinander spiegelbildlich ausgebildeter und angeordneter Blattfederelemente 31, 32; 33, 34 vorgesehen ist.
Im Ergebnis führt der Schwingkörper 16 während seiner oszillierenden Bewegung eine nahezu rein axiale Bewegung entlang der Längsachse A aus.
Ein weiterer Vorteil der asymmetrischen Auslegung der einzelnen Blattfederelemente 31-34 besteht in der besseren Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Bauraums zur Maximierung der Krümmungsradien des Blattfederelements, was wiederum zu einer Verringerung der unerwünscht innerhalb des Blattfederelements 31-34 auftretenden mechanischen Spannung führt.

Claims

Linearkompressor (10) oder Linearpumpe, mit a) einer an einer Tragstruktur (11) angeordneten Verdichtungs- oder Fördervorrichtung (13), einem Schwingkörper (16) und einem Linearmotor (20), wobei b) der Linearmotor (20) einen Läufer (17) und einen Stator (21) aufweist, c) der Stator (21) gegenüber der Tragstruktur (11) ortsfest angeordnet ist, d) die Verdichtungs- oder Fördervorrichtung (13) mittels des Schwingkörpers (16) antreibbar ist, e) der Schwingkörper (16) über mindestens ein Federelement (31-34) gegenüber der Tragstruktur (11) so gehalten ist, dass der Schwingkörper (16) entlang einer Längsachse (A) beweglich ist, und f) der Läufer (17) mit dem Schwingkörper (16) so gekoppelt ist, dass der Schwingkörper (16) mittels des Läufers (17) entlang der Längsachse (A) oszillierend antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass g) der Stator (21) bezogen auf die Längsachse (A) des Schwingkörpers (16) auf einer ersten Seite angeordnet ist und h) auf einer zweiten, der ersten Seite gegenüberliegenden, Seite ein Joch (23) zur Führung eines Magnetfeldes angeordnet ist.
Linearkompressor oder Linearpumpe nach Anspruch 1, wobei der Stator (21) eine Spule (22) zur Erzeugung eines Magnetfeldes aufweist.
Linearkompressor oder Linearpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Läufer (17) einen Permanentmagneten (24) zur Erzeugung eines Magnetfeldes aufweist.
Linearkompressor oder Linearpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Federelement als Drahtfeder oder als Blattfeder (31-34) ausgebildet ist.
Linearkompressor oder Linearpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Joch (23) als Blechlamellenpaket (231) ausgebildet ist.
Linearkompressor oder Linearpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich das Joch (23) mit seiner Hauptausdehnung entlang der Längsachse (A) erstreckt.
Linearkompressor oder Linearpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schwingkörper (16) einteilig mit dem Läufer (17) ausgebildet ist und eine quaderförmige Grundstruktur aufweist.
Linearkompressor oder Linearpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Schwingkörper (16) und Stator (21) ein erster Luftspalt (28) sowie zwischen Schwingkörper (16) und dem Joch (23) ein zweiter Luftspalt (29) ausgebildet sind.
Linearkompressor oder Linearpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schwingkörper (16) entlang der Längsachse (A) vor dem Stator (21) ein erstes Federelement (31, 32) und nach dem Stator ein zweites Federelement (33, 34) aufweist.
Linearkompressor oder Linearpumpe nach Anspruch 9, wobei das erste Federelement (31) und das zweite Federelement (34) zueinander symmetrisch angeordnet und/oder aufgebaut sind.
Linearkompressor oder Linearpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schwingkörper (16) zwischen Joch (23) und Stator (21) hindurch geführt ist, wobei jeweils zwischen Joch (23) und Schwingkörper (16) und zwischen Stator (41) und Schwingkörper (16) ein Luftspalt (28, 29) ausgebildet ist.
Linearkompressor oder Linearpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Federelement als U-förmiges Blattfederelement (31-34) mit einem ersten Schenkel (36) und einem zweiten Schenkel (38) ausbildet ist, wobei der erste Schenkel (36) mit dem Tragstruktur (12) und der zweite Schenkel (38) mit dem Schwingkörper (16) verbunden ist.
Linearkompressor oder Linearpumpe nach Anspruch 12, wobei der erste Schenkel (36) eine andere Federkonstante aufweist als der zweite Schenkel (38).
Linearkompressor oder Linearpumpe nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei der erste Schenkel (36) länger oder/und schmäler als der zweite Schenkel (38) ist oder/und wobei der erste Schenkel eine geringere Materialstärke als der zweite Schenkel (38) oder ein hinsichtlich seiner Federwirkung weicheres Material als der zweite Schenkel (38) aufweist.
Linearkompressor oder Linearpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein erstes Federelement (31, 33) und ein zweites Federelement (32, 34) vorgesehen sind, wobei das erste Federelement (31, 33) symmetrisch zu dem zweiten Federelement (32, 34) bezüglich einer Spiegelung entlang einer Schnittebene parallel zu der Längsachse (A) oder/und symmetrisch bezüglich einer Punktspiegelung ist.