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Kältemittelverdichter Die Erfindung geht aus von jenen vorbekannten
Kältemittelverdichtern mit für jeden Kolben. vorgesehenem elektromagnetischem Antrieb,
der seinerseits aus mindestens einem netzgespeisten Elektromagnet für die Bildung
eines Magnetkreises und aus einem polarisierten, an einem elastischen Trageorga.n
schwingend aufgehängten, in seiner Eigenfrequenz abstimmbaren und im Luftspalt des
Magnetkreises schwingenden Anker besteht, in den, der Kolben des Verdichters angeschlossen
ist.
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Bei den vorbekannten Kältemittelverdichtern dieser Art sind die als
Blattfedern ausgebildeten elastischen Tragorgane der polarisierten Anker, hinsichtlich
ihrer Federungseigenschaft so ausgelegt, daß die beweglichen Teile eine geeignete,
etwas unterhalb der des speisenden. Netzstroms liegende Frequenz haben. Diese Geräte
haben den Vorteil einer Selbstregelung, weil, sobald der Gegendruck des Druckmediums
ansteigt (wie es im Falle der Kühlmaschinen bei steigender Umgebungstemperatur hinsichtlich
des Drucks im Kondensator zutrifft), die auf die elektrischen Teile wirkenden Federkräfte
ebenfalls anwachsen. Dies hat zur Folge, daß das Gerät näher bei der Resonanz arbeitet
und infolgedessen mit einem bei zunehmender Leistung steigenden Wirkungsgrad.
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Die polarisierten Anker werden bei den vorbekannten Geräten deshalb
verwendet, um die Frequenz der beweglichen Teile des Verdichters auf die Hälfte
der Netzfrequenz herabzusetzen, was bei Kolbenmaschinen deshalb wichtig ist, weil
dann eine gute Füllung der Kompressionsräume bei geringerer Eintrittsgeschwindigkeit
des Druckmediums und gleichbleibendem Kolbenhub erreicht wird.
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Beim Bau solcher Geräte wird man darauf achten, daß die zu bewegenden
Massen nicht zu groß werden, aber man wird andererseits und umgekehrt berücksichtigen,
daß die Abmessungen bestimmter Organe und besonders der Kolben nicht zu klein sein
können, damit ihre Lebensdauer für das wartungslose Funktionieren der Kühlgeräte
ausreicht, die manchmal über mehrere Jahrzehnte reicht.
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Diese Probleme hat man bei den bekannten Geräten nur dadurch zu lösen
gewußt, daß in ihnen jeweils zwei Systeme von beweglichen Teilen vorgesehen sind,
die von zwei schwingenden Federn getragen werden und gegeneinander wirken und in
zwei miteinander fluchtenden Zylindern gegeneinander bewegte Kolben antreiben. Bei
dieser Zwillingsanordnung ergibt sich aber dennoch für Kühlgeräte kleiner Leistung
(z. B. für Kühlräume von 60 bis 1501) eine zu große Leistung des Verdichters, dessen
Herstellungspreis nicht im rechten Verhältnis zu dem des Enderzeugnisses steht,
weil der Verdichter jeweils nur für sehr kurze Arbeitsperioden in Betrieb ist. Die
Erfindung hilft auch diesem Mangel ab, und zwar dadurch, daß der magnetische Kreis
über zwei zum Anker symmetrisch angeordnete Jochstücke mit Erregerspule und festem
Polstück und über die für diese Jochstücke gemeinsame, aus ferromagnetischem Stoff
bestehende Grundplatte geschlossen ist, die gleichzeitig Träger des elastischen
Tragorgans eines einzigen Ankers und eines einzigen Zylinderblocks des Verdichters
ist.
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Dieser Lösung beim Bau eines Verdichters stand an sich das Vorurteil
entgegen, daß de.r bisher bei der Zwillingsanordnung durch das Gegeneinanderwirken
der beiden beweglichen Systeme erzielte Ausgleich nicht mehr möglich ist und das
System des Magnetkreises und die Zylinder nicht mehr während des Kolbenhubes stillgehalten
werden können. Auch glaubte man, den guten elektromagnetischen Wirkungsgrad der
bekannten Geräte nur dadurch zu erreichen, daß die beiden beweglichen Systeme einen
gemeinsamen Kraftlinienkreis des Wechselmagnetfeldes haben.
Es hat
sich aber gezeigt, daß bei der durch, die Erfindung vorgesehenen Art der mechanischen
Verbindung zwischen den festen Verdichterteilen einerseits und dem beweglichen System
andererseits die festen Teile mit derselben Frequenz schwingen wie das bewegliche
System, jedoch mit entgegengesetzter Phase. Da aber andererseits die Masse der festen
Verdichterteile im Verhältnis zur der des schwingenden Systems sehr groß ist, ergibt
sich eine sehr kleine und praktisch vernachlässigbare Schwingungsamplitude für diese
festen Teile.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielshalber erläutert.
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Fig. 1 ist ein Längsschnitt des erfindungsgemäßen Verdichters; Fig.
2 ist eine längs der Linie I-I der Fig. 1 gesehene Seitenansicht; Fig. 3 ist ein
Querschnitt längs der Linie III-III der Fig. 1; Fig.4 ist ein der Fig. 1 entsprechender
Schnitt einer Ausführungsabwandlung; Fig. 5 ist ein der Fig. 4 entsprechender, aber
um 90° gedrehter Schnitt; Fig. 6 ist ein Fig. 4 und 5 entsprechender Grundriß, wobei
der linke Abschnitt eines der Verdichterteile geschnitten ist; Fig. 7 ist ein Schnitt
längs der Linie VII-VII der Fig. 6 in größerem Maßstab; Fig.8 ist eine teilweise
geschnittene Ansicht in größerem Maßstab, welche eine andere Ausführung des Magnetkreises
des Verdichters der vorhergehenden Figuren zeigt.
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Der in der Zeichnung dargestellte Verdichter ist vollständig in ein
dichtes Gehäuse 1 eingeschlossen, welches durch eine Platte 2 begrenzt wird, auf
deren einer Seite mit Hilfe von Schrauben, und Muttern 3 eine Schale 4 befestigt
ist, welche z. B. die dargestellte Form haben kann.
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Die so gebildete Glocke ist mit einem rahmenförmigen Gestell 5 mit
Hilfe von Federn 6 oder anderen geeigneten elastischen Gliedern verbunden, welche
die Schwingungen dämpfen sollen, denen. die Glocke während des Arbeitens des Verdichters
ausgesetzt ist, damit diese Schwingungen nicht z. B. auf den Kälteapparat übertragen
werden, in welchen der Verdichter eingebaut ist.
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Die Platte 2, welche den gesamten Verdichter hält, trägt an ihrem
oberen Teil einen Ständer 7, an dessen Ende z. B. mit Schrauben und Muttern: 8 eine
biegsame Lamelle 9 befestigt ist, deren unteres Ende einen vorzugsweise aus einem
elektrisch leitenden, aber unmagnetischen Metall bestehenden Teil 10 trägt, in welchen
zwei Dauermagnete 11 und 12 eingelassen sind, welche so angeordnet sind, daß ihre
Polaritäten einander entgegengesetzt sind. Diese Polaritäten können z. B. die in
Fig. 3 dargestellten sein, in welcher die Buchstaben N die Nordpole und die Buchstaben
S die Südpole bezeichnen.
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Der Teil 10, welcher die Magnete 11, 12 hält und einhüllt, von denen
nur die Polschuhe sichtbar sind, bildet an seinem unteren Teil eine Lasche 13, an
welcher ein Verbindungsglied 14 befestigt ist, welches diese Lasche mit einem biegsamen
Stab 15 verbindet, z. B. einer Klavierseite, deren freies Ende an einem Kolben 16
befestigt ist, welcher mit einer schalenförmigen Stulpe aus einem nachgiebigen Werkstoff
versehen ist, damit diese Stulpe in der nachstehend beschriebenen Weise verformt
werden kann.
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Der Kolben 16 ist in einem Zylinder 17 verschieblich, dessen Kopfteil
18 mit Hilfe von Schrauben 19 an dem unteren Teil der Platte 2 befestigt ist, welche
eine Ausnehmung 20 aufweist, in: welche das von dem Kolben 16 verdichtete Strömungsmittel
gefördert wird, nachdem es die nachgiebigen Ränder eines Ventils 21 verformt hat,
welches den Zylinder 17 vollständig abschließt. Dieses Ventil wird durch eine gelochte
Platte 22 gehalten, welche vorzugsweise starr ist, damit das verdichtete Strömungsmittel
niemals das Ventil 21 verstellt, sondern nur seine nachgiebigen Umfangsränder verformt.
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Der Zylinder 17 besitzt an seinem vorderen Teil einen kegelstumpfförmigen
Abschnitt 23, damit das im Innern des Zylinders zu verdichtende Strömungsmittel
in diesen eintreten kann, wenn sich der Kolben 16 in der Nähe seines äußeren Totpunkts
befindet.
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Der Teil 10 hält ferner mit Hilfe eines Stiftes 24 Abgleichgewichte
25, welche der durch die elastische Lamelle 9, den Teil 10, die Magnete 11, 12,
den: Kolben 16 und seine Verbindungsteile gebildeten beweglichen Anordnung eine
bestimmte Eigenfrequenz geben sollen.
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26 und 27 (Fig. 1 und 3) bezeichnen zwei gleiche Teile aus Magnetblechen,
welche so aufgestapelt sind, daß sie zwei gleiche Pakete bilden, welche mit Hilfe
von Schrauben 28 (Fig. 3) an der Platte 2 befestigt sind.
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Die Teile 26, 27 bilden Magnetkerne 29, auf welche Spulen 30 und 31
aufgeschoben sind, deren Wicklungen in. Reihe geschaltet sind und mit einem Wechselstrom
fester Frequenz gespeist werden.
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Die Breite der Polschuhe der Magnetkerne 29 ist so gewählt, daß sie
etwas größer als der Zwischenraum zwischen den beiden Dauermagrnet.en@ 11, 12 ist,
damit die aus diesen kommenden Kraftlinien sich über diese Polschuhe schließen können,
wenn sich die Vorrichtung in der in der Zeichnung dargestellten Stellung in der
Ruhestellung befindet. Wie nämlich in Fig. 3 sichtbar, gehen die aus dem Nordpol
des Magnets 11 kommenden Kraftlinien über den Polschuh des Kerns 29 zu dem Südpol
des Magnets 12. Ebenso gehen die von dem dem Polschuh des anderen Magnetkerns 29
gegenüberliegenden Nordpol des Magnets 12 kommenden Kraftlinien zu dem Südpol des
Magnets 11.
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Bei Speisung der Spulen 30, 31 mit Wechselstrom haben zu einem Zeitpunkt
t die Polschuhe der Magnetschuhe der Magnetkerne 29 z. B. solche Nord- und Südpole,
daß der Magnet 12 angezogen und der Magnet 11 abgestoßen wird.
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Das aus den Magnetkernen 29 kommende magnetische Feld kann sich so
durch den Magnet 12 und die Platte 2 schließen.
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In dem Augenblick t -f- 1 ist die Polarität der Pol-Schuhe der Magnete
29 der in der Zeichnung angegebenen entgegengesetzt, so daß jetzt der Magnet 11
angezogen und der Magnet 12 abgestoßen wird, wobei sich das Magnetfeld in der gleichen
Weise, wie oben beschrieben, durch den Magnet 11 und die Platte 2 schließt.
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Aus obigem geht hervor, daß das Magnetfeld in jedem Augenblick geschlossen
ist und daß es außerdem sich in dem Sinn schließt, für welchen die Magnetisierung
der Dauermagnete 11, 12 verstärkt wird.
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Die von den Magneten 11, 12 ausgeführte hin und her gehende Bewegung
wird durch den Teil 10 auf die Lamelle 9 übertragen, welche somit im Synchronismus
mit der Frequenz des Speisestroms der Spulen 30, 31 schwingt.
Wie
oben ausgeführt, ist die Eigenfrequenz der beweglichen Anordnung im voraus festgelegt
und wird so gewählt, daß sie etwas kleiner als die des Speisestroms ist, damit der
Verdichter nicht in Resonanz, sondern nur im Synchronismus arbeitet, damit die Amplitude
der dem Kolben 16 erteilten Bewegung nicht eine übermäßige Größe erreicht, so daß
er gegen das Ventil 21 stoßen könnte.
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Man sieht, daß bei Verstellung des Kolbens 16 nach der Außenseite
des Zylinders 17 sein nachgiebiger Umfangsrand sich zusammenzuziehen sucht, so daß
das unter niedrigem Druck in. dem Gehäuse 1 enthaltene Strömungsmittel in den Zylinder
17 eintreten kann.
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Bei der Verstellung des Kolbens 16 in der Richtung auf das Ventil
21 legen sich dagegen die nachgiebigen. Ränder des Kolbens gegen die Innenwand des
Zylinders, wodurch das Strömungsmittel verdichtet wird und austritt, sobald sein
Druck hinreichend ist, um den nachgiebigen Rand des Ventils 21 zu verformen, so
daß es in die Ausnehmung 20 der Platte 2 eintreten kann, aus welcher es durch, eine
Leitung 32 zu dem Kondensator des Kälteapparats geführt wird.
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Die Spulen 30 und 31 werden mit Wechselstrom durch Leiter 33 und 34
(Fig. 1) gespeist, welche in der dargestellten Weise die Platte 2 durchdringen,
wie dies auch die Leitung 32 und eine Leitung 35 zur Zufuhr des zu verdichtenden.
Strömungsmittels in das Gehäuse 1 tut.
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Da alle Teile des Verdichters von der Platte 2 getragen werden, sind
diese Teile sehr leicht zugänglich, da nur die Schale 4 abgeschraubt zu werden braucht,
ohne daß Verbindungen gelöst werden müssen, was eine etwaige Überholung und Reparatur
erheblich erleichtert.
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Bei der in Fig. 4 bis 7 dargestellten anderen Ausführungsform des
Verdichters ist die Schalenhälfte 4, welche vorher unmittelbar an der Platte 2 befestigt
war, mit ihrem Umfangsrand mit einer zweiten Schalenhälfte 53 verbunden, so daß
diese beiden Schalenhälften eine dichte Glocke bilden.
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Die verschiedenen Bestandteile des Verdichters sind ebenso wie in
Fig. 1 bis 3 an der Platte 2 angebracht, welche innerhalb der durch. die Schalenhälften
4 und 53 begrenzten Kammer mit Hilfe von elastischen Gliedern 54 gehalten wird,
welche sie über Laschen 55 (Fig. 6 und 7) mit der Schalenhälfte 4 verbinden.
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Zur Erleichterung des Auseinanderbaus des Verdichters treten die verschiedenen
Leitungen zur Zufuhr und Abfuhr des zu verdichtenden Strömungsmittels sowie die
mit 36 bezeichneten elektrischen Leitungen alle durch die Schalenhälfte 4, damit
keine Verbindungen gelöst zu werden brauchen., um Zugang zu den beweglichen Teilen
des Verdichters zu haben.
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37 (Fig. 4 und 5) bezeichnet Säulen., welche innerhalb der Kammer
1 zwischen den Schalenhälften 4 und 53 angeordnet sind und durch Löcher großen Durchmessers
38 (Fig. 5) der Platte 2 gehen.
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Diese Säulen 37 sollen verhindern, daß die verschiedenen Teile des
Verdichters gegen die Wände der Schalenhälften stoßen können, insbesondere bei einer
Verstellung des Verdichters zum Zwecke seines Einbaus in einen Kälteapparat und
wenn dieser von einer Stelle zur anderen transportiert wird.
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Elastische Beläge 39 (Fig. 5) sind um die Säulen 37 herum an ihrem
innerhalb der Öffnungen 38 der Platte 2 liegenden Teil angeordnet, um die zwischen
dieser Platte und den, Säulen auftretenden. Stöße zu dämpfen. Infolge der besonderen
Art der Aufhängung des Verdichters innerhalb der ihn umgebenden Glocke kann er flach
hingelegt werden, wie in der Zeichnung ersichtlich, wodurch sein Platzbedarf erheblich
verringert wird, so daß er an engen Stellen untergebracht werden kann, z. B. unter
einem Kühlschrank.
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Fig.8 zeigt eine andere Ausführungsform des Magnetkreises des Verdichters,
bei welcher die den Magnetkreis bildenden Bleche 26, 27 so ausgeschnitten sind;
daß sie zwei Magnetkerne 40, 41 bilden, auf welchen Spulen 42, 43 angebracht sind.
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Der Anker weist in diesem Fall nur noch einen Dauermagnet 44 auf,
welcher in, der gleichen Weise wie oben, in den Teil 10 aus einem unmagnetischen,
aber elektrisch leitenden Metall eingelassen ist und außerdem Polschuhe 45 und 46
aus Weicheisen aufweist, deren Breite so gewählt ist, daß sie in der Ruhestellung
den Polschuhen der verschiedenen Magnetkerne 40 und 41 sehr nahe liegen, damit der
aus den Magneten kommende Fluß sich schließen kann., selbst wenn der Verdichter
nicht arbeitet.
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Die Erfindung kann natürlich abgewandelt werden. So können. insbesondere
mehrere Verdichter der oben beschriebenen Art in Reihe geschaltet werden, wobei
sie gegebenenfalls aneinander anstoßend angeordnet werden. Diese Anordnung ist besonders
interessant, insbesondere bei einem speisenden Drehstromnetz, welches die Benutzung
von drei Verdichtern der obigen Art ermöglicht, welche z. B. in Stern geschaltet
sind.