DE19651624A1 - Kolbenstützvorrichtung für einen linearen Verdichter - Google Patents

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbenstützvorrichtung für einen linearen Verdichter und insbesondere eine verbesserte Kolbenstützvorrichtung für einen linearen Verdichter, die imstande ist, einen Reibungsverlust zwischen einem Zylinder und einem Kolben eines linearen Verdichters zu verhindern, um somit den Wirkungsgrad des linearen Verdichters und die Zuverlässigkeit des Systems durch eine stabilere Unterstützung des sich in dem Zylinder hin- und herbewegenden Kolbens zu steigern.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht, welche die Bauweise eines herkömmlichen linearen Verdichters erläutert.

Wie hier gezeigt, umfaßt der herkömmliche lineare Verdichter einen hermetisch geschlossenen Verdichterkörper 1 von vorbestimmter Gestalt, einen Flansch 2, der im Innern des hermetisch geschlossenen Verdichterkörpers 1 in einer vorbestimmten Höhe über dessen Boden angeordnet ist, einen Zylinder 3, der an einem rückwärtigen Bereich des Flansches 2 befestigt ist, einen kreisrunden Halter 5, dessen eines Ende 5a an dem mittleren Teil der Kolbenfeder 4 befestigt ist, einen Kolben 6, der an dem mittleren Teil des Halters 5 befestigt ist und sich in dem Zylinder 3 hin- und herbewegt, einen Linearmotor "M", der in einer peripheren Zone des Flansches 2 zur Erzeugung einer vorbestimmten Antriebskraft angeordnet ist, eine Ventilanordnung 7, die in einem mittleren Bereich des Flansches 2 angeordnet ist, und einen Ansauggeräuschdämpfer 8 zur Beseitigung des Ansauggeräusches sowie einen Abgabegeräuschdämpfer 9 zur Beseitigung des Abgabegeräusches, wobei der Ansaug-und der Abgabegeräuschdämpfer 8 und 9 auf beiden Seiten der Ventilanordnung 7 angeordnet sind.

Der Motor "M" umfaßt einen Stahlkern 12, in dessen Innern eine Spule 11 angeordnet ist und der sich in einem inneren Bereich des Flansches 2 befindet, ein Rückschlußjoch 13 mit einem vorbestimmten Spalt in bezug auf die innere Umfangsfläche des Stahlkerns 12 und einen an einem Teil des Halters 5 befestigten ringförmigen Magneten 14, welcher in den zwischen dem Stahlkern 12 und dem Rück­ schlußjoch ausgebildeten Spalt eingeführt ist und sich dazwischen hin- und herbewegt.

In den Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 10 eine Montagefeder, die zwischen der Kolbenfeder 4 und dem hermetisch geschlossenen Körper 1 angeordnet ist, um die Kolbenfeder 4 elastisch abzustützen, wenn sich der Kolben 6 in dem Zylinder 3 hin- und herbewegt.

Es wird nun die Funktionsweise des herkömmlichen linearen Verdichters unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 4B beschrieben werden.

Zunächst wird bei Anlegung eines Wechselstroms mit einer vorbestimmten Richtung an die Spule 11 des Linearmotors "M" eine magnetische Kraft in dem Stahlkern 12 erzeugt. Hier wird der Magnet 14 unter Mitwirkung der zwischen dem Stahlkern 12, dem Magneten 14 und der Spule 11 erzeugten magnetischen Kraft linear in die durch den Pfeil "A" in Fig. 1 angezeigte Richtung bewegt. Daher wird durch den Ansauggeräuschdämpfer 8 und die Ventilanordnung 7 ein Käl­ temittelgas in einen zwischen dem Zylinder 3 und dem Kolben 6 gebildeten Kompressionsraum "S" eingeleitet.

Wenn zudem der Wechselstrom in der umgekehrten Richtung angelegt wird, werden der Magnet 14 und der Kolben 6 durch daßelbe Prinzip, wie es oben beschrieben ist, linear in die durch den Pfeil "B" angezeigte Richtung bewegt und das Kältemittel in dem Kompressionsraum "S" wird komprimiert. Das so komprimierte Kältemittelgas wird durch die Ventilanordnung 7 zum Abgabegeräuschdämpfer 9 abgeführt.

Als nächstes wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen die an den herkömmlichen linearen Verdichter angepaßte Kolbenstützstruktur beschrieben werden.

Zunächst einmal ist eine Nut 6a mit einer vorbestimmten Tiefe in einem Mittelteil des Kolbens 6 ausgebildet. Der Kolben 6 ist in bezug auf die Nut 6a in einen vorderen Stützabschnitt 6b und einem hinteren Stützabschnitt 6c un­ terteilt, um die auf den Kolben ausgeübte Belastung (Kraft) in Belastungen (Kräfte) F1 und F2 aufzuteilen und so den Reibungsverlust zu minimieren, wenn sich der Kolben 6 in dem Zylinder 3 hin- und herbewegt.

Als nächstes soll nun die Bau- und Funktionsweise der Kolbenfeder 4, von welcher der Halter 5 abgestützt wird, und ein Federstützteil 15 zum Halten der Kolbenfeder 4 er­ läutert werden.

Wie in Fig. 2 und 4B gezeigt, ist in dem mittleren Teil der Kolbenfeder 4 ein Eingreifloch 4a zur Befestigung des Halters 5 an der Kolbenfeder 4 vorgesehen, und es erstrecken sich vier elastische Stützglieder 4b spiralförmig von dem Eingreifloch 4a weg, wobei in jedem Endbereich der elastischen Stützglieder 4b ein Befestigungsloch 4c zur Befestigung der Kolbenfeder 4 an dem Federstützteil 15 ausgebildet ist. Außerdem sind an einer Seite des Federstützteils 15 Befestigungsvorsprünge 15a ausgebildet. Die Zahl und Anordnung der Befestigungsvorsprünge 15a entspricht den an jedem Endbereich der elastischen Stützglieder 4b der Kolbenfeder 4 ausgebildeten Befestigungslöchern 4c.

Nach dem genauen Ausrichten des Befestigungsloches 4c mit einem entsprechenden Befestigungsvorsprung 15a des Federstützteils 15 werden die Befestigungsschrauben 16 in die Befestigungslöcher 4c der Kolbenfeder 4 eingefügt, um somit die Kolbenfeder 4 durch die Befestigungsvorsprünge 15a an dem Federstützteil 15 zu befestigen.

Da jedoch die Kolbenstützvorrichtung für einen herkömmlichen linearen Verdichter einen vorderen und einen hinteren Stützabschnitt 6b und 6c aufweist, die in dem Kolben 6 ausgebildet sind, wobei diese Abschnitte 6b und 6c die innere Umfangsfläche des Zylinders gleichzeitig berühren, tritt der Reibungsverlust sowohl in dem vorderen als auch in dem hinteren Stützabschnitt 6b und 6c auf, wenn sich der Kolben 6 in dem Zylinder 3 hin- und herbewegt, so daß folglich der Wirkungsgrad des Systems verringert wird.

Zudem ist bei der Befestigung der Kolbenfeder 4 an dem Federstützteil 15 der Federbefestigungsvorgang sehr kompliziert, da der Befestigungsvorgang nach genauer Ausrichtung der Befestigungslöcher 4c der Kolbenfeder 4 mit den Befestigungsvorsprüngen 15a des Federstützteils 15 durchgeführt wird, indem die Befestigungsschraube 16 in ein entsprechendes Befestigungsloch 4c der Kolbenfeder 4 eingeführt wird und dann die Kolbenfeder 4 an dem Federstützteil 15 befestigt wird. Außerdem wird hier, wenn sich die Befestigungsschraube 16 lockert, die Kolbenfeder beweglich, so daß sich der Kolben 6 nicht effizient in dem Zylinder 3 hin- und herbewegt und somit der Wirkungsgrad des linearen Verdichters verringert wird.

KURZE DARLEGUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Kolbenstützvorrichtung für einen linearen Verdichter zu schaffen, welche die Probleme überwindet, denen man im Stand der Technik begegnet.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Kolbenstützvorrichtung für einen linearen Verdichter, welche imstande ist, einen Rei­ bungsverlust zwischen einem Zylinder und einem Kolben eines linearen Verdichters zu verhindern, um somit den Wirkungsgrad des linearen Verdichters und die Zuverlässigkeit des Systems durch eine stabilere Unterstützung des sich in dem Zylinder hin- und herbewegenden Kolbens zu steigern.

Um die obigen Ziele zu erreichen, wird gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Kolbenstützvorrichtung für einen linearen Verdichter bereitgestellt, die einen Zylinder, welcher im Innern eines hermetisch geschlossenen Verdichterkörpers angeordnet ist, ein Federstützelement, das in dem hermetisch geschlossenen Verdichterkörper in einem dem Zylinder gegenüberliegenden Bereich angeordnet ist, eine Mehrzahl von zweiten Kolbenfedern einschließlich einer Mehrzahl von ersten Kolbenfedern, die eine vorbestimmte Festigkeit in diagonaler Richtung aufweisen und an dem Federstützelement befestigt sind, und einen Kolben umfaßt, dessen eines Ende in die ersten und zweiten Kolbenfedern eingeführt ist und dessen anderes Ende einen Stützabschnitt umfaßt, der die Innenfläche des Zylinders berührt.

Um die obigen Ziele zu erreichen, wird gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Kolbenstützvorrichtung für einen linearen Verdichter bereitgestellt, die einen Zylinder, welcher im Innern eines hermetisch geschlossenen Verdichterkörpers angeordnet ist, ein Federstützelement, das in dem hermetisch geschlossenen Verdichterkörper in einem dem Zylinder gegenüberliegenden Bereich angeordnet ist, eine Mehrzahl von Kolbenfedern, die eine vorbestimmte Festigkeit in diagonaler Richtung aufweisen und an dem Federstützelement befestigt sind, und einen Kolben umfaßt, dessen eines Ende in die Kolbenfedern eingeführt ist und dessen anderes Ende einen Stützabschnitt umfaßt, der die Innenfläche des Zylinders berührt.

Weitere Vorteile, Ziele und Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorliegende Erfindung wird besser verständlich anhand der nachstehend gegebenen genauen Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen, die lediglich als Erläuterung dienen sollen und daher keine Einschränkung für die vorliegende Erfindung darstellen, wobei:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht ist, welche die Bauweise eines herkömmlichen linearen Verdichters erläutert;

Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht ist, welche die Bauweise einer Kolbenstützvorrichtung für einen herkömmlichen linearen Verdichter erläutert;

Fig. 3 eine Vorderansicht ist, welche eine Kolbenfeder einer herkömmlichen Kolbenstützvorrichtung darstellt;

Fig. 4A und 4B Ansichten sind, welche ein Federstützelement einer herkömmlichen Kolbenstützvorrichtung darstellen, wobei:

Fig. 4A eine Vorderansicht desselben ist und

Fig. 4B eine Querschnittsansicht entlang der Linie IVb-IVb′ von Fig. 4A ist; und

Fig. 5 eine Querschnittsansicht ist, welche eine Kolbenstützvorrichtung für einen linearen Verdichter gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 6 eine Vorderansicht ist, welche eine Kolbenfeder für eine Kolbenstützvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 7A und 7B Ansichten sind, welche ein Federstützelement für eine Kolbenstützvorrichtung gemäß der vorlie­ genden Erfindung darstellen, wobei:

Fig. 7A eine Vorderansicht desselben ist und

Fig. 7B eine Querschnittsansicht entlang der Linie VIIb-VIIb′ von Fig. 7A ist; und

Fig. 8 eine schematische Querschnittsansicht ist, welche eine Kolbenstützvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und

Fig. 9A und 9B Ansichten sind, welche eine Kolbenfeder für eine Kolbenstützvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen, wobei:

Fig. 9A eine Vorderansicht derselben ist und

Fig. 9B eine Seitenansicht derselben ist; und

Fig. 10 und 11 Ansichten zur Erläuterung des Prinzips einer Kolbenstützvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind.

GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht, welche eine Kolbenstützvorrichtung für einen linearen Verdichter gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, und Fig. 6 ist eine Vorderansicht, welche eine Kolbenfeder für eine Kolbenstützvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Fig. 7A und 7B sind Ansichten, welche ein Federstützelement für eine Kolbenstützvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen, wobei Fig. 7A eine Vorderansicht desselben ist und Fig. 7B eine Querschnittsansicht entlang der Linie VIIb-VIIb′ von Fig. 7A ist.

Wie hier gezeigt, umfaßt die Kolbenstützvorrichtung für einen linearen Verdichter gemäß der vorliegenden Erfindung einen Zylinder 21, der in einem Abschnitt des Inneren eines hermetisch geschlossenen Körpers (nicht dargestellt) angeordnet ist, ein Federstützelement 22, das in einem Ab­ stand von dem Zylinder 21 in dem hermetisch geschlossenen Körper angeordnet ist, eine Mehrzahl von ersten Kolbenfe­ dern 23a aus einem hochfesten Material, eine Mehrzahl von zweiten Kolbenfedern 23b, die an einer Seite des Feder­ stützelements 22 befestigt sind, eine Halterung 23c, die durch die ersten und zweiten Kolbenfedern 23a und 23b ver­ läuft, einen Kolben 25, der an der Halterung 23c befestigt ist und einen Stützabschnitt 25a aufweist, welcher in den Zylinder 21 eingeführt ist, einen ringförmigen Halter 24, der integral mit dem Kolben 25 geformt ist, und einen ringförmigen Magneten 14, der von einer Seite des Halters 24 wegragt.

Die zweite Kolbenfeder 23b weist hier vorzugsweise dieselbe Form auf wie die in Fig. 3 dargestellte herkömmliche Kolbenfeder 4. Die erste Kolbenfeder 23a aus einem hochfesten Material, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist, umfaßt einen verstärkten Bereich 23′a, der in einem äußeren Randbereich derselben ausgebildet ist. In dem verstärkten Bereich 23′a ist eine Mehrzahl beabstandeter Befestigungslöcher 23′b ausgebildet. Außerdem sind in der ersten Kolbenfeder 23a vier spiralförmige elastische Bereiche 23′d ausgebildet, die mit dem verstärkten Bereich 23′a einstückig sind.

Ferner ist, wie in Fig. 7A und 7B gezeigt, eine Mehrzahl von Schraubeneingreiflöchern 22a in dem Federstützelement 22 ausgebildet. Hier entsprechen die Anzahl und die Position der Schraubeneingreiflöcher 22a den Befestigungs­ löchern 23′b der ersten Kolbenfeder 23a. In dem mittleren Teil des Federstützelements 22 ist eine Bohrung 22b ausge­ bildet, um die ersten und zweiten Kolbenfedern 23a und 23b darin aufzunehmen.

Bei der Befestigung der ersten und zweiten Kolbenfedern 23a und 23b an dem Federstützelement 22 werden die ersten und zweiten Kolbenfedern 23a und 23b in die in dem Federstützelement 22 ausgebildete Bohrung 22b eingesetzt. Anschließend werden die Befestigungslöcher 23′b der ersten und zweiten Kolbenfedern 23a und 23b mit den Schraubenein­ greiflöchern 22a des Federstützelements 22 ausgerichtet und dann die Befestigungsschrauben 26 in die Befestigungslöcher 23′b der ersten und zweiten Kolbenfedern 23a und 23b eingefügt, um somit die ersten und zweiten Kolbenfedern 23a und 23b an dem Federstützelement 22 zu befestigen.

Da, wie oben beschrieben, der verstärkte Bereich 23′a in dem äußeren Randbereich der ersten Kolbenfeder 23a ausgebildet ist und eine Mehrzahl erster und zweiter Kolbenfedern 23a und 23b an dem Federstützelement 22 befestigt ist, ist es bei der Kolbenstützvorrichtung für einen linearen Verdichter gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die an dem Stützabschnitt 25′a des Kolbens 25 angreifende Kraft F1 und die an der ersten Kolbenfeder 23a angreifende Kraft F2 wirksamer zu verteilen, um somit den Kolben 25 stabiler zu unterstützen.

Der runde verstärkte Bereich 23′a der ersten Kolbenfeder 23a kann nämlich die Kraft F2 wirksamer abfangen.

Fig. 8 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche eine Kolbenstützvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, und Fig. 9A und 9B sind Ansichten, welche eine Kolbenfeder für eine Kolbenstützvorrichtung gemäß einer anderen Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung darstellen, wobei Fig. 9A einer Vorderansicht derselben ist und Fig. 9B eine Seitenansicht derselben ist.

Was die Bauweise der Kolbenstützvorrichtung für einen linearen Verdichter gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft, so unterscheidet sich nur die Bauweise einer Kolbenfeder 33 von der Kolbenfederstützvorrichtung für einen herkömmlichen linearen Motor.

Daher wird die Kolbenstützvorrichtung für einen linearen Verdichter gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nun bezüglich der Unterschiede in der Bauweise beschrieben werden.

Die Bauweise der Kolbenfeder 33 gemäß der vorliegenden Erfindung ist nämlich die gleiche wie die der herkömmlichen Kolbenfeder 4, jedoch werden die Dicke "t" und die Breite "w" des elastischen Stützglieds der Kolbenstützvorrichtung für einen linearen Verdichter gemäß der vorliegenden Erfindung auf der Grundlage folgender Bedingungen bestimmt:
Um nämlich die Festigkeit der Kolbenfeder 33 zu erhöhen, übersteigt das Verhältnis zwischen der Dicke "t" und der geringsten Breite "w" des elastischen Teils 1 : 3, so daß die radiale Festigkeit der Kolbenfeder 33 erhöht ist.

Der Grund dafür, daß die Festigkeit der Kolbenfeder 33 erhöht ist, wenn das Verhältnis von Dicke "t" und geringster Breite "w" des elastischen Teils der Kolbenfeder 33 1 : 3 übersteigt, wird nun erläutert werden.

Fig. 10 und 11 sind Ansichten zur Erläuterung des Prinzips einer Kolbenstützvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Wie hier gezeigt, wird in der Annahme, daß der elastische Teil 33b der Kolbenfeder 33 ein freitragender Arm ist, bei Anlegen einer Kraft "P" an den Endteil des freitragenden Armes in diesem eine Abweichung "δ" erzeugt, die auf der folgenden Gleichung basiert:

wobei E einen Elastizitätskoeffizienten des freitragenden Armes bezeichnet, I ein sekundäres Moment in bezug auf den Querschnitts einer Säule bezeichnet, durch die der freitragende Arm gestützt wird, und 1 die Länge des freitragenden Armes bezeichnet.

Ferner kann gemäß dem Hookeschen Gesetz die folgende Gleichung erhalten werden:

Die Stärke "K" in den Gleichungen (1) und (2) läßt sich wie folgt ausdrücken:

Daher wird die Festigkeit vielmehr auf der Grundlage der Dicke "t" des elastischen Teils 33b bestimmt als auf der Grundlage der Breite "w" des elastischen Teils 33b. Das Verhältnis zwischen der axialen Richtung der Kolbenfeder 33 und der diagonalen Festigkeit läßt sich nämlich folgendermaßen ausdrücken:

Wie oben beschrieben, ist die Kolbenstützvorrichtung für einen linearen Verdichter gemäß der vorliegenden Erfindung grundsätzlich darauf gerichtet, die Kolbenfedern anzupassen, die eine hohe Festigkeit in der diagonalen Richtung aufweisen, und nur einen Stützabschnitt am Kolben zu bilden, der die innere Umfangsfläche des Zylinders berührt, um somit den Wirkungsgrad des Systems durch Verringerung des Reibungsverlusts und Verbesserung der Zuverlässigkeit des Systems zu steigern.

Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zwecks Erläuterung offenbart worden sind, werden Fachleute erkennen, daß verschiedene Modifikationen, Zusätze und Austäusche vorgenommen werden können, ohne vom Umfang und Wesen der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen angeführt sind, abzuweichen.

Claims (5)

1. Kolbenstützvorrichtung für einen linearen Verdichter, umfassend:
einen Zylinder, der im Innern eines hermetisch geschlossenen Verdichterkörpers angeordnet ist;
ein Federstützelement, das in dem hermetisch geschlossenen Verdichterkörper in einem dem Zylinder gegenüberliegenden Bereich angeordnet ist;
eine Mehrzahl von zweiten Kolbenfedern einschließlich einer Mehrzahl von ersten Kolbenfedern, die eine vorbestimmte Festigkeit in diagonaler Richtung aufweisen und an dem Federstützelement befestigt sind; und
einen Kolben, dessen eines Ende in die ersten und zweiten Kolbenfedern eingeführt ist und dessen anderes Ende einen Stützabschnitt umfaßt, der die Innenfläche des Zylinders berührt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die kreisrunde erste Kolbenfeder einen verstärkten Bereich, der in einem äußeren Randbereich derselben ausgebildet ist, und eine Mehrzahl von spiralförmigen elastischen Bereichen aufweist, die mit dem verstärkten Bereich integral geformt sind, wobei jedes Ende der elastischen Bereiche von einem Eingreifbereich wegragt, der in dem mittleren Teil der ersten Kolbenfeder ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei in einer Seite des Federstützelements eine Aufnahmebohrung mit einer vorbe­ stimmten Tiefe zur Aufnahme der ersten und zweiten Kolbenfedern ausgebildet ist.

4. Kolbenstützvorrichtung für einen linearen Verdichter, umfassend:
einen Zylinder, der im Innern eines hermetisch geschlossenen Verdichterkörpers angeordnet ist;
ein Federstützelement, das in dem hermetisch geschlossenen Verdichterkörper in einem dem Zylinder gegenüberliegenden Bereich angeordnet ist;
eine Mehrzahl von Kolbenfedern, die eine vorbestimmte Festigkeit in diagonaler Richtung aufweisen und an dem Federstützelement befestigt sind; und
einen Kolben, dessen eines Ende in die Kolbenfedern eingeführt ist und dessen anderes Ende einen Stützabschnitt umfaßt, der die Innenfläche des Zylinders berührt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Kolbenfeder umfaßt:
ein Eingreifloch, das in dem mittleren Teil derselben ausgebildet ist, um ein Ende des Kolbens darin aufzunehmen;
eine Mehrzahl von beabstandeten elastischen Bereichen, die spiralförmig von dem Eingreifbereich wegragen; und ein Befestigungsloch, das an jeden Ende der elastischen Bereiche ausgebildet ist, um darin eine Befestigungsschraube zur Befestigung der Kolbenfeder an dem Kolbenstützelement aufzunehmen, wobei das Verhältnis von Dicke und geringster Breite der Kolbenfeder 1 : 3 beträgt.