DE2557891A1

DE2557891A1 - Geschlossener elektromagnetischer kompressor

Info

Publication number: DE2557891A1
Application number: DE19752557891
Authority: DE
Inventors: Shiro Takahashi
Original assignee: Man Design Co Ltd
Current assignee: Man Design Co Ltd
Priority date: 1975-04-04
Filing date: 1975-12-22
Publication date: 1976-10-14
Also published as: JPS5754632B2; CA1042048A; JPS51116411A; FR2306347A1; DE2557891C2; IT1051676B; SE7901855L; GB1513478A; FR2306347B1; NL7600516A; SE438892B; SE7514762L

Description

BLUMBACH · WESER · BERGEN · KRAMER ZWiRNER . HIRSCH

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN 2557891

Postadresse München: Patentconsult 8 München 60 RadedcesiraSe 43 Telefon (089)883603/883604 Telex 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Patentconsult 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon C06121) 562943/561998 Teiex 04-186237

MAN DESIGN CO. LTD. 75/8741

NO. 9-20, Gohongi 1-chome
Meguro-ku

Tokyo, JAPAN

Geschlossener elektromagnetischer Kompressor

Die vorliegende Erfindung betrifft einen geschlossenen elektromagnetischen Kompressor, "bei dem innerhalb eines geschlossenen Gehäuses ein elektromagnetischer Antrieb und eine Pumpe in der axialen Richtung des Kompressors eine Hin- und Herbewegung ausführen. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere Verbesserungen an der gegenseitigen Ausrichtung von Pumpe und Antrieb und an der Schmierung der bewegten Teile.

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MSnchen: Kramer · Dr.Weser - Hirsch — Wiesbaden: Biumbach · Dr. Bergen · Zwirner

Es ist bereits ein geschlossener Kompressor mit elektromagnetischem Antrieb bekannt geworden.Zu diesem bekannten Kompressor gehört wenigstens ein Statorkern, der über einen Halbwellengleichrichter mit einer vorgegebenen Wechselstromquelle verbunden ist, ferner ein magnetischer Anker, der in Richtung der Kompressorachse, quer, d.h., im wesentlichen im rechten Winkel, zu den vom Stator erzeugten, induzierenden magnetischen Feldlinien eine Hin- und Herbewegung ausführt. Dieser Anker ist einstückig mit einem Kolben verbunden, der durch seine Hin- und Herbewegung in einer Kolbenkammer die eigentliche Pumparbeit leistet. Mr den Fall, daß zwei Statorkerne vorgesehen sind, welche in bestimmtem Abstand auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind, dann bewirken die auf den Anker ausgeübten elektromagnetischen Anziehungen, welche von den beiden, abwechselnd angeregten Statorkernen erzeugt werden, eine Hin- und Herbewegung des Kolbens. Wenn jedoch lediglich ein Statorkern vorgesehen 1st, dann erfolgt die Bewegung des Kolbens in einer Richtung als Folge der magnetischen Anziehung des Ankers, und die Bewegung des Kolbens in die andere Richtung muß durch getrennte, zwangsweise auf den Kolben einwirkende, mechanische Mittel gewährleistet sein. Ein typisches Beispiel für ein solches, zwangsweise wirkendes Mittel ist eine Rückholfeder.

Es ist in der Fachwelt bekannt, daß die üblichen Kompressoren der oben beschriebenen Ausführungsform keinen großen Markt-

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anteil in entsprechenden Bereichen der Technik gefunden haben. Für die schlechte Aufnahme dieser bekannten Vorrichtungen gibt es verschiedene Gründe, von denen die nachstehend aufgeführten die wichtigsten darstellen dürften.

Bei Kompressoren mit einem Rotationsantrieb taucht ein Endabschnitt der von einem rotierenden Elektromotor angetriebenen Welle in Schmieröl ein, so daß das Schmieröl von der rotierenden Welle zum lager für diese Welle weitergeleitet wird. Bei anderen Ausführungsformen solcher Kompressoren mit Rotationaantrieb ist zur Schmierung eine zusätzliche Schraubenpumpe vorgesehen, welche die Versorgung mit Öl sicherstellt» Im Gegensatz dazu enthalten Kompressoren der oben beschriebenen Bauart mit einem Antrieb, der eine Hin- und Herbewegung ausführt,keine rotierende Welle, so daß die oben erläuterten, bei Kompressoren mit Rotationsantrieb brauchbaren Schmiersysteme nicht zur Schmierung von Kompressoren herangezogen werden können, deren Antrieb eine Hin- und Herbewegung ausführt. Vielmehr erfordern solche Kompressoren ein getrenntes Ölversorgungssystem mit einer zusätzlichen Ölzufuhrpumpe, was naturgemäß eine axifwendige Konstruktion erfordert, die Wartung erschwert und die Herstellungskosten ansteigen läßt.

Bei Kompressoren mit sich hin- und herbewegendem Antrieb ist für die Pumpwirkung die Hin- und Herbewegung des Kolbens mit dem An-

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ker von ausschlaggebender Bedeutung. Wenn die Ausrichtung des Ankers mit dem Statorkern und entsprechend die Ausrichtung des Kolbens mit den Lagerteilen nicht befriedigend gewährleistet ist, dann resultieren daraus eine nicht ausgeglichene Ansiehung des Ankers und/oder eine einseitige Belastung des Kolbens, was beides die Lebensdauer des Kolbens und der mit diesem in Berührung kommenden Teile nachteilig beeinflußt. Um solche Beeinträchtigungen auszuschließen, ist eine sorgfältige Ausrichtung zwischen den genannten, mechanischen Teilen erforderlich, was den Zusammenbau solcher Kompressoren technisch schwierig xmä. zeitaufwendig macht, und hohe Anforderungen an die Arbeitskräfte stellt.

Die wesentliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen geschlossenen, elektromagnetischen Kompressor mit einem Antrieb, der eine Hin- und Herbewegung ausführt, bereitzustellen, der mit einem neuen, einfachen Schmiersystem ausgestattet ist.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen geschlossenen, elektromagnetischen Kompressor bereitzustellen, bei dem eine zuverlässige und dauerhafte Ausrichtung des Kolbens mit den entsprechenden Teilen auf einfache Weise gewährleistet ist.

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Zur Lösung dieser Aufgaben ist der erfindungsgemäße Kompressor zusätzlich zu solchen Bestandteilen, welche für Kompressoren mit sich hin- und herbewegendem Antrieb üblich und bekannt sind, mit besonderen Mitteln ausgestattet, welche die Ausrichtung von Antrieb und Pumpe in der Ebene, in der sich beide Teile berühren, gewährleisten und weiterhin mit solchen Mitteln ausgestattet, welche die Schmierung der G-leitflache des Kolbens mit den Lagerteilen der Vorrichtung gewährleisten, wozu ein Gasstrom verwendet wird, der aus dem vorgegebenen Gaszirkulationssystem mit dem zu verdichtenden Gas in den Kompressor zurückgeführt wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft somit einen geschlossenen, elektromagnetischen Kompressor, insbesondere für Kühlsysteme, mit einem geschlossenen Gehäuse, in dem sich eine bestimmte Menge Schmieröl befindet, und mit einer gegenseitig ausgerichteten Anordnung von einer Pumpe innerhalb eines Pumpenkörpers und von einem elektromagnetischen Antrieb, welche schwebend innerhalb des geschlossenen Gehäuses gehalten wird, wobei der elektromagnetische Antrieb in axialer Ausrichtung mit dem Pumpenkörper verbunden ist und wenigstens einen Statorkem und einen Anker umfaßt, der Stator über einen Halbwellengleichrichter mit einer Wechselstromquelle verbunden ist, und der Anker, der einstückig mit dem Kolben verbunden ist, für den Betrieb der Druckpumpe in Richtung der Kompressorachse, querzu den vom Stator erzeugten,

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induzierenden magnetischen Feldlinien eine Hin- und Herbewegung ausführt.

Zu den Mitteln zur Gewährleistung einer befriedigenden Schmierung gehören die folgenden Bestandteile, nämlich ein vertikal ausgerichtetes Rohr, das in Strömungsrichtung mit der Rückführleitung für Gas verbunden ist und zwei Öffnungen aufweist, nämlich eine obere Öffnung, die oberhalb des Ölspiegels in dem geschlossenen Gehäuse angeordnet ist, und eine untere Öffnung, die unterhalb dieses Ölspiegels angeordnet ist, ferner eine Aushöhlung zur Aufnahme von Öl in der oberen Oberfläche des Pumpenkörpers, gerade unterhalb der unteren Öffnung des vertikalen Rohres, und weiterhin eine Leitung, durch die das Öl aus der Aushöhlung zu der Gleitfläche für den Kolben innerhalb des Pumpenkörpers geführt wird.

Zur gegenseitigen Ausrichtung von Antrieb und Pumpe ist vorgesehen, daß die vordere Stirnfront des Pumpenkörpers mehrere

paarweise Paßflächen aufweist, welche hinsichtlich ihrer Form und Anordnung jeweils symmetrisch zur Kompressorachse ausgerichtet sind, und die rückwärtige, dem Pumpenkörper am nächsten kommende Front des Statorkerns eine entsprechende Anzahl paarweiser Paßflächen aufweist, welche hinsichtlich ihrer Form und Anordnung ebenfalls symmetrisch zu der Kompressorachse ausgerichtet sind, wobei die Paßflächen am Pumpenkörper in der Weise geformt und angeordnet sind, daß sie an entsprechenden Paß-

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flächen am Statorkern "bündig anliegen.

Weitere Ausgestaltungen, Besonderheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, den Abbildungen und den Ansprüchen. Neben der Beschreibung und den Ansprüchen dienen auch 5 Blatt Abbildungen mit den Mg. 1 bis zur Erläuterung der Erfindung; im einzelnen zeigen:

Pig. 1 eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, auf eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, geschlossenen, elektromagnetischen Kompressors;

Pig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 nach Pig. 1; Pig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 nach Pig. 1; Pig. 4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 nach Pig. 2;

Pig. 5 eine perspektivische Darstellung des Kolbens und der wesentlichen dazu gehörenden Teile;

Pig. 6 eine perspektivische Darstellung des Statorkerns; und

Pig. 7 ein elektrisches Schaltungsdiagramm, das den Anschluß des Statorkerns gem. Pig. 6 an die Stromquelle erläutert.

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Obwohl die folgende detaillierte Erläuterung der vorliegenden Erfindung auf eine Ausführungsform beschränkt ist, bei der zur Durchführung der Hin- und Herbewegung des Kolbens eine Kombination aus magnetischer Anziehung und mechanischer Rückführung durch eine Feder vorgesehen ist, muß beachtet werden, daß die vorliegende Erfindung auch auf solche Kompressoren mit einem Antrieb, der eine Hin- und Herbewegung auiührt, anwendbar ist, wo zur Hin- und Herbewegung des Kolbens entweder die Anziehungskraft von abwechselnd angeregten magnetischen Vorrichtungen ausgenutzt wird, oder wo magnetische Anziehung in Verbindung mit anderen Formen von zwangsweiser mechanischer Rückführung des Kolbens vorgesehen werden, welche nicht die Rückführkraft einer Feder ausnutzen.

Weiterhin muß beachtet werden, daß die vorliegende Erfindung in Verbindung mit beliebigen geschlossenen Kompressoren mit elektromagnetischem Antrieb anwendbar ist, bei denen ein magnetischer Anker quer zur den induzierenden magnetischen Feldlinien eine Hin- und Herbewegung ausführt, obwohl die folgende Beschreibung auf die Erläuterung einer solchen Ausführungsform beschränkt ist, bei der die Hir.- und Herbewegung des Ankers quer, d.h. im wesentlichen im rechten Winkel zu den induzierenden magnetischen Feldlinien erfolgt.

Im Verlauf der weiteren Beschreibung wird diejenige Seitenwand des Kompressors, entlang der die Hin- und Herbewegung des KoI-

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bens erfolgt, void, an der der elektromagnetische Antrieb befestigt ist, als "Frontseite" bzw. als "vordere Wand" bezeichnet, während diejenige Seitenwand, an der die Pumpe bzw. das Pumpenteil befestigt ist, als "hintere bzw. rückwärtige Wand" bezeichnet wird. Weiterhin wird, wenn die Bezeichnung "vertikal" verwendet wird, davon ausgegangen, daß der Kompressor in üblicher Weise angeordnet ist, wobei die Richtung der Hin- und Herbewegung des Kolbens in einer horizontalen Ebene verläuft.

Mit den Pig· 1 und 2 wird eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kompressors erläutert; mit dem Kompressor 14 innerhalb eines geschlossenen Gehäuses 12, das aus der oberen Halbschale 12a und der unteren Halbschale 12b besteht, welche gegenseitig an ihren offenen Endabschnitten fest miteinander verbunden sind.

Am Boden des Kompressors 14 sind zwei Beine oder Stützen 16 und 18 angebracht, denen an der Innenwand der unteren Halbschale 12b jeweils der Pedersitz 20 und 22 entspricht, um die Stützen 16 und 18 und den jeweiligen Pedersitz 20 und 22 sind schraubenförmige Druckfedern 24 und 26 herumgeführt, so daß der Kompressor 14 elastisch schwebend innerhalb des geschlossenen Gehäuses 12 gehalten wird. Diese elastisch schwebende Anordnung erlaubt dem Kompressor 14 eine gewisse Hin- und

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Herbewegung in axialer Richtung des Kompressor im Verlauf der Korbenbewegung.

Unabhängig davon sind an der Innenwand der oberen Halbschale 12a Führungsstücke 28 angebracht, die eine zu starke, unnötige Bewegung des Kompressors 14 innerhalb des geschlossenen Gehäuses während des Transportes der Vorrichtung verhindern.

Der Kompressor 14 besteht aus der Pumpe 30 an der rückwärtigen Seite und dem elektromagnetischen Antrieb 80 an der Vorderseite, welche beide längs der Achse des Kompressors angeordnet sind, welche ihrerseits mit der Richtung der Hin- und Herbewegung des Kolbens zusammenfällt.

¥ie aus den Pig. 3 und 4 ersichtlich, gehören zu der Pumpe 30 als wesentliche Bestandteile der Pumpenkörper 36 mit einem zylindrischen Abschnitt 34 und einem Zylinderkopf 44, der mittels Schrauben 38 fest am rückwärtigen Ende des zylindrischen Abschnittes 34 befestigt ist. Der zylindrische Abschnitt 34 schließt eine Kolbenkammer ein, innerhalb der, wie später noch edäutert wird, der Kolben 72 eine Hin- und Herbewegung ausführt, um das Kühlgas zu verdichten. Am Zylinderkopf 44 ißt einstückig das Saugventil 40 angebracht, durch welches das Kühlgas in die Kolbenkammer eingeführt wird? ferner ist am Zylinderkopf 44 das Auslaßventil 42 angebracht, durch das das Kühl-

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gas aus der Kolbenkammer abgelassen wird.

An "beiden Seitenwänden der Korbenkammer sind innerhalb des Pumpenkörpers 36 zwei Kammern, nämlich eine Saugkammer 46 und eine Ablaßkammer 58 ausgebildet.

Wie besonders gut aus Fig. 4 ersichtlich, ist die obere Öffnung der Saugkammer 46 mit einer Vers chlußxjlatte 50 bedeckt, welche mittels einem in den Bo-den der Kammer 46 eingeschraubten Bolzen 52 festgehalten wird; die Saugleitung 48 reicht durch die Verschlußplatte 50 in die Kammer 46, durch welche in die geöffnete Kammer 46 Kühlgas eingeführt werden kann, das sich vorwiegend innerhalb des geschlossenen Gehäuses 12 befindet. Im Zylinderkopf 44 befindet sich die Saugöffnung 56, welche über das Saugventil 40 mit der Kolbenkammer in Verbindung steht; weiterhin besteht eine Verbindung zur oben beschriebenen Saugkammer 46 über die Saugbohrung 54 innerhalb des Pumpenkörpers 36· Dank dieser Anordnung fließt das im Verlauf der Kolbenbewegung in die Saugkammer 46 eingeführte Gas durch die Saugbohrung 54 in die Kolbenkammer, solange die Saugöffnung 56 und das Saugventil 40 geöffnet sind.

Die obere Öffnung der Ablaßkammer 58 ist mit einer Verschlußplatte 62 bedeckt, welche mittels einem in den Boden der Kammer 58 eingeschraubten Bolzen 64 festgehalten wird; durch die Verschlußplatte 62 führt eine Ablaßleitung 60 in die Kammer 58,

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durch welche bei geöffneter Kammer 58 das verdichtete Kühlgas aus der Ablaßkammer 58 abgelassen werden kann. Auf der gegenüberliegenden Seite zur Saugöffnung 56 ist im Zylinderkopf 44 eine Ablaßöffnung 66 ausgebildet, welche mit der Kolbenkammer über das Ablaßventil 42, die oben erläuterte Ablaßkammer 58 und eine innerhalb des Pumpenkörpers 36 ausgebildete Ablaßbohrung 68 in Verbindung steht. Dank dieser Anordnung kann im Anschluß an die Kolbenbewegung das in der Kolbenkammer verdichtete Kühlgas durch das Ablaßventil 42, die Ablaßöffnung 66 und die Ablaßbohrung 68 in die Ablaßkammer 58 strömen.

Die oben erläuterte Verschlußplatte 62 für die Ablaßkammer ist mit ihrer oberen Oberfläche gegenüber der Oberfläche des Pumpenkörpers etwas zurückgesetzt, so daß eine Aushöhlung ge- ■ bildet wird, welche als Vorratsgefäß 122 für das Schmieröl dient, was nachfolgend mit der Beschreibung des Schmiersystems 110 im einzelnen erläutert wird.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich, weist der Pumpenkörper 36 an seinem vorderen Endabschnitt zwei Vorsprünge 36a und 36b auf, von denen jeder eine entsprechend angepaßte Fläche 70 für die Aufnahme des elektromagnetischen Antriebs 80 aufweist. Um eine leichte und zuverlässige Ausrichtung des elektromagnetischen Antriebs 80mit der Pumpe 30 zu gewährleisten, sind die beiden

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Flächen 70 jeweils gegenseitig diagonal und symmetrisch zueinander angeordnet und entsprechen sich in ihrer Anordnung und Ausgestaltung in Bezug auf die zentrale Achse des zylindrischen Abschnitts 34 am Pumpenkörper 36, welche in Pig. 5 mit einer strich-punktierten Linie angedeutet ist.

Der wesentliche Bestandteil des elektromagnetischen Antriebs 80 besteht aus dem Statorkern 82, der seinerseits aus einer Anzahl magnetischer Stahlbleche besteht, die je-weils aufeinandergelegt sind, wie das aus Pig. 6 ersichtlich ist. Jedes dieser Bleche weist zwei, sich gegenüberstehende E~Pro~ file auf, und im aufeinandergelegten Zustand bilden die einander gegenüber angeordneten inneren Endabschnitte der mittleren Arme der Bleche zwei magnetische Pole 84» die räumlich getrennt einander gegenüber angeordnet sind. Zwischen den gegenüberliegenden Magnetpolen 84 ist ein säulenförmiger Raum für das Magnetfeld 88 gebildet, welcher solche Abmessungen aufweist, daß während des Betriebs der Pumpe eine freie Hin- und Herbewegung des nachstehend beschriebenen Ankers in diesem Raum möglich ist. Die Oberflächen der Magnetpole 84 sind jwweils gekrümmt und folgen mit ihrer Krümmung dem kreisförmigen Umfang des Ankers 86.

Wie aus Pig. 7 ersichtlich, sind die Magnetpole 84 mit den Statorwicklungen 90 umwickelt, welche ihrerseits über einen Gleich-

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richter 94 und die Anschlüsse 91 mit einer gegebenen Wechselstromquelle 92 verbunden sind.

An derjenigen Seite, welche der Vorderseite des Pumpenkörpers 36 gegenüber liegt, weist der Statorkern 82 ein ziemlich dickes Stahlblech 98 auf, wobei an den vier Ecken deg Stahlbleches98 Paßflächen 96 ausgebildet sind. Jeweils zwei Paßflächen an einer gemeinsamen Diagonale sind hinsichtlich Form und Anordnung jeweils symmetrisch zueinander und symmetrisch mit Bezug auf die zentrale Achse des vom Statorkern 82 erzeugten Magnetfelds 88 ausgebildet. Weiterhin ist es erforderlich, daß die Form und Anordnung der vier Paßflächen 96 in der Weise ausgestaltet ist, daß diese bündig an den entsprechenden Paßflächen 70 am Pumpenkörper 36 anliegen, wenn der Statorkern 82 mit dem Pumpenkörper 36 verbunden ist. Es ist ebenfalls möglich, daß die Paßflächen 96 direkt an der rückwärtigen Oberfläche der aufeinandergelegten magnetischen Bleche des Statorkerns 82 ausgebildet werden, so daß kein zusätzliches Stahlblech 98 erforderlich ist. Die Verwendung des- Stjahlbleches98 gewährleistet jedoch eine leichtere, maschinelle Ausbildung der Paßflächen.

Der Statorkern 82 ist mittels einem Satz Schrauben 100, die in mit Gewinde versehene Bohrungen 35 innerhalb der Stirnflächen der Vorsprünge 36a und 36b eingeschraubt werden, fest mit dem Pumpenkörper 36 verbunden, wie das aus den Fig. 3 und 5 ersichtlich ist,

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Der bereits erwähnte Anker 86 ist mittels der Schraube 74 fest mit dem vorderen Endabschnitt des Kolbens 72 verbunden und bildet mit diesem einen einheitlichen Körper; nachdem der Statorkern 82 mit dem Pumpenkörper 36 verbunden worden ist, wird der Körper des Kolbens 72 in axialer Richtung gleitend von der Kolbenkammer aufgenommen, welche innerhalb des zylindrischen Abschnittes 34 ausgebildet ist, wobei der Statorkern 82 nach vorne über den Pumpenkörper 36 hinausragt, v/ie das aus Pig. 3 ersichtlich ist.

Mit den Schrauben 100 wird gleichzeitig eine kuppeiförmige Abdeckung 108 am vorderen Endabschnitt des Statorkerns 82 befestigt, und diese Abdeckung 108 weist innen in ihrem Mittelabschnitt eine drehbare Aufhängung 106 auf, welche einen drehbaren Pedersitz 104 aufnimmt. Zwischen dem Federsitz 104 und dem rückwärtigen Endabschnitt des Statorkerns 82 wird eine schraubenförmige Druckfeder 102 eingesetzt.

Zur Erläuterung des Schmiersystems 110 wird erneut auf die Pig. 3 und 4 Bezug genommen; dieses Schmiersystem 110 verve ndet einen Kühlgasstrom, der aus einem (nicht dargestellten) Zirkulationssystem für das Kühlgas in das geschlossene Gehäuse zurückgeführt wird. Zu diesem Schmiersystem 110 gehören eine Rückführleitung · 112, welche durch die untere Halbschale 12b des geschlossenen Gehäuses 12 nach innen reicht und dort mit dem vertikalen Rohr

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118 verbunden ist. Dieses vertikale Rohr 118 reicht mit seiner unteren Öffnung 116 ausreichend tief unter den Ölspiegel 114 und endet nahe der Innenwand der unteren Halbschale 12"b. Das vertikale Rohr 118 weist weiterhin eine obere Öffnung 120 auf, welche oberhalb des Olvorratsbehälters 122 angeordnet ist, welcher seinerseits durch die Verschlußplatte 62 der Ablaßkammer 58 und die umgebenden Seitenwände gebildet wird.

Wie aus den Fig. 4 und 5 ersichtlich, ist in der oberen Oberfläche des Pumpenkörpers 36 eine horizontale Ölzuführung 124 ausgebildet und in Verbindung mit dieser horizontalen Ölzuführung 124 ist im vorderen Endabschnitt des Pumpenkörpers 36 eine vertikale Ölzuführung 125 ausgebildet. Daraus ergibt sich für;diese erläuterte Ausführungsform, daß das über das Ölreservoir 122 überströmende Öl durch die horizontale Ölzuführung 124, die vertikale Ölzuführung 125, den oberen Umfang des zylindrischen Abschnitts 34 und die vordere Stirnfläche 126 dieses zylindrischen Abschnitts 34 der Gleitfläche des Kolbens 72 zugeführt wird und mit dieser auf die innere Oberfläche des zylindrischen Abschnitts 34 gelangt.

Als Alternative zu diesem Schmiersystem kann im Pumpenkörper 36 eine Ölleitung ausgehöhlt sein, wobei diese Aushöhlung einerseits oberhalb der oberen Oberfläche des Pumpenkörpers beginnt und andererseits unterhalb einer Seitenwand des zylindrischen Abschnitts 34 endet. In einem solchen Falle ist es jedoch er-

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forderlich., daß diese Aushöhlung innerhalb des Pumpenkörpers 36 möglichst weit von der Kolbenkammer entfernt verläuft, so daß die glatte Strömung des Öls nach unten nicht durch Gas behindert wird, das unter Druck aus der Kammer ausströmt.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich, weist der Kolben 72 zwei kreisförmige Nuten 72a und 72b auf, welche in einem gewissen Abstand längs der Längsrichtung des Kolbens 72 zueinander angeordnet sind. Die vordere Nut 72a ist im Verlauf der Kolbenbewegung nach vorne außerhalb des zylindrischen Teils 34 angeordnet und nimmt das Öl auf, das über das Ölreservoir 122 hinausgeflossen ist. Mit der nach rückwärts gerichteten Kolbenbewegung wird das in der vorderen Nut 72a aufgenommene Öl in das Innere des zylindrischen Abschnittes 34 gebracht und dient dort zur Schmierung der Gleitfläche. Die rückwärtige Nut 72b dient als ölreservoir und verhindert wirksam einen Austritt von Kühlgas aus der Korbenkammer.

Die Wirkungsweise bzw. der Betrieb eines erfindungsgemäßen Kompressors der oben erläuterten Ausführung wird nachfolgend erläutert .

Die Erregung des Statorkerns 82 durch die Wechselstromquelie bewirkt eine elektromagnetische Anziehung zwischen dem Statorkern 82 und dem Anker 86, wodurch der Anker 86 mit dem Kolben 72 nach vorne aus der Kolbenkamaer heraus bewegt und gleich-

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zeitig die Rückstellkraft der Feder 102 überwunden wird. Diese Vorwärtsbewegung des Kolbens 72 bewirkt ein Absenken des Gasdrucks innerhalb der Kolbenkammer, wodurch das Saugventil 40 öffnet und das Kühlgas aus dem geschlossenen Gehäuse 12 über die Saugleitung 48, die Saugkammer 46, die Saugbohrung 54, die Saugöffnung 56 und das nun geöffnete Saugventil 40 in die Kolbenkammer eingeführt wird. Im Verlauf dieses ArbeitsSchrittes bleibt das Ablaßventil 42 geschlossen, da der Gasdruck in der Ablaßkammer 66 über dem Druck in der Kolbenkammer liegt.

Nachdem die Erregung des Statorkerns 82 aufgehört hat, verschwindet die elektromagnetische Anziehung und der Kolben 72 gerät-unter den Einfluß der Rückstellkraft der Feder 102. Das heißt, die Feder 102 bewegt den Kolben 72 nach rückwärts in die Kolbenkammer hinein, und diese Rückwärtsbewegung des Kolbens 72 führt zu einem Anstieg des Gasdruckes innerhalb der Kolbenkammer. Nachdem der Gasdruck innerhalb der Kolbenkammer über den Druck in der Saugöffnung angestiegen ist, schließt das Saugventil 40. Gleichzeitig mit diesem Arbeitsschritt wird das Ablaßventil 42 geöffnet und das verdichtete Gas in der Kolbenkammer wird üoer das jetzt geöffnete Ablaßventil 42, die Ablaßöffnung 66, die Ablaßbohrung 68, die Ablaßkammer 58 und die Ablaßleitung 60 in das Kühlsystem abgelassen. Nach erfolgter Zirkulation innerhalb des Kühlsystems kehrt das

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Kühlgas über das Rückführrohr 112 wieder in das Innere des geschlossenen Gehäuses 12 zurück.

Die Schmierung des Kolbens und seiner Gleitflächen erfolgt im Verlauf dieser Rückführung des Kühlgases in das Innere des geschlossenen Gehäuses 12. Da die untere Öffnung 116 des vertikalen Rohres 118 ausreichend tief unterhalb des Ölspiegels 114 angeordnet ist und die obere Öffnung 120 ausreichend weit über den Ölspiegel 114 hinausreicht, besteht zwischen den beiden Öffnungen 116 und 120 eine Druckdifferenz; infolge dieser Druckdifferenz strömt der größte Teil des aus dem Rückführrohr 112 austretenden Gases zu der oberen Öffnung 120 und wird von dort in das Innere des geschlossenen Gehäuses 12 abgelassen. Diese vorherrschende Gasströmung zur oberen Öffnung 120 erzeugt gleichzeitig eine Saugwirkung an der unteren Öffnung 116 des vertikalen Rohres, und das auf diese Weise in das vertikale Rohr eingesaugte Öl vermischt sich mit dem rückgeführten Gas und bildet einen Ölnebel. Unter Beibehaltung dieses nebeiförmigen Zustandes werden die feinen Öltröpfchen vom Gasstrom mitgerissen und durch das vertikale Rohr 118 zur oberen Öffnung 120 bewegt; beim Erreichen der oberen Öffnung 120 tritt aufgrund der unterschiedlichen spezifischen Gewichte eine Trennung von Gas und Öl ein, und das öl tropft nach unten in das Ölreservoir 122, das mit der Verschlußplatte 62 der Ablaßkammer 58 und den umgebenden

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Seitenwänden gebildet wird. Bei dieser erläuterten Ausführungsform fließt das in das Ölreservoir 122 gelangte Öl über die Ölzuführungen 124 und 125 und die vordere Stirnfront 126 des zylindrischen Abschnitts 34 auf den sich hin- und herbewegenden Kolben 72 und wird mit diesem zu den G-leitflächen zwischen dem Kolben 72 und dem zylindrischen Abschnitt 34 des Pumpenkörpers 36 bewegt.

Im Hinblick auf die obigen, ausführlichen Erläuterungen ergeben sich somit bei Anwendung der vorliegenden Erfindung die nachstehend aufgeführten Vorteile.

a) Da infolge der symmetrischen Anordnung der Flächen 70 und der Paßflächen 96 eine perfekte Ausrichtung zwischen zylind- ' rischem Abschnitt 34 und Statorkern 82 gewährleistet ist, führen der Kolben 72 und der Anker 86 eine beständige Hin- und Herbewegung aus, wobei die präzise Ausrichtung mit dem Statorkern 82 erhalten bleibt. Auf diese Weise treten am Anker 86 im wesentlichen keine einseitigen Belastungen auf, die ansonsten von dem magnetischen Kraftfluß, der im rechten Winkel zur Bewegungsrichtung des Ankers 86 veiläuft, ausgehen wurden. Dies beseitigt nachteilige Auswirkungen auf die Lebensdauer des Kolbens und der dazugehörigen Teile als Folge einseitiger elektromagnetischer Belastung.

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b) Nachdem die Flächen 70 am Pumpenkörper 36 und die Paßflächen 96 am Statorkern 82 in symmetrischer Anordnung aufeinandergelegt worden sind, ist keine weitere "besondere aufwendige Arbeit erforderlich, um die Ausrichtung zwischen dem Pumpenkörper 36 und dem Statorkern 82 zu gewährleisten; dadurch wird der Zusammenbau des Kompressors wesentlich vereinfacht.

c) Dank der erläuterten Ausnutzung der Druckdifferenz zwischen den beiden Öffnungen 116 und 120 des vertikalen Rohres 118 kann die Schmierung des Kolbens und der dazugehörigen Teile in der gleichen guten Weise erfolgen, wie das bei üblichen Schmiersystemen mit einer rotierenden Welle über die rotierende Welle des Antriebsmotors erfolgt* Diese gute Schmierung gewährleistet eine lange Lebensdauer des geschlossenen Kompressors zur Verdichtung von Kühlgas.

d) Das an der oberen Öffnung 120 des vertikalen Rohres 118 angelangte Öl tropft von dort in das Ölreservoir 122, das auf der Oberseite des Pumpenkörpers 36 gebildet ist, und versorgt von dort die G-leitflachen des Kolbens, um eine befriedigende Schmierung zu gewährleisten. Sogar dann, wenn der Ölnachschub aus dem vertikalen Rohr unterbrochen ist, bleibt eine gleichmäßige, befriedigende Versorgung der Gleitflachen mit Öl gewährleistet, da das Öl zuerst in einem Reservoir auf-

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■bewahrt wird und von dort weiterströmt, wenn die Aufnahmefähigkeit des Reservoirs überschritten ist.

e) Das Ölreservoir 122 ist gerade oberhalb der Ablaßkammer 58 angeordnet. Da die Temperatur des in der Kolbenkammer komprimierten und anschließend in der Ablaßkammer 58 geführten Gases sehr hoch ist, wird das in dem Ölreservoir aufbewahrte Öl beständig erwärmt, so daß das mit dem aufbewahrten Öl vermischte Gas aus diesem ausgetrieben wird. Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, daß in dem Ölreservoir eine vollständige Trennung von Gas und Schmieröl stattfindet, und daß das abgetrennte Gas über die Ansaugleitung 4-8 wieder dem Verdichtungssystem zugeführt wird. Daraus ergibt sich, daß eine nicht erwünschte Einführung des Schmieröles sowohl in das Verdichtungssystem wie in das Gaszirkulationssystem wirksam vermieden werden kann. Auf der anderen Seite enthält das, dem Schmiersystem zugeführte Öl kein Kühlgas, weshalb auch das im Inneren des geschlossenen Gehäuses 12 befindliche Öl im wesentlichen frei von Kühlgas ist. Wäre dies nicht der Pail, so würde das im Öl enthaltene Kühlgas zahlreiche Blasen oberhalb des Ölspiegels bilden, wenn der Kompressor in Betrieb genommen wird, und diese Blasen könnten das Innere des geschlossenen Gehäuses 12 vollständig ausfüllen; damit wäre jedoch selbstverständlich eine Einführung von Schmieröl in das Verdi chtungs sys tem und das Gaszirkulationssystem ver-

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bunden.

f) Da der erfindungsgemäße Kompressor eine sehr kompakte Bauweise aufweist, kann dieser vorteilhaft in solchen Geräten wie beispielsweise Kühlschränken, verwendet werden, da lediglich wenig freier Raum zum Einbau des Kompressors erforderlich ist.

g) Im Vergleich mit üblichen Kompressoren für Kühlsysteme, welche einen Rotationsantrieb aufweisen, erfordert der erfindungsgemäße Kompressor eine geringere Anzahl mechanischer Teile. Dies ist naturgemäß mit geringeren Herstellungskosten und einer einfachereren mechanischen Wartung verbunden.

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Claims

BLUMBACH · WESER · BERGEN · KRAMER

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MAN DESIGN CO. LTD. 75/87^1

Tokyo, Japan

Patentansprüche

1J Geschlossener, elektromagnetischer Kompressor, insbesondere für Kühlsysteme, mit einem geschlossenen Gehäuse, in aem sich eine bestimmte Menge Schmieröl befindet, und mit einer gegenseitig ausgerichteten Anordnung von einer Pumpe innerhalb eines Pumpenkörpers mit einem elektromagnetischen Antrieb, welche schwebend innerhalb des geschlossenen Gehäuses gehalten wird, wobei der elektromagnetische Antrieb in axialer Ausrichtung mit dem .Pumpenkörper verbunden ist und wenigstens einen Statorkern und einen Anker umfaßt, der Statorkern über einen Halbwellengleichrichter mit einer Wechselstromquelle verbunden ist, und der Anker, der

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München: Krarnor ■ Dr.Weser · Hfrsch — Wiesbaden: Blumbach · Dr. Bergen · Zwiiner

einstückig mit einem Kolben verbunden ist, für den Betrieb der Druckpumpe in Richtung der Kompressorachse, quer zu den vom Statorkern erzeugten, induzierenden magnetischen Feldlinien eine Hin- und Herbewegung ausführt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Schmierung der Gleitflächen des Kolbens innerhalb des Pumpenkörpers besondere Mittel vorgesehen sind, nämlich ein vertikal ausgerichtetes Rohr (118), das in Strömungsrichtung mit der Rückführleitung (112) für das zu verdichtende Gas verbunden ist, und zwei Öffnungen (116) und (12o) aufweist, nämlich die obere Öffnung (120), die oberhalb des Ölspieg*els (114) in dem geschlossenen Gehäuse (12) angeordnet ist, und eine untere Öffnung (116), die unterhalb des Ölspiegels (114) angeordnet ist, ferner eine Aushöhlung (122), die in der oberen Oberfläche des Pumpenkörpers (36) ein Ölreservoir (122) bildet, das gerade unterhalb der oberen Öffnung (120) des vertikalen Rohres (118) angeordnet ist, und weiterhin Ölführungen (124) und (125), über welche das Öl aus dem Reservoir (122) zu der Gleitfläche für den Kolben (72) innerhalb des Pumpenkörpers (36) geführt wird.
2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur gegenseitigen Ausrichtung von elektromagnetischem Antrieb (80) und Pumpe (30) die vordere Stirnfront des Pumpenkörpers (36) mehrere paarweise Paßflächen (70) aufweist, welche hin-
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sichtlich ihrer Form und Anordnung ,"jeweils symmetrisch zur Kompressorachse ausgerichtet sind, und die rückwärtige, dem Pumpenkörper (36) am nächsten kommende Front des Statorkerns (82) eine entsprechende Anzahl paarweiser Paßflächen (96) aufweist, welche hinsichtlich ihrer Form und Anordnung ebenfalls symmetrisch zu der Kompressorachse ausgerichtet sind, wobei die Paßflächen (70) am Pumpenkörper (36) in der V/eise geformt und angeordnet sind, daß sie an entsprechenden Paßflächen (96) am Statorkern (82) bündig anliegen.
5. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ölreservoir (122) in der Nähe der Ablaßkammer (58), aus der verdichtetes Gas austreten kann, angeordnet ist und eine Aushöhlung im Pumpenkörper (36) darstellt.

4. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (72) in seiner Außenwand wenigstens zwei kreisförmig umlaufende Nuten (72a) und (72b) aufweist, die in axialer Richtung versetzt zueinander angeordnet und zur Aufnahme von Schmieröl bestimmt sind.

5. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölzuführungen aus einer Rinne (124) und (125) in der äußeren Oberfläche des Pumpenkörpers (36) oder aus einer durchgehenden Bohrung innerhalb des Pumpenkörpers (36) bestehen,

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wobei die durchgehende Bohrung am Ölreservoir (122) "beginnt und an der Gleitfläche für den Kolben (72) innerhalb des Pumpenkörpers (36) endet.

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