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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Federstützkonstruktion für einen
Hubkolbenverdichters, wie er im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben ist.
Solch eine Konstruktion ist beispielsweise aus der US-A-3788778
oder der US-A-3813192 bekannt.
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Allgemein
soll ein Hubkolbenverdichter ein Gas ansaugen, verdichten und ablassen,
während ein
Kolben eine Hubbewegung innerhalb eines Zylinders macht.
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1 ist
eine senkrechte Schnittansicht eines Hubkolbenverdichter gemäß dem Stand
der Technik.
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Wie
in 1 gezeigt ist, beinhaltet der herkömmliche
Hubkolbenverdichter einen geschlossenen Behälter 10, in dem ein
Saugrohr (SP) und ein Ablassrohr (DP) miteinander in Verbindung
stehen, einen Hubmotor 20, der im Innern des geschlossenen
Behälters 10 befestigt
ist, eine Verdichtereinheit 30, die in dem geschlossenen
Behälter 10 installiert ist
und ein Gas ansaugt, verdichtet und ablässt, eine Rahmeneinheit 40,
die den Hubmotor 20 und die Verdichtereinheit 30 abstützt, und
eine Federeinheit 50, die elastisch den Anker des Hubmotors 20 in
eine Bewegungsrichtung abstützt
und eine Resonanz anregt.
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Der
Hubmotor 20 beinhaltet einen Stator 21, der aus
einem inneren Stator 21A und einem äußeren Stator 21B besteht,
und einen Anker 22, der in einen Luftspalt zwischen dem
inneren Stator 21A und dem äußeren Stator 21B eingesetzt
ist und eine Hubbewegung zusammen mit einem Kolben 31 durchführt (was
noch beschrieben wird).
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Die
Verdichtereinheit 30 beinhaltet den Kolben 31,
der eine Hubbewegung dadurch durchführt, dass er mit einem Magnetstützelement 22A des
Hubmotors 20 verbunden ist, einen Zylinder 32,
der an einem vorderen Rahmen 41 befestigt ist, so dass
der Kolben 31 gleitfähig
darin eingesetzt ist und zusammen mit dem Kolben 31 ein
Verdichtungsraum bildet, ein Ansaugventil 33, das am vorderen
Ende des Kolbens 31 angebracht ist und ein Gasloch 31b des
Kolbens 31 öffnet
oder schließt,
um die Gasansaugung zu beschränken,
und eine Auslassventilanordnung 34, die an der vorderen
Stirnfläche
des Zylinders 32 angebracht ist, um den Verdichtungsraum abzuschließen und
das Austreten eines verdichteten Gases einzuschränken.
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Die
Rahmeneinheit 40 beinhaltet einen vorderen Rahmen 41 der
abstützend
die Vorderseite des inneren Stators 21A und des inneren
Stators 21B berührt,
mit welchen der Zylinder 32 auf eingesetzte Weise verbunden
ist, einen mittleren Rahmen 42, der abstützend die
Rückseite
des äußeren Stators 21B berührt, und
einen hinteren Rahmen 43, der mit dem mittleren Rahmen 42 verbunden
ist, um die Rückseite
der hinteren Feder 52 abzustützen (was noch beschrieben
werden wird).
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Die
Federeinheit 50 beinhaltet eine vordere Feder 51,
deren beide Enden an der vorderen Stirnfläche eines Verbindungsbereichs
des Ankers 22 und des Kolbens 31 und dessen entsprechender
Innenstirnfläche
der vorderen Rahmens 41 abgestützt sind, um so in den äußeren Umfang
des Zylinders 32 eingesetzt zu sein, und eine hintere Feder 52,
deren beide Enden an einer hinteren Stirnfläche des Verbindungsbereichs
des Ankers 22 und des Kolbens 31 und dessen entsprechender
vorderer Stirnfläche
des hinteren Rahmens 43 abgestützt sind.
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Die
Arbeitsweise des herkömmlichen
Hubkolbenverdichters, der wie zuvor beschrieben aufgebaut ist, wird
nachfolgend erläutert.
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Wenn
an den äußeren Stator 21B des
Hubmotors 20 Energie angelegt wird und ein Fluss zwischen
dem inneren Stator 21A und dem äußeren Stator 21B erzeugt
wird, wird der Anker 22, der in einem Luftspalt zwischen
dem inneren Stator 21A und dem äußeren Stator 21B angeordnet
ist, in Flussrichtung bewegt, um kontinuierlich eine Hubbewegung aufgrund
der Federeinheit 50 durchzuführen, und folglich macht der
Kolben 31, der mit dem Anker 22 verbunden ist,
eine Hubbewegung innerhalb des Zylinders 32, so dass das
Volumen des Verdichtungsraums sich ändert und ein Kühlmittel
in den Verdichtungsraum gesaugt wird, darin verdichtet wird und daraus
abgelassen wird.
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Beim
Ansaughub des Kolbens wird das Kühlmittelgas
in den geschlossenen Behälter 10 durch das
Ansaugrohr (SP) angesaugt, durchströmt ein Gasflussdurchgang 31a und
das Gasloch 31b des Kolbens 31 und öffnet das
Ansaugventil 33, um so in den Verdichtungsraum gesaugt
zu werden, und in einem Verdichtungshub des Kolbens wird das Gas
auf einen vorgegebenen Druck verdichtet, um dann über das
Auslassrohr (DP) durch Öffnen
der Auslassventilanordnung 34 auszutreten. Die Abfolgen
von Vorgängen
werden wiederholt durchgeführt.
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Jedoch
weist der herkömmliche
Hubverdichter ein Problem auf.
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Das
heißt,
da die vordere Feder 51 und die hintere Feder 52 in
einem geraden Verlauf mit dem Anker 22 dazwischen angeordnet
sind, wie in 2 gezeigt ist, sollte die Länge in Horizontalrichtung
(L) der Feder wenigstens der Summe der Länge (L1) der vorderen Feder 51 und
der Länge
(L2) der hinteren Feder 52 entsprechen, was zu dem Problem
führt, dass
die horizontale Länge
des Verdichters verlängert
ist.
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Des
Weiteren handelt es sich sowohl bei der vorderen Feder 51 als
auch der hinteren Feder 52 um zusammendrückbare Spiralfedern,
welche eine Eigenschaft des Verbiegens in radialer Richtung haben,
während
sie in der Wickelrichtung versetzt werden, wenn sie zusammengedrückt angespannt
werden. Somit, wenn der Anker 22 und der Kolben 31 eine
Hubbewegung durchführen,
schwingen sie in radialer Richtung aufgrund der Eigenschaften der
vorderen Feder 51 und der hinteren Feder 52, durch
die sie abgestützt
werden, was dazu führt,
dass die allgemeine Zuverlässigkeit
des Verdichters beeinträchtigt ist.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Folglich
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Federstützkonstruktion
eines Hubkolbenverdichters bereitzustellen, die in der Lage ist,
die horizontale Länge
eines Verdichters zu verringern.
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Eine
andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Federstützkonstruktion
eines Hubkolbenverdichters bereitzustellen, die in der Lage ist, Schwingungen
in radialer Richtung dadurch zu verringern, dass eine Spiralfeder
elastisch einen Anker und einen Kolben eines Verdichters abstützt, und
die Stabilität
des Verdichters zu verbessern.
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Um
dies und andere Vorteile zu erreichen und in Übereinstimmung mit dem Zweck
der vorliegenden Erfindung, wie hierin ausgeführt und umfassend beschrieben
ist, wird eine Federstützkonstruktion
für einen
Hubkolbenverdichter wie in Anspruch 1 spezifiziert bereitgestellt.
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Die
zuvor genannten und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile
der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden, detaillierten Beschreibung
der vorliegenden Erfindung und im Zusammenspiel mit den begleitenden
Figuren deutlicher werden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER FIGUREN
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Die
begleitenden Figuren, die mit dem Ziel beigefügt sind, ein besseres Verständnis der
Erfindung bereitzustellen und die in die Beschreibung eingearbeitet
sind und ein Teil dieser Beschreibung darstellen, veranschaulichen
Ausführungsformen
der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erklärung der
erfindungsgemäßen Prinzipien.
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In
den Figuren ist Folgendes dargestellt:
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1 ist
eine senkrechte Schnittansicht eines Hubkolbenverdichters gemäß dem Stand
der Technik;
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2 ist
eine schematische Ansicht, die die Gesamtlänge einer Feder des Hubkolbenverdichters gemäß dem Stand
der Technik zeigt;
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3 ist
eine senkrechte Schnittansicht, die ein Beispiel eines Hubkolbenverdichters
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4 ist
eine senkrechte Schnittansicht, die einen Zustand der Federabstützung in
dem Hubkolbenverdichter gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5 ist
eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel der Federabstützung des
Hubkolbenverdichters gemäß der bevorzugten
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 ist
eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie 'I-I' aus 5 gemäß der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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7 ist
eine Abwandlung der Federabstützung
des Hubkolbenverdichters gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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8 ist
eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie 'II-II' aus 7 gemäß der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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9 ist
eine schematische Ansicht, die die Gesamtlänge einer Feder des Hubkolbenverdichters gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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10 ist
eine Aufsicht, die die wechselseitige Verbindung des Federabstützung und
der Feder des Hubkolbenverdichters gemäß der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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11 ist
eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie 'III-III' aus 10 gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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BESTE AUSFÜHRUNGSFORM
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Im
Folgenden wird im Detail Bezug genommen auf die bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung; Beispiele hierzu sind in den begleitenden
Figuren veranschaulicht. 3 ist eine senkrechte Schnittansicht,
die ein Beispiel eines Hubkolbenverdichters gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt, und 4 ist eine
senkrechte Schnittansicht, die einen Zustand der Abstützung durch
eine Feder in dem Hubkolbenverdichter gemäß der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Wie
in den 3 und 4 gezeigt ist, beinhaltet eine
Federstützkonstruktion
eines Hubkolbenverdichters der vorliegenden Erfindung eine Federabstützung 100,
die an einem Verbindungsbereich (nicht gezeigt) zwischen einem Anker 22 des
Hubmotors 20 und einem Kolben 31, der mit dem
Anker 22 verbunden ist, um so die Hubbewegung zusammen mit
dem Anker 22 durchzuführen,
befestigt ist, vordere Federn 51 und hintere Federn 52,
die sich respektive an beiden Seiten der Federabstützung 100 abstützen und
die Hubbewegung des Ankers 22 und des Kolbens 31 führen.
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Die
Federabstützung 100 beinhaltet
einen Stützkörper 110,
der an dem Verbindungsbereich befestigt ist, vordere Stützen 120,
die einstückig
mit dem Stützkörper 110 ausgebildet
sind, um die vorderen Federn 51 parallel abzustützen und
hintere Stützen 130,
die zusammen mit den vorderen Stützen 120 einstückig mit
dem Stützkörper ausgebildet
sind und die hinteren Federn 52 parallel abstützen.
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5 ist
eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel von Federabstützungen
des Hubkolbenverdichters gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Wie
in 5 gezeigt ist, sind die vorderen Stützen 120 und
die hinteren Stützen 130 in
beide Richtungen bezogen auf eine senkrechte Mittellinie des Stützkörpers 110 offen,
wobei die Stützen,
die mit einer Seite der vorderen Federn 51 verbunden sind,
die vorderen Stützen 120 bilden,
und die Stützen,
die mit einer Seite der hinteren Federn 52 verbunden sind,
die hinteren Stützen 130 bilden.
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Mehrere
vordere Stützen 120 und
hintere Stützen 130 (vier
Stück)
sind in gleichen Abständen, einander
zugewandt bezogen auf die Mittelachse des Stützkörpers 110, ausgebildet.
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6 ist
eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie 'I-I' aus 5 gemäß der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Wie
in 6 gezeigt ist und bei Betrachtung von jeder Seite,
beinhalten die vorderen Stützen 120 und
die hinteren Stützen 130 Neigungsflächenbereiche 121 und 131,
die um etwa 45° bezogen
auf eine senkrechte Mittellinie des Stützkörpers 110 gebogen sind
und senkrechte Bereiche 122 und 132, die wieder
an den Neigungsflächenbereichen 121 und 131 abgewinkelt
sind.
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In
diesem Fall können
jedoch die Stützen 120 und 130 so
ausgebildet sein, dass sie einen horizontalen Bereich (nicht dargestellt)
und einen senkrechten Bereich (nicht dargestellt) ohne solch einen Neigungsflächenbereich
aufweisen.
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7 ist
eine Abwandlung der Federabstützung
des Hubkolbenverdichters gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, und 8 ist eine
Schnittansicht entlang der Schnittlinie 'II-II' aus 7 gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Wie
in den 7 und 8 gezeigt ist, sind die hinteren
Stützen 230 in
derselben senkrechten Linie wie die des Stützkörpers 210 angeordnet,
wohingegen die vorderen Stützen 220 so
ausgebildet sein können,
dass sie einen senkrechten Bereich 221, der rechtwinklig
nach hinten gebogen ist, und einen horizontalen Bereich 222,
der wieder rechtwinklig vom senkrechten Bereich 221 abgewinkelt
ist, beinhalten.
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Oder
umgekehrt, die vorderen Stützen 220 können in
derselben senkrechten Linie wie die des Stützkörpers 210 angeordnet
sein, wobei die hinteren Stützen 230 so
ausgebildet sein können,
dass sie rechtwinklig angewinkelt sind.
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Beide
Fälle werden
unter Berücksichtigung des
Installationsraums der Federn 51 und 52 vorgeschlagen.
Somit falls der Raum zur Installation der Federn 51 und 52 ausreichend
ist, kann eine der Stützen 220 und 230 schräg abgewinkelt
sein.
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Es
wird bevorzugt, Befestigungsvorsprünge 120a, 220a, 130a und 230a an
jeder Stützfläche der vorderen
Stützen 120 und 220 und
der hinteren Stützen 130 und 230 auszubilden,
um ein Ende der vorderen Federn 51 und der hinteren Federn 52 einzupressen
und zu befestigen.
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Die
vorderen Federn 51 und die hinteren Federn 52 sind
alle zusammendrückbare
Spiralfedern. Die anderen Enden der vorderen Federn 51 werden straft
gespannt durch den vorderen Rahmen 41 oder den mittleren
Rahmen 42 der Rahmeneinheit 40 abgestützt, wo
der Hubmotor 20 befestigt ist, und die anderen Enden der
hinteren Federn 52 werden straff gespannt durch die innere
Fläche
des hinteren Rahmens 43, der mit der Rückseite des Hubmotors 20 verbunden
ist, abgestützt.
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9 ist
eine schematische Ansicht, die die Gesamtlänge einer Feder des Hubkolbenverdichters gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Wie
in 9 gezeigt ist, ist ein Ende der vorderen Federn 51,
die an den vorderen Stützen 120 und 220 befestigt
sind, und ein Ende der hinteren Federn 52, die an den hinteren
Stützen 130 und 230 befestigt
sind, sind so angeordnet, dass sie sich in einem vorgegebenen Bereich überlappen,
da die vorderen Stützen 120 und 220 und
die hinteren Stützen 130 und 230 jeweils
in Richtung der gegenüberliegenden
Seite zueinander abgewinkelt sind.
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10 ist
eine Aufsicht, die eine wechselseitige Verbindung der Federabstützung und
der Feder des Hubkolbenverdichters gemäß der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt, und 11 ist
eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie 'III-III' aus 10 gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Wie
in den 10 und 11 gezeigt
ist, wird es bevorzugt, dass die Enden (a) jedes Federverlaufs der
Federn 51 und 52 symmetrisch angeordnet sind,
um zur mittleren Achse des Stützkörpers 110 ausgerichtet
zu sein.
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Den
mit den Elementen des Standes der Technik übereinstimmenden Elementen
wurden dieselben Bezugszeichen gegeben.
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Ein
Bezugszeichen 10 bezeichnet einen geschlossenen Behälter, 21A und 21B bezeichnen
einen inneren Stator und einen äußeren Stator, 30 bezeichnet
eine Verdichtereinheit, 32 bezeichnet einen Zylinder, 33 bezeichnet
ein Ansaugventil, 34 bezeichnet eine Auslassventilanordnung,
SP bezeichnet ein Ansaugrohr, und DP bezeichnet ein Auslassrohr.
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Die
allgemeine Arbeitsweise des Hubkolbenverdichters der vorliegenden
Erfindung entspricht der des Standes der Technik.
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Das
heißt,
wenn der Hubmotor 20 mit Energie versorgt wird, und ein
Fluss am Stator 21 erzeugt wird, wird der Anker 22 in
Richtung des Flusses zusammen mit dem Kolben 31 bewegt,
um eine lineare Hubbewegung aufgrund der Federeinheit 50 durchzuführen. Gleichzeitig
während
der Kolben 31 eine Hubbewegung im Innern des Zylinders 32 durchführt, wird
ein Druckunterschied im Verdichtungsraum des Zylinders 32 erzeugt.
Aufgrund des Druckunterschieds wird Kühlmittelgas in den Verdichtungsraum des
Zylinders 32 über
den Gasdurchfluss 31a des Kolbens 31 angesaugt,
verdichtet und abgelassen. Die Abläufe von Vorgängen werden
wiederholt durchgeführt.
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Dabei
sind die vorderen Federn 51 und die hinteren Federn 52 alternierend
angeordnet, und das hintere Ende der vorderen Feder 51 ist
so angeordnet, dass es das vordere Ende der hinteren Feder 52 überlappt,
so dass die Länge
(L') von dem vorderen Ende
der vorderen Feder 51 zu dem hinteren Ende der hinteren
Feder 52 kürzer
als die Länge
gemäß der Summe
der Länge
(L1) der vorderen Feder 51 und der Länge (L2) der hinteren Feder 52 ist.
Somit ist die horizontale Länge
des Verdichters auf ein kompaktes Maß reduziert.
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Des
Weiteren sind die vorderen Federn 51 und die hinteren Federn 52 in
gleichen Abständen angeordnet
und die Enden (a) der Federverläufe
der Federn 51 und 52 sind symmetrisch angeordnet, dass
sie zur Mittelachse des Stützkörpers 110 gerichtet
sind, so dass wenn die Federn 51 und 52 zusammengedrückt werden,
Tendenzen, dass die Federn zur Seite gebogen werden und in radialer
Richtung in Schwingung versetzt werden, untereinander ausgeglichen
werden, und somit der Anker 22 und der Kolben 31 stabil
hin- und herbewegt werden können. Des
Weiteren, da Verschleiß,
der zwischen den Federn 51 und 52, der Federabstützung 100 und
der Rahmeneinheit 40 während
die Federn 51 und 52 sich drehen, auftritt, verzögert werden
kann, kann die Zuverlässigkeit
des Verdichters verbessert werden.
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Wie
soweit beschrieben, weist die Federstützkonstruktion des Hubkolbenverdichters
viele Vorteile auf.
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Das
heißt
beispielsweise, da die vorderen Federn und die hinteren Federn,
die elastisch sowohl den Anker als auch den Kolben abstützen, parallel angeordnet
sind, um sich gegenseitig für
einen gewissen Bereich zu überlappen,
wird die horizontale Länge
der Feder verringert, was dazu führt,
dass der Verdichter kompakt gehalten werden kann.
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Des
Weiteren, da die diversen Federverläufe symmetrisch angeordnet
sind, wird ein Verbiegen, das aufgrund der Eigenschaften der Spiralfeder
auftritt, ausgeglichen, um die Schwingung des Verdichters in radialer
Richtung zu verringern sowie ein Verschleiß der vergleichsweise harten
Federabstützung zu
verhindern. Im Ergebnis kann die Zuverlässigkeit des Verdichters verbessert
werden.
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Die
vorliegende Erfindung kann in diversen Ausgestaltungen verwirklicht
werden, falls nicht vom Umfang der beigefügten Ansprüche abgewichen wird.