-
Gebiet der
Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Kolbenschmiersystem
für einen
Kolbenverdichter der Art, der mit einem Linearmotor angetrieben
und in Kleinkühlgeräten, wie
Kühlschränken, Gefrierschränken, Wasserspendern
usw. verwendet wird, und insbesondere auf das Schmiersystem eines
Kolbens mit einem vertikalen Schaft für die oben erwähnte Art
eines Kolbenverdichters, wie dies im Oberbegriff des Anspruchs 1
näher angegeben
ist. Ein solches System ist z. B. aus der WO 97/01033 bekannt.
-
Hintergrund
der Erfindung
-
Bei
einem Verdichter der von einem Linearmotor angetriebenen Art werden
die Vorgänge
des Gasverdichtens und des Gasansaugens durch die Axialbewegung
eines Kolbens in einem Zylinder, der mit einem Zylinderkopf verschlossen
und in einem hermetisch geschlossenen Gehäuse montiert ist, durchgeführt, wobei
im Zylinderkopf ein Auslaßventil und
ein Ansaugventil angeordnet sind, die das Ein- und Auslassen von
Gas im Zylinder steuern. Der Kolben wird von einer Betätigungseinrichtung
angetrieben, die magnetische Bauteile aufweist, wie eine elektrisch
leitende Spule, die einem Magnetfeld ausgesetzt ist, welches durch
ein magnetisches Teil, wie einen Magneten, erzeugt wird, und die
in Wirkverbindung mit einem am Gehäuse des Verdichters befestigten
Linearmotor steht.
-
Diese
Bauarten weisen allgemein zwei Schraubenfedern unter konstantem
Druck auf, die betätigbar
an der Betätigungseinrichtung
montiert sind, wobei sie jeweils an einer benachbarten Fläche der
letzteren sitzen. Der Kolben, die beweglichen Teile der Betätigungseinrichtung,
die magnetischen Bauteile und die Schraubenfedern bilden zusammen die
Resonanzanordnung des Verdichters, die vom Linearmotor angetrieben
wird und die Funktion hat, eine hin- und hergehende Linearbewegung
zu entwickeln, wodurch die Bewegung des Kolbens im Inneren des Zylinders
eine Verdichtungswirkung auf das vom Ansaugventil eingelassene Gas
ausübt,
bis ein Punkt erreicht ist, an dem das Gas durch das Auslaßventil
zur Hochdruckseite hin ausgelassen wird.
-
Die
Hin- und Herbewegung des Kolbens erfordert ein Schmiersystem zum
Minimieren von Reibung und Verschleiß, um eine angemessene Leistung
des Verdichters sicherzustellen.
-
Bei
aus dem Stand der Technik bekannten Bauweisen erfolgt die Zufuhr
von Schmieröl
zum Zylinder und zum Kolben durch ein Schmiersystem, das mit dem
Prinzip der Zentrifugalkraft und des mechanischen Strömungswiderstandes
mit im Zylinder enthaltenen Kanälen
arbeitet, wie dies z. B. im Dokument PI0004286-2 derselben Anmelderin
oder in den Dokumenten WO97/01032 und WO97/01033 dargestellt ist.
Diese Kanäle
sind aufgrund des schwierigen Zugangs zum geschmierten Bereich von
komplexer Bauweise und erfordern eine sorgfältige Abdichtung, da sie durch
einige Bauteile hindurchlaufen.
-
Bei
einer der bekannten Lösungen
ist es zum Zuführen
von Öl
zur Kolben/Zylinder-Baugruppe erforderlich, das Verdichter-Ansauggas
zum Fließen
zu bringen, was einen geringfügigen
Druckunterschied gegenüber
dem Ölsumpf
erzeugt, um das Öl
durch ein Kapillarrohr anzusaugen und es dabei mit dem vom Verdichter
angesaugten Gas zu vermischen, wobei das Gemisch durch das Ansaugventil
in den Zylinder eingelassen wird, so daß das Öl die Kontaktbereiche zwischen
dem Kolben und dem Zylinder schmiert. Abhängig vom geringen Gasfluß, der in
gewissen Situationen vom Verdichter angesaugt wird, weist diese
Bauart hinsichtlich der Schmierung eine geringe Effizienz auf.
-
Bei
einer anderen bekannten Bauweise (WO97/01033) werden die Verdichtungs-
und Ansaugkräfte
des Kolbens dazu genutzt, das Schmieröl durch ein Kapillarrohr aus
dem Sumpf in ein oberes Reservoir zu verdrängen, das um den Zylinder herum gebildet
ist, wobei dieses obere Reservoir mit dem Inneren des Zylinders über eine
Vielzahl von Öffnungen
verbunden ist, die in dessen Wand ausgebildet sind und die zum Einlaß von Öl in den
Kolben-Zylinder-Spalt, wenn der Kolben die Ansaugbewegung ausführt, und
zum Auslaß des Öls dienen,
wenn der Kolben die umgekehrte Bewegung ausführt. Das Öl wird zu einer Reihe von Kanälen hin
ausgelassen, die in der Ventilplatte des Verdichters ausgebildet
sind und den Ansaugstrom weiter zuführen, was bewirkt, daß das Öl wieder
in den Zylinder eintritt.
-
Eine
andere bekannte Lösung (WO97/01032)
arbeitet mit einer mitschwingenden Masse, die sich im Inneren eines
Hohlraums, der in der Außenseite
des Zylinders ausgebildet ist, hin und her bewegt, wobei diese mitschwingende
Masse, während
sie sich in eine Richtung bewegt, Öl aus dem Sumpf abzieht, wobei
das Öl,
das durch ein Rohr und durch ein Rückschlagventil fließt, das
nur das Einlassen von Öl
in den Hohlraum gestattet, wobei letzterer mit dem Inneren des Zylinders über eine Vielzahl
von in dessen Wand ausgebildeten Öffnungen verbunden ist. Das Öl in dem
Hohlraum wird ausgestoßen,
wenn sich die mitschwingende Masse in die andere Richtung bewegt,
und fließt
durch ein Rückschlagventil,
das nur das Auslassen von Öl
aus dem Hohlraum zuläßt. Diese
Lösung
ist zwar funktional, aber schwierig herzustellen, und ihr Aufbau
weist viele Bauteile auf.
-
Ziele der
Erfindung
-
Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Kolbenschmiersystem
für einen
Kolbenverdichter mit einfachem Aufbau bereitzustellen, das eine
kontinuierliche und ausreichende Schmierung des Kolbens und des
Zylinders ergibt, wobei die Schmierung ohne Bereitstellung von Kanälen zum Hindurchleiten
von Öl
durch den Zylinder erhalten werden kann.
-
Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kolbenschmiersystem
für einen
Kolbenverdichter bereitzustellen, das neben den oben erwähnten Merkmalen
das Erreichen einer Schmierung mit minimaler Druckbeaufschlagung
im Bereich zwischen der äußeren Seitenwand
des Kolbens und der inneren Seitenwand des Zylinders gestattet.
-
Diese
Ziele und andere werden durch ein Kolbenschmiersystem für einen
Kolbenverdichter mit einem Linearmotor der Art erreicht, die folgendes
umfaßt:
ein hermetisches Gehäuse,
das in seinem Inneren einen Ölsumpf
festlegt und an dem ein Zylinder befestigt ist, in dessen Innerem
ein hin und her laufender Kolben aufgenommen ist, der einen Kopfbereich
und einen Schaftbereich aufweist, welcher mit dem Zylinder einen
Radialspalt festlegt, und eine Pumpeinrichtung, die Schmieröl vom Ölsumpf zum Radialspalt
fördert,
wobei das System mindestens einen Ölzuführkanal, der ein mit der Pumpeinrichtung gekoppeltes
unteres Ende und ein oberes Ende aufweist, das von dem Kolben getragen
wird und zum Radialspalt hin offen ist, und mindestens einen Ölrückführkanal
umfaßt,
der von dem Kolben getragen wird und ein zum Radialspalt hin offenes
Ende sowie ein zum Ölsumpf
hin offenes, gegenüberliegendes Ende
aufweist.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine
schematische, diametrale Längsschnittdarstellung
eines hermetischen Kolbenverdichters, der von einem Linearmotor
angetrieben wird, bei dem die Schmierung gemäß der vorliegenden Erfindung
erfolgt;
-
2 eine
schematische Seitenansicht des Kolbens gemäß der vorliegenden Erfindung,
der gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung gebaut ist;
-
3 eine
schematische, diametrale Querschnittdarstellung des in 2 gezeigten
Kolbens entlang Linie III-III in dieser Figur;
-
4 eine
schematische Seitenansicht des Kolbens gemäß der vorliegenden Erfindung,
der gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung gebaut ist, und
-
5 eine
schematische, diametrale Querschnittdarstellung des in 4 gezeigten
Kolbens entlang Linie IV-IV in dieser Figur.
-
Beschreibung
der dargestellten Ausführungsform
-
Die
vorliegende Erfindung beschreibt ein Kolbenschmiersystem für einen
Kolbenverdichter mit einem Linearmotor (der bei einem Kühlsystem
eingesetzten Art), das ein hermetisches Gehäuse 1, welches in
seinem Inneren einen Ölsumpf 2 festlegt,
aus dem Schmieröl
durch eine Pumpeinrichtung 3, z. B. eine Pumpe der in der
Patentanmeldung PI0004286-2 derselben Anmelderin beschriebenen Art,
in das Innere eines Zylinders 4 gefördert wird, der im Inneren
des Gehäuses 1 befestigt
ist und einen hin und her laufenden Kolben 10 aufnimmt.
Der dargestellte Kolben 10 ist vom rohrförmigen Typ
und weist einen Kopfbereich 11 sowie einen Schaftbereich 12 auf,
der einen Radialspalt 5 mit dem Zylinder 4 festlegt,
wobei die Pumpeinrichtung 3 dem Radialspalt 5 Schmieröl aus dem Ölsumpf 2 zuführt.
-
Der
Zylinder 4 ist mit einem Zylinderkopf 20 verschlossen,
in dem ein Ansaugventil 21 und ein Auslaßventil 22 angeordnet
sind, die den Gaseinlaß und
-auslaß des
Zylinders 4 steuern. Zwischen dem Kopfbereich 11 des
Kolbens 10 und dem Zylinderkopf ist eine Druckkammer 23 festgelegt.
-
Bei
der dargestellten Ausführungsform
ist der Bereich des Radialspaltes 5 durch eine Durchmesserverringerung
festgelegt, die entlang einem Teil der Axialerstreckung des Kolbens 10 unterhalb dessen
Kopfbereichs 10 vorgesehen ist. Im hermetischen Kolbenverdichter
mit einem Linearmotor erfolgt die Hin- und Herbewegung des Kolbens 10 durch
ein Stellglied 6, das ein magnetisches Bauteil 7 hält, welches
vom Linearmotor angetrieben wird. Der Kolben 10 ist mit
einer Federeinrichtung 8 verbunden, die beispielsweise
durch ein Paar von Schraubenfedern unter konstantem Druck gegen
das Stellglied 6 gebildet ist, wobei der Kolben 10 zusammen
mit dem magnetischen Bauteil die Schwinganordnung des Verdichters
bildet. Die nicht an der Resonanz beteiligte Anordnung des Verdichters
umfaßt den
Zylinder 4, ein Ansaug-Auslaß-System des Verdichters und
dessen Linearmotor.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung erreicht das von der Pumpeinrichtung 3 geförderte Öl den Radialspalt 5 durch
mindestens einen später
noch zu beschreibenden Ölzuführkanal 30,
der ein unteres Ende 31, das mit der Pumpeinrichtung 3 gekoppelt ist,
sowie ein oberes Ende 32 aufweist, das vom Kolben 10 getragen
wird und zum Radialspalt 5 hin geöffnet ist, wobei das Öl durch mindestens einen später noch
zu beschreibenden Ölrückführkanal 40,
der vom Kolben 10 getragen wird und ein zum Radialspalt 5 hin
geöffnetes
Einlaßende 41 sowie
ein zum Ölsumpf 2 hin
geöffnetes
Auslaßende 42 aufweist,
in den Ölsumpf 2 zurückgeführt wird.
-
Bei
einer unten zu beschreibenden baulichen Möglichkeit verläuft zumindest
ein Teil der Erstreckung mindestens eines der Teile Ölzuführkanal 30 und Ölrückführkanal 30 im
Inneren des Kolbens 10.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung umfaßt der Ölzuführkanal 30 mindestens
einen axialen Zuführabschnitt 33 und
mindestens einen radialen Zuführabschnitt 34,
die im Inneren des Kolbens 10 festgelegt sind, wobei jeder
axiale Zuführabschnitt 33 in Fluidverbindung
mit dem Ölsumpf 2 und
mit mindestens einem radialen Zuführabschnitt 34 steht
sowie jeder radiale Zuführabschnitt 34 im
Bereich des Radialspaltes 5 zur Seitenfläche des
Kolbens 10 hin geöffnet
ist.
-
Bei
dem in 1 dargestellten Aufbau ist der axiale Zuführabschnitt 33 der Ölzuführleitung 30 im Inneren
einer rohrförmigen
Kolbenstange 13 festgelegt, die mit einem unteren Ende
an die Pumpeinrichtung 3 gekoppelt ist und ein oberes Ende
aufweist, das zu einer Vielzahl von radialen Zuführabschnitten 34,
beispielsweise in Form von Radialkanälen, hin geöffnet ist, die im wesentlichen
geradlinig und senkrecht zur Achse des Kolbens 10 verlaufen
und im Schaftbereich 12 des Kolbens 10 unterhalb
dessen Kopfbereiches 11 ausgebildet sind.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist der Ölrückführkanal 40 beispielsweise
durch eine Vielzahl von Radialbohrungen festgelegt, die im wesentlichen
geradlinig und senkrecht zur Achse des Kolbens 10 verlaufen
und in der Seitenwand des Kolbens 10 unterhalb der radialen Zuführabschnitte 34 desselben
ausgebildet sind.
-
Bei
der in 1 dargestellten Ausführungsmöglichkeit gelangt das Schmieröl, welches
das Einlaßende 41 des Ölrückführkanals 40 erreicht,
zum Ölsumpf 2,
fließt
entlang der Innenseitenfläche
des Kolbens 10 nach unten, und kann in einer oder mehreren (nicht
dargestellten) Innennuten geführt
werden.
-
Bei
einer weiteren Ausführungsmöglichkeit der
vorliegenden Erfindung erreicht das Schmieröl den Ölsumpf 2 durch einen Ölrückführkanal 40,
der durch eine Nut festgelegt ist, die in der Außenseitenfläche des Kolbens 10 gebildet
ist, oder durch einen Axialkanal, der über einen Teil der Axialerstreckung des
Kolbens 10 (der massiv ist) ausgebildet und zum Ölsumpf 2 hin
geöffnet
ist.
-
Bei
der in den 2-5 dargestellten Ausführungsform
weist das Kolbenschmiersystem auch noch einen weiteren Ölrückführkanal 40 auf,
der das im Radialspalt 5 vorhandene Öl dem Ölsumpf 2 über die
Außenseitenfläche des
Kolbens 10 zuführt. Bei
diesem Aufbau weist der Kolben 10 einen Lagerring 16 auf,
der durch einen vergrößerten Durchmesser
in einem Abschnitt seiner Erstreckung unterhalb des Abschnittes
festgelegt ist, der einen verkleinerten Durchmesser aufweist und
den Radialspalt 5 festlegt, wobei der Lagerring 16 zumindest
einen Ölrückführkanal 40,
beispielsweise in Form einer axialen oder schraubenförmig entwickelten
Nut, aufweist, die entlang der Erstreckung des Lagerrings 16 gebildet ist.
-
Beim
Aufbau des Kolbens 10 nach der vorliegenden Erfindung weist
letzterer gemäß den zeichnerischen
Darstellungen zwei funktionale Bereiche auf: den Kolbenkopfbereich 11,
der mit der Schwingung des Kolbens 10 arbeitet, und den
Lagerring 16, der als Dichtmittel zum besseren Abdichten
der Druckkammer 23, als Lagermittel und als Führungsmittel
arbeitet, das die Radialkräfte
auf den Kolben 10 absorbiert und eine nur möglichst
geringe viskose Reibung erzeugt.
-
Der
Kolbenkopfbereich 11 weist schmale Spalte auf, die den
Bereich des Radialspaltes 5 gegenüber der Druckkammer 23 im
wesentlichen isolieren.
-
Der
Lagerring 16 ist in einer gewissen Position der axialen
Erstreckung des Kolbens 10 vorgesehen, wobei diese Position
so berechnet ist, daß sie die
Wirkung von Momenten während
des Betriebs des Verdichters minimiert.
-
Beim
Aufbau nach der vorliegenden Erfindung ist das Schmieröl, das zum
Radialspalt 5 gefördert
wird, in diesem Bereich enthalten und läuft durch den Ölrückführkanal
in den Ölsumpf 2 zurück. Ein
Teil dieses Öls
läuft durch
jeden Ölrückführkanal 40,
der durch den Lagerring 16 gebildet wird, in den Ölsumpf 2 zurück. Neben
der Aktivierung der Ölrückführung bewirkt
der Ölrückführkanal 40,
der an der Außenseitenfläche des
Kolbens 10 vorgesehen ist, auch einen Druckabbau.