DE60306653T2

DE60306653T2 - Resonanzanordnung für einen linear oszilierend angetriebenen kompressor

Info

Publication number: DE60306653T2
Application number: DE60306653T
Authority: DE
Inventors: Egidio Berwanger; Rinaldo Puff
Original assignee: Whirlpool SA
Current assignee: Whirlpool SA
Priority date: 2002-07-10
Filing date: 2003-07-08
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2023-07-09
Also published as: BR0202830B1; CN1666022A; EP1520106A1; BR0202830A; JP2005532500A; DE60306653D1; EP1520106B1; US20050163635A1; AU2003236741A1; ES2266827T3; WO2004007959A1; CN1318757C

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine bauliche Anordnung für einen Resonanzverdichter der Art, die von einem Linearmotor angetrieben wird, um in Kühlsystemen eingesetzt zu werden, mit einem im Inneren eines Zylinders hin und her laufenden Kolben.
Hintergrund der Erfindung
In einem Kolbenverdichter, der von einem Linearmotor angetrieben wird, werden die Vorgänge des Gasansaugens und des Gasverdichtens durch die axialen Hin- und Herbewegungen des Kolbens im Inneren eines Zylinders durchgeführt, der mit einem Zylinderkopf verschlossen und in einem hermetischen Gehäuse montiert ist, wobei im Zylinderkopf die Ansaug- und Ausstoßventile angeordnet sind, die das Einlassen und Ausstoßen des Gases relativ zum Zylinder steuern. Der Kolben wird von einer Betätigungseinrichtung angetrieben, die magnetische Bauteile trägt, welche von einem am Gehäuse des Verdichters befestigten Linearmotor angetrieben werden.
Ein Linearverdichter mit einer Resonanzanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Art ist z. B. aus dem Dokument EP 0 909 895 A bekannt.
Bei einigen Bauweisen ist der Kolben gegen eine Schwingfedereinrichtung in Form einer Anordnung von flachen Federn montiert, die am hermetischen Gehäuse des Verdichters befestigt sind, um als Führungen für die Axialverschiebung des Kolbens zu arbeiten und die gesamte Anordnung mit einer vorbestimmten Frequenz in Resonanz zu halten, so daß der Linearmotor entsprechend bemessen sein kann, um dem Verdichter beim Betrieb kontinuierlich Energie zuzuführen.
Der Kolben ist über eine flexible Stange an der Federanordnung montiert, wobei die Federanordnung starr am Zylinder montiert ist und der Kolben, das Betätigungsorgan, das magnetische Bauteil, die flexible Stange und die Anordnung von flachen Federn gemeinsam die Resonanzanordnung des Verdichters bilden.
Bei dieser Bauweise ist der Kolben an einer Anordnung flacher Federn, die aus einer Federstahlplatte bestehen, über eine flexible Stange montiert, deren Funktion darin besteht, die Kräfte, die durch bei der Herstellung und Montage der Teile aufgetretene Fehler bedingt sind, zu neutralisieren, damit diese Kräfte nicht in ihrer Gesamtheit auf den Kolben übertragen werden, wodurch der Verschleiß des Kolbens relativ zum Zylinder vermieden wird.
Diese Bauart weist einige Nachteile auf, wie z.B. das Erfordernis, eine flexible Stange haben zu müssen, um die Kräfte, die durch bei der Herstellung und Montage der Teile aufgetretene Fehler bedingt sind, zu neutralisieren. Diese flexible Stange ist zudem ein relativ schwierig herzustellendes Bauteil, da sie mit speziellen Materialien hergestellt werden muß. Ferner sind solche flachen Federn sehr teuer, da sie sehr aufwendige Schneid- und Bearbeitungsverfahren erfordern.
Bei einer anderen bekannten Bauart ist die Anordnung flacher Federn durch ein System von Spiralfedern ersetzt, wobei eine erste Spiralfeder zwischen der Betätigungseinrichtung und dem Zylinder und eine zweite Spiralfeder zwischen der Betätigungseinrichtung und dem Gehäuse des Verdichters montiert und bei dieser Bauart ist die Resonanzanordnung des Verdichters durch den Kolben, die Betätigungseinrichtung, den Magneten und die Spiralfedern gebildet.
Diese Bauart weist ebenfalls Nachteile auf, wie z.B. das Erfordernis eines Verdichters mit größeren Abmessungen, abhängig von der Notwendigkeit, ein Paar von Spiralfedern zu verwenden, die nicht entsprechend befestigt werden können, um Zugkräften ausgesetzt zu werden.
Darüber hinaus weisen die Spiralfedern das Merkmal auf, daß sie an den Oberflächen, auf denen sie sitzen, exzentrische und Scherkräfte erzeugen, wodurch sie Kräfte auf die Lager des Verdichterkolbens hervorrufen, die Lärm und Verschleiß erzeugen und die Lebensdauer des Verdichters verkürzen.
Ziele der Erfindung
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein Resonanzsystem für einen Linearverdichter bereitzustellen, das eine einfache und zuverlässige Montage und Befestigung aufweist, so daß das Resonanzsystem bei Betrieb des Verdichters Zug- und Druckkräften ausgesetzt werden kann, ohne seine Ausrichtung relativ zu den Teilen, an denen es befestigt ist, zu verlieren, und das während der Bewegung des Kolbens keine radialen und seitlichen Kraftkomponenten aufweist, die zu Radialkräften auf den Kolben führen können.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein kostengünstiges Resonanzsystem bereitzustellen, bei dem die Verwendung der flexiblen Stange und der flachen Federn oder Spiralfedern verzichtbar ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese und andere Ziele werden erreicht durch eine Resonanzanordnung für einen Linearverdichter, mit einer nicht an der Resonanz teilnehmenden Baugruppe, die durch einen Motor und einen Zylinder gebildet wird, mit einer Resonanzbaugruppe, die durch einen im Inneren des Zylinders hin- und herlaufenden Kolben gebildet wird, mit einer Betätigungseinrichtung, die den Kolben betätigbar mit dem Motor verbindet, und mit mindestens einer Federeinrichtung, die einen langgestreckten rohrförmigen Körper aufweist, der koaxial zur Achse des Kolbens verläuft und betätigbar mit der Betätigungseinrichtung und mit der nicht an der Resonanz teilnehmenden Baugruppe gekoppelt ist, wobei der rohrförmige Körper zumindest über einen Teil seiner Erstreckung in entlang dem Umfang verlaufende Sektoren gefaltet ist, und jeder in Umfangsrichtung verlaufende Sektor bei einer Verschiebung des Kolbens elastisch in axialer Richtung verformt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische, diametrale Längsschnittdarstellung eines hermetischen Verdichters der Art, die von einem Linearmotor angetrieben wird und die eine gemäß dem Stand der Technik gebaute Resonanzeinrichtung aufweist;
2 eine schematische, diametrale Längsschnittdarstellung eines hermetischen Verdichters der Art, die von einem Linearmotor angetrieben wird und die eine andere Bauart für die Resonanzeinrichtung nach dem Stand der Technik aufweist;
3 eine schematische, diametrale Längsschnittdarstellung eines hermetischen Verdichters der Art, die von einem Linearmotor angetrieben wird und die eine gemäß der vorliegenden Erfindung gebaute Resonanzeinrichtung aufweist;
4 schematisch den in 3 gezeigten Verdichter in einer baulichen Variation der vorliegenden Erfindung;
5 eine schematische Seitenansicht der Resonanzeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, und
6 eine schematische Perspektivdarstellung der in 5 dargestellten Resonanzeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der dargestellten Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung wird im Zusammenhang mit einem Kolbenverdichter beschrieben, der von einem Linearmotor der in Kühlsystemen verwendeten Art angetrieben wird und eine Motor-Verdichteranordnung aufweist, mit einer nicht an der Resonanz teilnehmenden Baugruppe, die durch einen Linearmotor und einen Zylinder 1 gebildet ist, und mit einer Resonanzbaugruppe, die durch einen im Inneren des Zylinders 1 hin- und herlaufenden Kolben 2 gebildet wird, sowie mit einer Betätigungseinrichtung 3, die außerhalb des Zylinders 1 liegt und einen Magneten 4 trägt, der bei Bestromung des Linearmotors axial angetrieben wird, wobei die Betätigungseinrichtung 3 den Kolben 2 betätigbar mit dem Linearmotor koppelt.
Gemäß der in den 1 und 2 dargestellten Bauart nach dem Stand der Technik sind die oben erwähnten Bauteile im Inneren eines hermetischen Gehäuses 10 montiert.
Wie in den beigefügten Figuren dargestellt, ist der Linearmotor um den Zylinder 1 und den Kolben 2 herum montiert und umfaßt eine Schichtanordnung von inneren Lamellen 5 mit einer darin eingesetzten Spule 6 sowie eine Schichtanordnung von äußeren Lamellen 7.
Bei der in den 1 und 2 dargestellten Bauart umfaßt der Verdichter zudem herkömmliche Resonanzfedermittel, die unter konstantem Druck an der Resonanzanordnung und an der nicht an der Resonanz teilnehmenden Baugruppe montiert und in der Verschiebungsrichtung des Kolbens 2 axial elastisch verformbar sind.
Bei der Bauart nach 1 umfaßt der Verdichter eine Federeinrichtung in Form einer Anordnung von flachen Federn 10, die aus einer Federstahlplatte gefertigt sind, und an der der Kolben 2 über eine flexible Stange 8 montiert ist.
Bei der Ausführungsform der 2 umfaßt der Verdichter ein Paar Federeinrichtungen, z.B. ein Paar Spiralfedern 20, d.h. eine erste Spiralfeder 20, die zwischen der Betätigungseinrichtung 3 und dem Zylinder 1 montiert ist, und eine zweite Spiralfeder 20, die zwischen der Betätigungseinrichtung 3 und dem Gehäuse 10 des Verdichters montiert ist.
Gemäß den Darstellungen ist ein Ende des Zylinders 1 mit einer Ventilplatte 30 verschlossen, die mit einem Ansaugventil 31 und einem Ausstoßventil 32 versehen ist, wodurch die wahlweise Fluidverbindung zwischen einer Druckkammer 9, die zwischen einem oberen Abschnitt des Kolbens 2 und der Ventilplatte 30 festgelegt ist, und entsprechenden inneren Abschnitten eines Zylinderkopfes 40, die jeweils in Fluidverbindung mit der Nieder- und der Hochdruckseite des Kühlsystems stehen, mit dem der Verdichter gekoppelt ist, ermöglicht wird.
Diese Bauarten weisen die oben erörterten Nachteile auf.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Nachteile des Standes der Technik mit einer Resonanzanordnung für einen Linearverdichter vermieden, die mindestens eine Federeinrichtung mit einem langgestreckten, rohrförmigen Körper 50 aufweist, der koaxial zur Achse des Kolbens 2 verläuft und dessen eines Ende 51 betätigbar mit der Betätigungseinrichtung 3 verbunden sowie dessen gegenüberliegendes Ende 52 betätigbar mit der nicht an der Resonanz beteiligten Baugruppe gekoppelt ist, wobei der rohrförmige Körper 50 zumindest über einen Teil seiner Erstreckung in in Umfangsrichtung verlaufende Sektoren 53 gefaltet ist, die symmetrisch zur Achse des rohrförmigen Körpers 50 und beispielsweise senkrecht zur Achse des Kolbens 2 verlaufen, wobei jeder in Umfangsrichtung verlaufende Sektor 53 bei Verschieben des Kolbens 2 elastisch in axialer Richtung verformt wird.
Gemäß einer Ausführungsweise der vorliegenden Erfindung weisen die in Umfangsrichtung verlaufenden Sektoren 53 dasselbe Querschnittsprofil auf, z.B. ein im wesentlichen „V"-förmiges Profil, wie es in 5 gezeigt ist, oder ein im wesentlichen „U"-förmiges Profil.
Bei der gezeigten Bauart, bei welcher der in Umfangsrichtung verlaufende Sektor 53 ein „V-„-förmiges Profil aufweist, erfolgt die elastische Verformung jedes in Umfangsrichtung verlaufenden Sektors 53 bei Verschiebung des Kolbens durch Änderung seines Dihedralwinkels.
Wenngleich die in Umfangsrichtung verlaufenden Sektoren 53 bei der dargestellten baulichen Alternative den gleichen Dihedralwinkel aufweisen, versteht es sich jedoch, daß die Lösungen, bei denen die in Umfangsrichtung verlaufenden Sektoren 53 unterschiedliche Querschnittsprofile entlang der Längserstreckung des rohrförmigen Körpers 50 und unterschiedliche Dihedralwinkel zu den in Umfangsrichtung verlaufenden Sektoren 53 aufweisen, ebenfalls möglich sind.
Gemäß einer Ausführungsweise der vorliegenden Erfindung ist der rohrförmige Körper hohl ausgebildet, wodurch eine Fluidverbindung zwischen der Druckkammer 9 und dem Inneren des Gehäuses 10, das in diesem Fall von der üblichen hermetisch dichten Art ist, ermöglicht wird.
Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist der rohrförmige Körper 50 eine nicht-hohle Seitenfläche 54 auf. Da in diesem Fall ein Ende 51 des rohrförmigen Körpers 50 hermetisch dicht am Zylinder 1 und das gegenüberliegende Ende 52 hermetisch dicht an der Betätigungseinrichtung 3 befestigt ist, blockiert der rohrförmige Körper 50 die Fluidverbindung zwischen der Druckkammer 9 und der Außenseite des Zylinders 1 durch Spalte, die zwischen dem Kolben 2 und dem Zylinder 1 existieren. Bei dieser Bauart muß das Gehäuse des Verdichters, falls vorhanden, nicht hermetisch dicht sein, da die Abdichtung zwischen der Druckkammer 9 und dem Inneren des Gehäuses durch den rohrförmigen Körper 50 erfolgt.
Gemäß der Darstellung in 3 weist der Verdichter ferner eine andere Federeinrichtung in Form eines rohrförmigen Körpers 50 auf, dessen eines Ende 51 an der Betätigungseinrichtung 3 und dessen anderes Ende 52 am Gehäuse 10 befestigt ist. Die Befestigung jedes der Enden 51, 52 jedes rohrförmigen Körpers 50 an den entsprechenden Teilen, die durch den Zylinder 1, die Betätigungseinrichtung 3 und das Gehäuse 10 festgelegt sind, wird beispielsweise durch eines der Verfahren Schweißen, Kleben oder Schrauben erreicht.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist jedes der Enden 51, 52 jedes rohrförmigen Körpers 50 durch eine entsprechende rohrförmige Erweiterung festgelegt, welche die in Umfangsrichtung verlaufenden Sektoren 53 nicht aufweist und so bemessen ist, daß sie eine Passung für das entsprechende Teil, an dem es befestigt ist, ausbildet. Andere bauliche Formen für die Enden 51, 52 sind jedoch auch möglich, wie z.B. radiale Vorsprünge, die senkrecht zur Achse des Kolbens 2 befestigt werden sollen.
Bei der dargestellten Bauart ist jedes Teil, an dem ein benachbartes Ende 51, 52 des rohrförmigen Körpers 50 befestigt ist, mit mindestens einem in Umfangsrichtung verlaufenden Zahn versehen, der koaxial zur Achse des Kolbens 2 verläuft, welcher zu dem entsprechenden Ende 51, 52 paßt.
Gemäß den Darstellungen in 3 ist ein unterer Endabschnitt des Zylinders 1 mit einem ringförmigen Schnitt 1a versehen, der den Zahn zur Befestigung eines benachbarten Endes 51 des rohrförmigen Körpers 50 bildet, und die Betätigungseinrichtung 3 ist mit einem ersten ringförmigen Zahn 3a versehen, der dem Zylinder 1 zugewandt ist und das andere Ende 52 des rohrförmigen Körpers 50 befestigt.
Bei der zwei Federeinrichtungen aufweisenden Bauart, wie sie in 4 dargestellt ist, ist die Betätigungseinrichtung 3 ferner mit einem zweiten ringförmigen Abschnitt 3b versehen, der einem unteren Abschnitt des Gehäuses 10 gegenüberliegt, um ein Ende 51 eines anderen rohrförmigen Körpers 50 zu befestigen. Bei dieser Bauweise weist das Gehäuse 10 einen entsprechenden ringförmigen Vorsprung auf, der koaxial verläuft und relativ zum zweiten Abschnitt 3b der Befestigungseinrichtung 3 ausgerichtet ist, sowie das andere Ende 52 des rohrförmigen Körpers 50 befestigt. Bei den dargestellten Bauarten sind die in Umfangsrichtung verlaufenden Zähne durchgängig, koaxial und in axialer Ausrichtung zueinander ausgebildet.

Claims

Resonanzanordnung für einen Linearverdichter, mit einer nicht an der Resonanz teilnehmenden Baugruppe, die durch einen Motor und einen Zylinder (1) gebildet wird, mit einer Resonanzbaugruppe, die durch einen im Inneren des Zylinders (1) hin- und herlaufenden Kolben (2) gebildet wird, mit einer Betätigungseinrichtung (3), die den Kolben (2) betätigbar mit dem Motor verbindet, und mit mindestens einer Federeinrichtung, die an der Resonanzbaugruppe montiert ist und in Richtung der Verschiebung des Kolbens (2) elastisch und axial verformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung einen langgestreckten rohrförmigen Körper (50) aufweist, der koaxial zur Achse des Kolbens (2) verläuft und dessen eines Ende (51) betätigbar mit der Betätigungseinrichtung (3) und dessen gegenüberliegendes Ende (52) betätigbar mit der nicht an der Resonanz teilnehmenden Baugruppe gekoppelt ist, wobei der rohförmige Körper (50) zumindest über einen Teil seiner Erstreckung in entlang dem Umfang verlaufende Sektoren (53) gefaltet ist, die symmetrisch zur Achse des rohrförmigen Körpers (50) liegen, wobei jeder in Umfangsrichtung verlaufende Sektor (53) bei einer Verschiebung des Kolbens (2) elastisch in axialer Richtung verformt wird.
Resonanzanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in Umfangsrichtung verlaufenden Sektoren (53) das gleiche Querschnittsprofil haben.
Resonanzanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder in Umfangsrichtung verlaufende Sektor (53) ein im wesentlichen „V"-förmiges Profil aufweist, wobei jeder in Umfangsrichtung verlaufende Sektor (53) durch Änderung seines Dihedralwinkels elastisch verformt wird.
Resonanzanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in Umfangsrichtung verlaufenden Sektoren (53) den gleichen Dihedralwinkel aufweisen.
Resonanzanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in Umfangsrichtung verlaufenden Sektoren (53) senkrecht zur Längsachse des rohrförmigen Körpers (50) verlaufen.
Resonanzanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Körper (50) eine nicht-hohle Seitenfläche (54) aufweist.
Resonanzanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung jedes Endes (51, 52) am benachbarten Teil, das durch den Zylinder (1) und die Betätigungseinrichtung (3) festgelegt ist, durch eines der Verfahren Schweißen, Kleben und Schrauben erhalten wird.
Resonanzanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Enden (51, 52) des rohrförmigen Körpers (50) durch eine entsprechende rohrförmige Erweiterung festgelegt ist, die nicht die in Umfangsrichtung verlaufenden Sektoren (53) aufweist und so bemessen ist, daß sie ein Anschlußstück zum entsprechenden Teil, an dem es befestigt werden soll, bereitstellt.
Resonanzanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Teil, an dem ein benachbartes Ende (51, 52) des rohrförmigen Körpers (50) befestigt ist, mit mindestens einem in Umfangsrichtung verlaufenden Absatz (1a, 3a, 3b, 10a) versehen ist, der koaxial zur Achse des Kolbens (1) zum Anschließen des jeweiligen Endes (51, 52) verläuft.
Resonanzanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder in Umfangsrichtung verlaufende Absatz (1a, 3a, 3b, 10a) durchgängig ausgebildet ist.
Resonanzanordnung nach Anspruch 6, bei welcher der Zylinder (1) durch einen Zylinderkopf (30) verschlossen ist, der zwischen einem oberen Abschnitt des Kolbens (2) und dem Zylinderkopf (30) eine Kompressionskammer (9) festlegt, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Körper (50) mit einem Ende (51) hermetisch dicht am Zylinder (1) und mit seinem gegenüberliegenden Ende (52) hermetisch dicht an der Betätigungseinrichtung (3) befestigt ist, um die zwischen der Kompressionskammer (9) und der Außenseite des Zylinders (1) durch Zwischenräume zwischen dem Kolben (2) und dem Zylinder (1) bestehende Fluidverbindung zu blockieren.
Resonanzanordnung nach Anspruch 1, bei welcher der hermetische Verdichter ein hermetisches Gehäuse (10) aufweist, in dessen Innerem die Resonanz- und die nicht an der Resonanz teilnehmenden Baugruppen montiert sind, wobei die Anordnung dadurch gekennzeichnet ist, daß sie eine weitere Federeinrichtung in Form eines rohrförmigen Körpers (50) aufweist, dessen eines Ende (51) an der Betätigungseinrichtung (3) und dessen anderes Ende (52) am Gehäuse (10) befestigt ist.