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Flügelverdichter, insbesondere für Kleinkältemaschinen Es sind Flügelverdichter
mit Schwingankerantrieb bekannt, bei denen der Kolben des Verdichters durch ein
elektromagnetisches Schwingungsfeld und mit Hilfe einer auf Biegung beanspruchten
Feder in eine hin und her gehende Drehbewegung versetzt wird. Bei derartig angetriebenen
Verdichtern muß die Eigenschwingungszahl der Massen von Anker und Kolben und der
damit verbundenen Feder in Resonanz mit der Frequenz des für den Antrieb verwendeten
Wechselstromes sein. Die Eigenschwingungszahl der Massen ergibt sich dabei aus der
Beziehung:
Dabei bedeuten k = Federkonstante, ua = Masse der schwingenden Teile, wozu
auch die Hälfte der Federmasse hinzuzurechnen ist. Da die üblichen elektrischen
Wechselstromnetze mit einer Periodenzahl von 5o Hertz arbeiten, bei jeder Phase
aber zwei Stromspitzen auftreten und damit die Massen zweimal hin und her bewegt
werden, beträgt deren Schwingungszahl ioo Hertz. Um nun diese relativ hohe Schwingungszahl
der Massen zu ermöglichen, ist dafür zu sorgen, daß die Massen der sich drehenden
Teile möglichst klein sind. Da nun aber die Masse des Ankers sowie die des Flügelkolbens
in ihrer Größe nahezu festliegt, kann eine Verringerung der Massen nur durch Verkleinerung
der Federmasse erzielt werden. Man muß daher die verwendete Feder mit einer möglichst
hohen spezifischen Beanspruchung ausführen, denn bei niedriger spezifischer Belastung
steigt das Gewicht der Feder und damit auch die Masse der schwingenden Teile. Das
heißt aber mit anderen Worten, man muß der Feder eine möglichst große Federkonstante
geben. Dies hat jedoch wiederum
eine Vergrößerung der Masse der
Feder zur Folge, so daß die gewünschte Schwingungszahl nicht erreicht wird. Ideal
wäre daher eine Feder mit einer möglichst geringen Masse, die gleichzeitig eine
hohe Federkonstante besitzt. Abgesehen davon, daß es narr bis zu einer bestimmten
Grenze möglich ist, die beiden Bedingungen gleichzeitig zu erfüllen, hat sich gezeigt,
daß bei einer starken Beanspruchung der Feder eine befriedigende Lebensdauer derartiger
Verdichter mit Schwingankerantrieb nicht gegeben ist. Außerdem treten an den Einspannstellen
der Federn störende Geräusche auf, die einen Betrieb solcher Verdichter für Kleinkältemaschinen
im Haushalt unmöglich machen.
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Es sind auch schon Schwingankermotoren mit hin und her schwingendem
Anker bekanntgeworden. Diese haben jedoch den Nachteil, daß die Zugkraft des Magneten
mit kleiner werdendem Abstand zwischen Magnet und Anker stark ansteigt. Dadurch
schlägt bei Schwankungen in der Belastung oder bei schwankender Netzspannung der
Anker an den Magneten an, was leicht zu Zerstörungen führt.
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Vorliegender Erfindung liegt nun die Aufgab; zugrunde, einen Verdichter
mit Schwingankerantrieb zu bauen, bei dem die schwingenden Massen möglichst wenig
durch die :Masse der erforderlichen Feder beeinträchtigt werden. Erfindungsgemäß
«wird ein Verdichter mit Schwingankerantrieb verwendet, bei dein das Federmoment
durch eine auf Torsion beanspruchte Stabfeder erzeugt wird. Die Verwendung einer
Torsionsfeder hat gegenüber anderen z. B. auf Biegung beanspruchten Federn den großen
Vorteil, daß ihre Masse mir wenig mitschwingt und dadurch die Eigenschwingung des
ganzen Systems nur wenig beeinflußt. Die Masse der schwingenden Teile wird dadurch
erheblich herabgesetzt, so daß es auch bei hoher mechanischer Festigkeit, d. h.
bei entsprechender Dimensionierung der Stabfeder, möglich ist, die Eigenschwingungszahl
der ':Massen der hohen Frequenz des Wechselstromes anzupassen. Derartig ausgerüstete
Flügelkompressoren mit Schwingankerantrieb und Stabfeder haben, wie erwünscht, eine
bedeutend längere Lebensdauer. Dadurch, daß die Feder kräftig bemessen und außerdem
an ihren Einspannstellen ohne weiteres verstärkt werden kann, ergibt sich der weitere
Vorteil, daß eine Lockerung der Feder und lästige Betriebsgeräusche vermieden werden.
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Der Schwinganker ist unmittelbar mit dein Flügelkolben gekuppelt und
erfindungsgemäß derart zwischen den Polschuhen eines Magneten angeordnet, daß die
magnetische Zugkraft vor Erreichen der Endstellung des Ankers schwächer wird und
spätestens beim Überschreiten der Endstellung in entgegengesetzter Richtung wirkt.
Aus Gründen der Vereinfachung und Raumersparnis sind die Saugventile des Verdichters
erfindungsgemäß unmittelbar in die Kolbenflügel verlegt.
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Die beiliegende Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verdichters
mit Schwingankerantrieb gemäß der Erfindung.
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Abb. z ist ein Längsschnitt durch den Verdichter mit dem Antrieb,
Abb. :2 ein Querschnitt durch den Anker mit dem Magneten und Abb.3 ein Querschnitt
durch den Verdichter.
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Der Anker a, ist in seiner Mittellage gekennzeichnet. Durch ihn fließen
die von dem Magneten h erzeugten Kraftlinien und drehen Gien Anker a in Pfeilrichtung.
Gleichzeitig wird über die Welle c der Flügelkolben d gedreht und das in dem Verdichtungsrahm
e befindliche Gas verdichtet. Die Verlängerung der Welle c ist als Stabfeder j ausgebildet
und bei 9 befestigt. Bei der Drehung wird sie gespannt, und nach dein Aufhören dos
Stromdurchflusses durch den Elektromagneten dreht sie den Kolben c1 und den Anker
a zu-
rück und schwingt dabei über die Mittellage hinaus. Der nächste Stromimpuls
Bewegt den Anker a wieder in Pfeilrichtung und, mit ihm den Flügelkolben d.
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Der zu verdichtende Kältemitteldampf tritt bei g ein und gelangt durch
Bohrungen h in die Kammern i. Über die im Flügelkolben d befindlichen Saugventile
h strömt der Dampf in den Verdichtungsraum e und wird über die Druckventile
l nach dem Auspuffstutzen in gefördert. Die Saugventile k sind federbelastet
und werden nicht nur durch das strömende Gas, sondern auch durch die Beschleunigungen
und Verzögerungen des Flügels geöffnet und geschlossen. Bei dein Ansaugen wird die
Kammer i. verkleinert und der darin befindliche Dampf in geringem Maße verdichtet,
wodurch das Einströmen des Dampfes in den Verdichtungsraum unterstützt «wird. Diese
Maßnahmen tragen dazu bei, daß der Verdichter mit einer- günstigen Füllungs- und
Wirkungsgrad arbeitet.
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Der Anker a ist in einem Raum, der unter dein Ansaugedruck des Kältemitteldampfes
steht. Zwischen dein Elektromagneten b und denn Anker a ist daher eine gasdicht^
Haube p aus einem Werkstoff, der unniagnetisch ist und einen hohen elektrischen
Widerstand aufweist, z. B. Glas oder dicht gebranntes Porzellan. Eitle Stopfbuchse
mit den bekannten Schwierigkeiten ist also vermieden.
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Auch bei diesem Schwingungsankerverdichter muß die Eisenschwingungszahl
in Resonanz mit der Frequenz des Wechsclstronies
stehen. Es gilt
dieselbe Beziehung wie oben auch für die Drehbewegung. Unter Berücksichtigung der
mit Durchmesser sich ändernden Geschwindigkeiten wird die Schwingungszahl übersichtlicher'
nach folgender ungeänderten Formel ermittelt
dabei bedeuten c = Richtmoment der Feder, J = Massenträgheitsmoment.
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Das Massenträgheitsmoment ändert sich bekanntlich mit der 3. Potenz
des Durchmessers, und damit ergibt sich, daß die Masse der Stabfeder infolge ihres
im Verhältnis zum Kolben und Anker kleinen Durchmessers nur geringen Einfluß auf
das gesamte Träghe:itsmoment der schwingenden Massen hat. Die Feder kann also kräftig
bemessen und an den Einspannstellen verstärkt werden, so daß eine Lockerung und
Geräusche dort nicht möglich sind.