EP1831557B1 - Linearverdichter - Google Patents

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EP1831557B1
EP1831557B1 EP05815658A EP05815658A EP1831557B1 EP 1831557 B1 EP1831557 B1 EP 1831557B1 EP 05815658 A EP05815658 A EP 05815658A EP 05815658 A EP05815658 A EP 05815658A EP 1831557 B1 EP1831557 B1 EP 1831557B1
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EP
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frame
linear compressor
spring
compressor according
oscillatory
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EP05815658A
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English (en)
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EP1831557A1 (de
Inventor
Erich Hell
Jan-Grigor Schubert
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BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B35/00—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
    • F04B35/04—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric
    • F04B35/045—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric using solenoids

Definitions

  • the present invention relates to a linear compressor, in particular a linear compressor, which is suitable for compressing refrigerant in a refrigerator.
  • the oscillating force exerted by the magnet on the oscillating body causes a corresponding oscillating counterforce, which the frame exerts on a holder to which it is attached.
  • This oscillatory drag if not compensated, can excite the mount or other parts associated therewith to vibrate, which are perceived by a user as operating noise.
  • Such a linear compressor is expensive, since the pistons and associated drive means must each be duplicated. But it is also difficult to ensure a precisely mirror-symmetrical movement of the two pistons, since production-related scattering of the oscillating masses and especially the stiffness of the holding springs can lead to different natural frequencies of the two pistons. It can, if the magnets on both sides with the same AC, different amplitudes and phases of the piston movement result.
  • the object of the present invention is to provide a linear compressor which, by simple means, prevents excessive transmission of vibrations to a carrier to which the linear compressor is attached.
  • a one-piece spring on the one hand connects the oscillating body with the frame and on the other hand, the frame with a mounting body, which serves for attachment of the linear compressor to an external support.
  • a single spring is needed to ensure the oscillatory capability of the vibrating body and associated piston with respect to the frame or pumping chamber and that of the frame or pumping chamber with respect to the outer carrier. It thus suffices a small number of parts to effectively shield the carrier from the vibrations of the linear compressor. This saves on parts costs and production costs.
  • the fastening body is preferably designed as a housing surrounding the pumping chamber and the frame.
  • a diaphragm spring is particularly well suited to each vibrate the oscillating body, the frame and the mounting body against each other to install.
  • this preferably comprises at least one curved spring arm.
  • a zigzagging curved spring arm is particularly preferred because this causes at most low torques between mutually oscillating parts.
  • the diaphragm spring In order to keep low the torques associated with the vibration, in particular between the frame and the oscillating body, it is also expedient for the diaphragm spring to comprise at least two curved arms connecting the frame to the oscillating body and mirror-symmetrical with respect to a plane parallel to the direction of movement of the oscillating body.
  • the torques generated by such arms each have opposite directions, so that they compensate each other.
  • a stable suspension using a minimum number of components is feasible when the spring is connected in a central portion with the oscillating body, in two end portions with the fastening body and at each lying between the central portion and the end portions with the frame.
  • the spring may be connected to the mounting body via a vibration-damping element.
  • the linear compressor is preferably provided with a second one-piece, the oscillating body with the frame and the frame with the fastening body connecting spring, wherein the springs in the direction of the reciprocating movement spaced attack on the oscillating body.
  • For driving the oscillating motion is preferably at least one pair of antiparallel and arranged with respect to the direction of movement of the oscillating body field axis arranged on opposite sides of the oscillating body magnet.
  • the in Fig. 1 shown linear compressor comprises a sound-insulating housing, of which only one of two shells 1 is partially shown in the figure.
  • the shells contact each other on a peripheral flange 2 and thus form a closed shell, except for passages, not shown, for a refrigerant suction line or a pressure line.
  • On the flange 2 a plurality of lugs 3 are formed for fastening the shells to each other and to a support, which is not shown in the figure and is not considered part of the compressor.
  • the buffers 4 are formed on the inner wall of the shell 1, four sockets for buffer 4 made of rubber, elastic foam or other vibration-absorbing material, of which only two, which are located on a side facing the viewer edge of the shell 1, are visible.
  • the buffers 4 each have a slot which receives an end portion 6 of a spring arm 5.
  • the spring arms 5 are each part of a one-piece punched spring steel diaphragm spring, which in Fig. 2 is shown in a plan view.
  • the diaphragm spring has two spring arms 5, each starting from an elongated intermediate portion 7 and each comprise two straight, parallel to the intermediate portion 7 sections 8. Further spring arms 9 extend from opposite longitudinal ends of the two intermediate sections 7 from a zigzag to a central portion 10 of the spring, against which all four spring arms 9 meet.
  • the spring arms 9 each have three straight sections.
  • Each spring arm 9 is the mirror image of the two adjacent spring arms relative to by dotted lines I and II in Fig. 2 represented, parallel to the vibration direction symmetry planes.
  • Holes at the longitudinal ends of the intermediate portions 7 are used for fastening a frame, which is composed of three elements, two wall pieces 11, each extending between facing intermediate portions 7 of the two diaphragm springs, and a bow 12 extending over the spring arms 9 of the front Bends away diaphragm spring and a pumping chamber 13 carries.
  • the wall pieces 11 carry on their sides facing each other a soft iron core 14 with three interconnected, parallel legs, of which each of the middle is hidden in the figure by a magnetic coil 15, by the winding it extends.
  • a vibrating body 16 In a gap between the mutually facing free ends of the soft iron cores 14, a vibrating body 16 is suspended.
  • a permanent magnetic centerpiece of the oscillating body 16 essentially fills the gap between the soft iron cores 14.
  • Tapered end portions of the vibrating body 16 are respectively held by means of screws or rivets 17, which extend through bores 18 in the central portion 10 of the diaphragm springs, to the latter.
  • a piston rod 20 which connects the vibrating body 16 rigidly connected to a reciprocating in the pumping chamber 13, not shown piston.
  • the middle section of the oscillating body 16 is a permanent bar magnet whose field axis coincides with the longitudinal axis of the piston rod 20 and whose poles in the in Fig. 1 shown equilibrium position in the direction of vibration from the gap between the soft iron cores 14 protrude.
  • the magnetic coils 15 are connected so that their fields each have the same pole facing each other. By energizing the magnetic coils 15 with an alternating current, the north pole or the south pole of the permanent magnet is alternately pulled into the middle of the gap, thereby exciting the oscillating body 16 to oscillate.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Linearverdichter, insbesondere einen Linearverdichter, der zum Verdichten von Kältemittel in einem Kältegerät geeignet ist.
  • Aus US 6 641 377 B2 ist ein Linearverdichter mit einer Pumpkammer, in der ein Kolben hin- und her beweglich ist, einem mit der Pumpkammer fest verbundenem Rahmen, an dem ein mit dem Kolben verbundener Schwingkörper über wenigstens eine Feder hin- und her beweglich gehalten ist, und wenigstens einem an dem Rahmen montierten Elektromagneten zum Antreiben der Hin- und Herbewegung des Schwingkörpers bekannt.
  • Die von dem Magneten auf den Schwingkörper ausgeübte oszillierende Kraft ruft eine entsprechende oszillierende Gegenkraft hervor, die der Rahmen auf eine Halterung ausübt, an der er befestigt ist. Diese oszillierende Gegenkraft kann, wenn sie nicht kompensiert wird, die Halterung oder andere mit ihr verbundene Teile zu Schwingungen anregen, die von einem Benutzer als Betriebsgeräusch wahrgenommen werden.
  • Um solche Schwingungen gering zu halten, wirken in dem bekannten Linearverdichter zwei Kolben zusammen, die von zwei verschiedenen Seiten her in die Pumpkammer eindringen. Wenn diese Kolben gleiche Massen haben und von gleich starken Federn gehalten sind, ist es möglich, den antreibenden Elektromagneten jedes Kolbens so anzusteuern, dass die Kolben exakt gegenphasig schwingen, so dass die durch die Schwingbewegung verursachten, auf den Rahmen wirkenden Gegenkräfte einander kompensieren.
  • Ein solcher Linearverdichter ist aufwändig, da die Kolben und diesen zugeordnete Antriebsmittel jeweils doppelt vorhanden sein müssen . Es ist aber auch schwierig, eine exakt spiegelsymmetrische Bewegung der zwei Kolben zu gewährleisten, da fertigungsbedingte Streuung der schwingenden Massen und vor allem der Steifigkeit der sie haltenden Federn zu unterschiedlichen Eigenfrequenzen der zwei Kolben führen können. Daraus können, wenn die Magnete auf beiden Seiten mit dem gleichen Wechselstrom erregt werden, unterschiedliche Amplituden und Phasen der Kolbenbewegung resultieren.
  • Es ist zwar auch möglich, einen Linearverdichter mit einem einzigen schwingfähigen Kolben zu realisieren, bei dem die Übertragung von auf einen Rahmen ausgeübten Gegenkräften auf eine Halterung des Verdichters dadurch begrenzt ist, dass der Rahmen seinerseits gegenüber der Halterung schwingfähig aufgehängt ist, doch ist für einen solchen Linearverdichter eine große Zahl von Federn erforderlich, die die Montage des Linearverdichters zeitaufwändig und kostspielig machen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Linearverdichter zu schaffen, der mit einfachen Mitteln eine übermäßige Übertragung von Schwingungen auf einen Träger, an dem der Linearverdichter befestigt ist, verhindert.
  • Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine einteilige Feder einerseits den Schwingkörper mit dem Rahmen und andererseits den Rahmen mit einem Befestigungskörper verbindet, der zur Befestigung des Linearverdichters an einem externen Träger dient. Somit wird nur eine einzige Feder benötigt, um die Schwingfähigkeit des Schwingkörpers und des damit verbundenen Kolbens in Bezug zum Rahmen bzw. der Pumpkammer und die des Rahmens bzw. der Pumpkammer in Bezug auf den äußeren Träger sicherzustellen. Es genügt somit eine kleine Zahl von Teilen, um den Träger wirksam vor den Schwingungen des Linearverdichters abzuschirmen. Dadurch werden Teilekosten und Fertigungsaufwand eingespart.
  • Um die Übertragungen von Schwingungen nicht nur als Körperschall, sondern auch über die Luft einzuschränken, ist der Befestigungskörper vorzugsweise als ein die Pumpkammer und den Rahmen umgebendes Gehäuse ausgeführt.
  • Eine Membranfeder ist besonders gut geeignet, um daran den Schwingkörper, den Rahmen und den Befestigungskörper jeweils gegeneinander schwingfähig anzubringen.
  • Um bei geringen Abmessungen der Membranfeder einen großen Hub zu erreichen, umfasst diese vorzugsweise wenigstens einen gekrümmten Federarm. Ein im Zickzack gekrümmter Federarm ist besonders bevorzugt, da dieser allenfalls geringe Drehmomente zwischen gegeneinander schwingenden Teilen hervorruft.
  • Um mit der Schwingung zusammenhängende Drehmomente, insbesondere zwischen dem Rahmen und dem Schwingkörper, gering zu halten, ist es ferner zweckmäßig, wenn die Membranfeder wenigstens zwei den Rahmen mit dem Schwingkörper verbindende gekrümmte und zueinander bezüglich einer zur Bewegungsrichtung des Schwingkörpers parallelen Ebene spiegelsymmetrische Arme umfasst. Die von solchen Armen erzeugten Drehmomente haben jeweils entgegengesetzte Richtung, so dass sie einander kompensieren.
  • Eine stabile Aufhängung unter Verwendung einer minimalen Zahl von Bauteilen ist realisierbar, wenn die Feder in einem Mittelabschnitt mit dem Schwingkörper, in zwei Endabschnitten mit dem Befestigungskörper und an jeweils zwischen dem Mittelabschnitt und dem Endabschnitten liegenden Abschnitten mit dem Rahmen verbunden ist.
  • Um die Übertragung von Schwingungen auf den Träger weiter zu reduzieren, kann die Feder mit dem Befestigungskörper über ein schwingungsdämpfendes Element verbunden sein.
  • Um eine exakte Linearführung des Schwingkörpers zu gewährleisten, ist der Linearverdichter vorzugsweise mit einer zweiten einteiligen, den Schwingkörper mit dem Rahmen und den Rahmen mit dem Befestigungskörper verbindenden Feder ausgestattet, wobei die Federn in Richtung der Hin- und Herbewegung beabstandet an dem Schwingkörper angreifen.
  • Zum Antreiben der Schwingbewegung dient vorzugsweise wenigstens ein Paar von antiparallel und mit zur Bewegungsrichtung des Schwingkörpers orientierter Feldachse auf entgegengesetzten Seiten des Schwingkörpers angeordneten Magneten.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Linearverdichters; und
    Fig. 2
    eine Draufsicht auf eine Membranfeder des Linearverdichters der Fig. 1.
  • Der in Fig. 1 gezeigte Linearverdichter umfasst ein schallisolierendes Gehäuse, von dem in der Figur nur eine von zwei Schalen 1 teilweise dargestellt ist. Die Schalen berühren einander an einem umlaufenden Flansch 2 und bilden so eine - bis auf nicht gezeigte Durchführungen für eine Kältemittel-Saugleitung bzw. eine Druckleitung - geschlossene Hülle. An dem Flansch 2 sind mehrere Ösen 3 zum Befestigen der Schalen aneinander und an einem Träger gebildet, der in der Fig. nicht dargestellt ist und nicht als Teil des Verdichters angesehen wird.
  • An der Innenwand der Schale 1 sind vier Fassungen für Puffer 4 aus Gummi, elastischem Schaumstoff oder einem anderen schwingungsabsorbierenden Material gebildet, von denen nur zwei, die an einer dem Betrachter zugewandten Rand der Schale 1 liegen, sichtbar sind. Die Puffer 4 haben jeweils einen Schlitz, der einen Endabschnitt 6 eines Federarmes 5 aufnimmt. Die Federarme 5 sind jeweils Teil einer einteilig aus Federstahl gestanzten Membranfeder, die in Fig. 2 in einer Draufsicht dargestellt ist.
  • Die Membranfeder hat zwei Federarme 5, die jeweils von einem langgestreckten Zwischenabschnitt 7 ausgehen und jeweils zwei geradlinige, zu dem Zwischenabschnitt 7 parallele Abschnitte 8 umfassen. Weitere Federarme 9 erstrecken sich von entgegengesetzten Längsenden der zwei Zwischenabschnitte 7 aus zickzackförmig zu einem Mittelabschnitt 10 der Feder hin, an dem alle vier Federarme 9 aufeinandertreffen. Die Federarme 9 haben jeweils drei geradlinige Abschnitte. Jeder Federarm 9 ist das Spiegelbild der zwei ihm benachbarten Federarme bezogen auf durch strichpunktierte Linien I und II in Fig. 2 dargestellte, zur Schwingrichtung parallele Symmetrieebenen.
  • Bohrungen an den Längsenden der Zwischenabschnitte 7 dienen zur Befestigung eines Rahmens, der sich aus drei Elementen zusammensetzt, zwei Wandstücken 11, die sich jeweils zwischen einander zugewandten Zwischenabschnitten 7 der zwei Membranfedern erstrecken, und einem Bogen 12, der sich über die Federarme 9 der vorderen Membranfeder hinwegwölbt und eine Pumpkammer 13 trägt.
  • Die Wandstücke 11 tragen an ihren einander zugewandten Seiten jeweils einen Weicheisenkern 14 mit drei untereinander verbundenen, parallelen Schenkeln, von denen jeweils der mittlere in der Figur durch eine Magnetspule 15 verborgen ist, durch deren Wicklung er sich erstreckt.
  • In einem Spalt zwischen den einander zugewandten freien Enden der Weicheisenkerne 14 ist ein Schwingkörper 16 aufgehängt. Ein permanentmagnetisches Mittelstück des Schwingkörpers 16 füllt den Spalt zwischen den Weicheisenkemen 14 im Wesentlichen aus. Verjüngte Endabschnitte des Schwingkörpers 16 sind jeweils mit Hilfe von Schrauben oder Nieten 17, die sich durch Bohrungen 18 im Mittelabschnitt 10 der Membranfedern erstrecken, an letzteren gehalten. Durch eine größere, zentrale Bohrung 19 der in der Figur dem Betrachter zugewandten Membranfeder erstreckt sich eine Kolbenstange 20, die den Schwingkörper 16 starr mit einem in der Pumpkammer 13 hin- und herbeweglichen, nicht gezeigten Kolben verbindet.
  • Der mittlere Abschnitt des Schwingkörpers 16 ist ein Permanent-Stabmagnet, dessen Feldachse mit der Längsachse der Kolbenstange 20 zusammenfällt und dessen Pole in der in Fig. 1 gezeigten Gleichgewichtsstellung in Schwingrichtung aus dem Spalt zwischen den Weicheisenkernen 14 vorstehen. Die Magnetspulen 15 sind so verschaltet, dass ihre Felder jeweils gleichnamige einander zugewandte Pole aufweisen. Durch Erregen der Magnetspulen 15 mit einem Wechselstrom wird jeweils abwechselnd der Nordpol oder der Südpol des Permanentmagneten in die Mitte des Spaltes gezogen und dadurch der Schwingkörper 16 zum Schwingen angeregt.
  • Durch die Aufhängung des Schwingkörpers 16 mit Hilfe von jeweils vier Federarmen 9 an seinen beiden Längsenden ist der Schwingkörper 16 leicht in Richtung der Kolbenstange 20 verschiebbar; in einer zu dieser Richtung senkrechten Richtung ist die Steifigkeit der Federarme 9 erheblich größer, so dass der Schwingkörper 16 und mit ihm der Kolben zuverlässig in der Schwingrichtung geführt ist.

Claims (9)

  1. Linearverdichter mit einer Pumpkammer (13), in der ein Kolben hin und her beweglich ist, einem mit der Pumpkammer (13) fest verbundenen Rahmen (11, 12), an dem ein mit dem Kolben verbundener Schwingkörper (16) über wenigstens eine Feder (9) hin und her beweglich gehalten ist und wenigstens ein Elektromagnet (14, 15) zum Antreiben der Hin- und Herbewegung des Schwingkörpers (16) montiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine einteilige Feder (5, 7, 9) einerseits den Schwingkörper (16) mit dem Rahmen (11,12) und andererseits den Rahmen (11,12) mit einem Befestigungskörper (1) zur Befestigung des Linearverdichters an einem Träger verbindet.
  2. Linearverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungskörper (1) ein die Pumpkammer (13) und den Rahmen (11, 12) umgebendes Gehäuse ist.
  3. Linearverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (5, 7, 9) eine Membranfeder ist.
  4. Linearverdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranfeder (5, 7, 9) wenigstens einen im Zickzack gekrümmten Federarm (5, 9) umfasst, der den Rahmen (11, 12) mit dem Schwingkörper (16) oder mit dem Befestigungskörper (1) verbindet.
  5. Linearverdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranfeder (5, 7, 9) wenigstens zwei den Rahmen (11, 12) mit dem Schwingkörper (16) verbindende gekrümmte, zueinander bezüglich einer zur Bewegungsrichtung des Schwingkörpers parallelen Ebene (I, II) spiegelsymmetrische Arme (9) umfasst.
  6. Linearverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (5, 7, 9) in einem Mittelabschnitt (10) mit dem Schwingkörper (16), in zwei Endabschnitten (6) mit dem Befestigungskörper (1) und an jeweils zwischen dem Mittelabschnitt (10) und den Endabschnitten (6) liegenden Abschnitten (7) mit dem Rahmen (11, 12) verbunden ist.
  7. Linearverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (5, 7, 9) mit dem Befestigungskörper (1) über wenigstens ein schwingungsdämpfendes Element (4) verbunden ist.
  8. Linearverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er eine zweite einteilige, den Schwingkörper (16) mit dem Rahmen (11, 12) und den Rahmen (11, 12) mit dem Befestigungskörper (1) verbindende Feder (5, 7, 9) aufweist, und dass die Federn in Richtung der Hin- und Herbewegung beabstandet an dem Schwingkörper (16) angreifen.
  9. Linearverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er wenigstens ein Paar von antiparallel und mit quer zur Bewegungsrichtung des Schwingkörpers orientierter Feldachse auf entgegengesetzten Seiten des Schwingkörpers angeordneten Elektromagneten (14, 15) aufweist.
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