EP1831559A1 - Linearverdichter und antriebsaggregat daf]r - Google Patents

Linearverdichter und antriebsaggregat daf]r

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EP1831559A1
EP1831559A1 EP05845997A EP05845997A EP1831559A1 EP 1831559 A1 EP1831559 A1 EP 1831559A1 EP 05845997 A EP05845997 A EP 05845997A EP 05845997 A EP05845997 A EP 05845997A EP 1831559 A1 EP1831559 A1 EP 1831559A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
drive unit
diaphragm spring
unit according
spring
frame
Prior art date
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Granted
Application number
EP05845997A
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English (en)
French (fr)
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EP1831559B1 (de
Inventor
Alexander Schade
Jan-Grigor Schubert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
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Publication date
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Application filed by BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Publication of EP1831559A1 publication Critical patent/EP1831559A1/de
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Publication of EP1831559B1 publication Critical patent/EP1831559B1/de
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Revoked legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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 for use for compressing refrigerants in a refrigerator, and in particular a drive unit for driving an oscillating linear piston movement for such a linear compressor.
  • a linear compressor is known, the drive unit of which comprises a frame and a vibrating body mounted in the frame via a diaphragm spring.
  • the oscillating body comprises a permanent magnet, a piston rod rigidly connected to the permanent magnet, and a piston articulated to the piston rod and reciprocable in a cylinder.
  • the movement of the piston is driven by an electromagnet arranged around the cylinder, which interacts with the permanent magnet.
  • a disc-shaped diaphragm spring is bolted to the center of the piston rod, and the outer edge of the diaphragm spring is connected to a yoke surrounding the cylinder, the electromagnet and the permanent magnet.
  • the oscillating body and the diaphragm spring form a vibratory system whose natural frequency is determined by the mass of the oscillating body and the diaphragm spring and the stiffness of the diaphragm spring.
  • the diaphragm spring allows only small vibration amplitudes, since each deflection of the vibrating body is associated with an expansion of the diaphragm spring. Due to the low vibration amplitude, it is difficult to reliably make the dead volume of the cylinder small. However, the larger the dead volume, the worse the efficiency of the compressor. The small stroke also forces the cylinder to be proportionate to the large diameter length to achieve a given throughput. It is complicated to adequately seal the correspondingly large circumference of the piston.
  • a gas pressure bearing for the piston is provided, that is, the swept by the piston cylinder wall has openings that communicate with the high pressure outlet of the Linear compressor are connected to form a gas cushion between the inner wall of the cylinder and the piston.
  • a pressurized gas bearing only works if the required overpressure is present at the outlet of the linear compressor, that is not when the compressor starts or runs out. At these times, there is a risk that the piston grinds on the cylinder wall, so that the compressor wears prematurely.
  • a linear compressor according to the preamble of claim 1 is known from US 6 641 377 B2.
  • each piston is held by two respective two-armed diaphragm springs.
  • each diaphragm spring exerts a torque on the piston in the deflected state. If this torque is not compensated for exactly, the piston in addition to its linear oscillatory motion of a torsional vibration, and it can be wobbled movements of the piston are excited, which can lead to contact between the piston and cylinder and consequently to increased wear.
  • Object of the present invention is to provide a low-wear drive unit for a linear compressor with a frame and mounted in the frame via a diaphragm spring vibrating body in which the diaphragm spring allows a large stroke of the vibrating body, or reach a high throughput at low piston diameter can.
  • the object is achieved in that the plurality of arms of the diaphragm spring each engage with one end on the frame and with another end on the vibrating body, and that the arms between the two ends in pairs have sections with opposite curvature.
  • the arms do not extend in the shortest path between the two ends, so that when the vibrating body is deflected they can stretch and approach the rectilinear shape without having to stretch the material of the arms.
  • the diaphragm spring has pairs of arms with portions curved in respective opposite directions.
  • each arm has a single unidirectional curved section.
  • Each such arm also exerts a torque on the oscillating body supported by it, which, however, is compensated by the pair of oppositely curved arms paired with it.
  • each arm has two portions curved in different directions. Again, since the different curved portions cause torques in opposite directions, so that the torque of each arm can be made very small or made to disappear.
  • the oscillating body is reliably guided linearly in the direction of the desired oscillatory movement, and a lateral evasive movement, which could lead to contact between a piston carried by the oscillating body and a cylinder surrounding the piston, can be avoided.
  • the arms of a same diaphragm spring preferably hang together in one piece at their attacking on the frame ends and / or at their attacking on the oscillating body ends.
  • the frame engaging ends may be connected by a frame integral with the leaf springs.
  • the arms of the at least one diaphragm spring should be made of a very thin material. Its strength can be so tight that it is sufficient only to prevent lateral deflection of the vibrating body. However, such a weak diaphragm spring would result in a low natural frequency of the drive unit - A -
  • each arm is preferably associated with a return spring, which counteracts deformation of the arm, so that the diaphragm spring together with the return springs each form an elastic system whose rigidity is significantly greater than that Diaphragm spring alone.
  • the effective spring constant of the correlation of diaphragm spring and return spring can be made adjustable in order to tune the natural frequency of the drive unit as needed.
  • a coil spring is preferably used.
  • the invention also relates to a linear compressor having a working chamber, a reciprocating in the working chamber for compressing a working fluid piston and a coupled to drive the reciprocating motion to the piston drive unit of the type described above.
  • FIG. 1 shows a schematic section through a linear compressor.
  • Fig. 2 is a plan view of a diaphragm spring for use in the linear compressor of Fig. 1 according to the invention
  • Fig. 3 is a plan view of a second embodiment of a diaphragm spring
  • Fig. 4 is a partially sectioned side view of a linear compressor with the diaphragm spring shown in Fig. 3; and Fig. 5 shows a further embodiment of a diaphragm spring.
  • the linear compressor for a refrigerator shown in Fig. 1 comprises a compressor chamber 1, which is bounded on the one hand by a movable piston 2 and on the other hand by a cylinder 3, which is composed of a pipe section 4 and a cover 5.
  • a suction nozzle, a discharge nozzle and valves that allow an influx of refrigerant in the compressor chamber only via the suction nozzle and a drain only via the discharge nozzle.
  • the pipe section 4 is concentrically surrounded by a second pipe section 6 and connected to it via a radial flange 7.
  • a diaphragm spring 8 At the end facing away from the flange 7 of the pipe section 6, the circumference of a diaphragm spring 8 is fixed.
  • a vibrating body 9 At the center of the diaphragm spring 8, a vibrating body 9 is mounted, which is composed of a piston rod 10, to which the piston 2 is articulated, a flange 11 fixed to the piston rod 10 and a permanent magnet 12 which is secured to the flange 11 and into the space between the pipe sections 6, 4 dips. Also housed in the gap electromagnets for exerting a force in the direction of the piston rod 10 on the permanent magnet 12 are omitted in the figure.
  • the diaphragm spring 8 is made of spring steel or other elastically deformable but substantially non-stretchable material.
  • the central region of the diaphragm spring 8 is elastically deflectable with little force in a direction perpendicular to the plane of FIG. 2, the deflection resulting in the arms 14 slightly reducing their curvature in plan view and the central region being rotated slightly counterclockwise.
  • the resistance of the diaphragm spring 8 against a displacement of the central region in the plane of Fig. 2 is substantially greater than the resistance to a deflection perpendicular to this plane, so that at the Opening 15 of the diaphragm spring 8 fixed end of the piston rod 10 is reliably guided linearly movable.
  • a second embodiment of the diaphragm spring 8 is shown in Fig. 3 in a plan view.
  • This embodiment has a closed outer ring 13.
  • This ring is here of rectangular shape, but this is of little importance for the function of the diaphragm spring.
  • the two sections 18, 19 of each arm 14 each have opposite direction of curvature.
  • Four holes 20 for attachment of the diaphragm spring are located at the corners of the frame thirteenth
  • Fig. 4 shows a partially sectioned side view of a linear compressor in which diaphragm springs 8 of the type shown in Fig. 3 are used.
  • the compressor has a frame with a central chamber 21, wherein in two opposite walls, here with reference to the illustration in FIG. For the sake of clarity, referred to as ceiling 22 and bottom 23, openings are formed, through which play a rod-shaped oscillating mass 24 extends.
  • the chamber is provided to receive unillustrated electromagnets for driving a reciprocating motion of a permanent magnet inserted into the oscillating mass.
  • the ends of the oscillating mass 24 are at the central portions 16 of two diaphragm springs 8 of the form shown in Fig. 3 by means of screws or rivets 25th attached.
  • the frame 13 of each diaphragm spring 8 in turn rests on projecting from the ceiling 22 and the bottom 23 of the central chamber 21 webs 26.
  • the height of the webs 26 defines the maximum stroke of movement of the oscillating mass 24; If this maximum stroke is exceeded, the central regions 16 of the diaphragm spring 8 abut against the ceiling 22 or floor 23.
  • the diaphragm springs 8 are held on the webs 26 each by screws or rivets 27, each crossing a foot piece 28 of an upper or lower yoke 29, 30 and one of the holes 19 in the corners of the frame 13 and engage in the central chamber 21.
  • the lower yoke 30 supports two coil springs 31, each of which is placed so that free headers 32 of them, as indicated by a dash-dotted outline in Fig. 3, respectively contact the curved portions 18 of two arms 14 when deflected downwardly , and so resist a deflection of the oscillating mass 24 down.
  • Corresponding coil springs 31, which contact the curved portions 18 of arms of the upper diaphragm spring 8 and counteract upward deflection of the oscillating mass, are provided on the upper yoke 29.
  • the upper yoke 29 also carries a cylinder 33 into which a piston connected to the oscillating mass 24 via a piston rod 10, which is not visible in the figure, can be moved back and forth. Since the oscillating mass 24 is guided exactly linearly by the two diaphragm springs 8, the piston rod 12 and with it the piston carried by it can not move transversely to the direction of movement, and grinding of the piston on the inner wall of the cylinder 33 can be avoided.
  • the diaphragm springs can therefore be made very thin and easily deformable, so that no material fatigue occurs even with long-lasting operation, because the energy that the diaphragm springs for lack of sufficient rigidity are unable to store, can be absorbed by appropriately sized coil springs 31.
  • the diaphragm springs are each combined with coil springs with different spring constants, each resulting in different natural frequencies of the oscillatory system.
  • Fig. 5 shows a modification of the diaphragm spring 8 of Fig. 3, which is used in their place in the compressor of FIG.
  • the outer frame 13 has been omitted. Instead, only the two right and the two left arms 14 are connected at their ends remote from the central region 16 by a strip of material 34. The operation does not differ from that of the diaphragm spring of FIG. 3.

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Abstract

Ein Antriebsaggregat für einen Linearverdichter umfasst ein Gestell (21, 29, 30) und einen in dem Gestell (21, 29, 30) über wenigstens eine Membranfeder (8) gelagerten, in einer Richtung hin und her beweglichen Schwingkörper (24, 10). Die Membranfeder (8) umfasst mehrere mit einem Ende am Gestell (21, 29, 30) und mit einem anderen Ende am Schwingkörper (24) angreifende Arme (14). Jeweils zwei der Arme (14) weisen zwischen den zwei Enden entgegengesetzt gekrümmte Abschnitte (18, 19) auf.

Description

Linearverdichter und Antriebsaggregat dafür
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Linearverdichter, insbesondere für den Einsatz zum Verdichten von Kältemitteln in einem Kältegerät, und insbesondere ein Antriebsaggregat zum Antreiben einer oszillierenden linearen Kolbenbewegung für einen solchen Linearverdichter.
Aus US 6 596 032 B2 ist ein Linearverdichter bekannt, dessen Antriebsaggregat ein Gestell und einen in dem Gestell über eine Membranfeder gelagerten Schwingkörper umfasst. Der Schwingkörper umfasst einen Permanentmagneten, eine mit dem Permanentmagneten starr verbundene Kolbenstange und einen an die Kolbenstange angelenkten Kolben, der in einem Zylinder hin- und her beweglich ist. Die Bewegung des Kolbens ist angetrieben durch einen rings um den Zylinder angeordneten Elektromagneten, der mit dem Permanentmagneten wechselwirkt. Eine scheibenförmige Membranfeder ist mittig an der Kolbenstange verschraubt, und der äußere Rand der Membranfeder ist einem Joch verbunden, das den Zylinder, den Elektromagneten und den Permanentmagneten umgibt.
Der Schwingkörper und die Membranfeder bilden ein schwingfähiges System, dessen Eigenfrequenz durch die Masse des Schwingkörpers und der Membranfeder sowie die Steifigkeit der Membranfeder bestimmt ist. Die Membranfeder lässt nur kleine Schwingungsamplituden zu, da jede Auslenkung des Schwingkörpers mit einer Dehnung der Membranfeder verbunden ist. Aufgrund der geringen Schwingungsamplitude ist es schwierig, das Totvolumen des Zylinders zuverlässig klein zu machen. Je größer aber das Totvolumen ist, um so schlechter ist der Wirkungsgrad des Verdichters. Der kleine Hub zwingt ferner dazu, den Zylinder mit in Verhältnis zur Länge großem Durchmesser auszubilden, um einen gegebenen Durchsatz zu erreichen. Es ist aufwändig, den entsprechend großen Umfang des Kolbens hinreichend abzudichten.
Da der Schwingkörper in radialer Richtung nur durch seine Verbindung mit der Feder gehalten ist, besteht die Möglichkeit, dass der den Kolben tragende Kopf der Kolbenstange hin- und herpendelt und an der Zylinderwand schleift. Um dies zu verhindern, ist eine Druckgaslagerung für den Kolben vorgesehen, d. h. die von dem Kolben überstrichene Zylinderwand weist Öffnungen auf, die mit dem Hochdruckauslass des Linearverdichters verbunden sind, um ein Gaskissen zwischen der Innenwand des Zylinders und dem Kolben zu bilden. Ein solches Druckgaslager funktioniert jedoch nur, wenn an dem Auslass der Linearverdichters der erforderliche Überdruck vorhanden ist, also nicht beim Anfahren bzw. Auslaufen des Verdichters. Zu diesen Zeiten besteht die Gefahr, dass der Kolben an der Zylinderwand schleift, so dass der Verdichter vorzeitig verschleißt.
Ein Linearverdichter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus US 6 641 377 B2 bekannt. Bei diesem Doppelkolben-Linearverdichter ist jeder Kolben durch zwei jeweils zweiarmige Membranfedern gehalten.
Aufgrund der Krümmung der Arme ist ein größerer Kolbenhub möglich, doch übt jede Membranfeder auf den Kolben im ausgelenkten Zustand ein Drehmoment aus. Wenn dieses Drehmoment nicht exakt kompensiert wird, führt der Kolben zusätzlich zu seiner linearen Schwingbewegung eine Drehschwingung aus, und es können Taumelbewegungen des Kolbens angeregt werden, die zu Kontakt zwischen Kolben und Zylinder und infolgedessen zu erhöhtem Verschleiß führen können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein verschleißarmes Antriebsaggregat für einen Linearverdichter mit einem Gestell und einem in dem Gestell über eine Membranfeder gelagerten Schwingkörper zu schaffen, bei dem die Membranfeder einen großen Hub des Schwing körpers erlaubt, bzw. der einen hohen Durchsatz bei geringen Kolbendurchmesser erreichen kann.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die mehreren Arme der Membranfeder jeweils mit einem Ende am Gestell und mit einem anderen Ende am Schwingkörper angreifen, und dass die Arme zwischen den zwei Enden jeweils paarweise Abschnitte mit entgegengesetzter Krümmung aufweisen. Die Arme erstrecken sich somit nicht auf dem kürzesten Wege zwischen den zwei Enden, so dass sie sich, wenn der Schwingkörper ausgelenkt wird, strecken und der geradlinigen Form annähern können, ohne dass dafür das Material der Arme gedehnt werden muss. Innerhalb eines gleichen Werkstücks ist es recht einfach, die Arme so zu fertigen, dass ihre Drehmomente einander exakt kompensieren; wenn wie bei US6 641 377 B2 beschrieben, zwei Membranfedern mit in jeweils verschiedene Richtung gekrümmten Armen vorgesehen sind, können Abweichungen der Materialsstärke von einer Feder zur anderen die Kompensation vereiteln oder zumindest erheblich erschweren.
Vorzugsweise hat die Membranfeder Paare von Armen mit in jeweils entgegengesetzte Richtungen gekrümmten Abschnitten.
Im einfachsten Fall hat jeder Arm einen einzigen in eine Richtung gekrümmten Abschnitt. Jeder solche Arm übt beim Auslenken auch ein Drehmoment auf den von ihm getragenen Schwingkörper aus, das aber von dem mit ihm gepaarten, entgegengesetzt gekrümmten Armen kompensiert wird.
Vorzugsweise hat jeder Arm zwei in unterschiedliche Richtungen gekrümmte Abschnitte. Da auch hier die unterschiedlich gekrümmten Abschnitte Drehmomente in entgegengesetzte Richtungen hervorrufen, kann so dass das Drehmoment jedes einzelnen Armes sehr klein gemacht oder zum Verschwinden gebracht werden.
Vorteilhaft ist auch, wenigstens eine zweite Membranfeder vorzusehen, deren Arme an einem Bereich des Schwing körpers angreifen, der vom Angriffsbereich der ersten Membranfeder in Richtung der Schwingbewegung beabstandet ist. Durch die zwei Membranfedern ist der Schwingkörper zuverlässig linear in Richtung der gewünschten Schwingbewegung geführt, und eine seitliche Ausweichbewegung, die zu einem Kontakt zwischen einem von dem Schwingkörper getragenen Kolben und einem den Kolben umgebenden Zylinder führen könnte, kann vermieden werden.
Die Arme einer gleichen Membranfeder hängen vorzugsweise an ihren am Gestell angreifenden Enden und/oder an ihren an den Schwingkörper angreifenden Enden jeweils einteilig zusammen. Die am Gestell angreifenden Enden können durch einen mit den Blattfedern einteiligen Rahmen verbunden sein.
Um ohne Gefahr von Materialermüdung einen großen Hub zu ermöglichen, sollten die Arme der wenigstens einen Membranfeder Die einem sehr dünnen Material gefertigt sein. Dessen Stärke kann so knapp bemessen sein, dass sie lediglich ausreicht, um ein seitliches Ausweichen des Schwing körpers zu verhindern. Eine solche schwache Membranfeder würde jedoch zu einer niedrigen Eigenfrequenz des Antriebsaggregates - A -
und damit bei vorgegebenem Hub zu einem geringen Durchsatz eines von dem Antriebsaggregat angetriebenen Verdichters führen. Um eine für einen benötigten Durchsatz ausreichende Eigenfrequenz des Antriebsaggregates zu erzielen, ist vorzugsweise jedem Arm eine Rückstellfeder zugeordnet, die einer Verformung des Armes entgegenwirkt, so dass die Membranfeder zusammen mit den Rückstellfedern jeweils ein elastisches System bildet, dessen Steifigkeit deutlich größer ist als die der Membranfeder allein.
Die effektive Federkonstante der Korrelation von Membranfeder und Rückstellfeder kann verstellbar gemacht sein, um die Eigenfrequenz des Antriebsaggregates nach Bedarf abstimmen zu können.
Als Rückstellfeder wird vorzugsweise eine Schraubenfeder verwendet.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Linearverdichter mit einer Arbeitskammer, einem in der Arbeitskammer zum Verdichten eines Arbeitsfluids hin- und her beweglichen Kolben und einem zum Antreiben der Hin- und Herbewegung an den Kolben gekoppelten Antriebsaggregat der oben beschriebenen Art.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch einen Linearverdichter;
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Membranfeder zur Verwendung in dem Linearverdichter der Fig. 1 gemäß der Erfindung;
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine zweite Ausgestaltung einer Membranfeder;
Fig. 4 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Linearverdichters mit der in Fig. 3 gezeigten Membranfeder; und Fig. 5 eine weitere Ausgestaltung einer Membranfeder.
Der in Fig. 1 gezeigte Linearverdichter für ein Kältegerät umfasst eine Verdichterkammer 1 , die einerseits von einem beweglichen Kolben 2 und andererseits von einem Zylinder 3 begrenzt ist, der aus einem Rohrabschnitt 4 und einem Deckel 5 zusammengefügt ist. In dem Deckel 5 befinden sich, nicht dargestellt, in an sich bekannter Art und Weise ein Saugstutzen, ein Druckstutzen sowie Ventile, die einen Zustrom von Kältemittel in die Verdichterkammer nur über den Saugstutzen und einen Abfluss nur über den Druckstutzen erlauben.
Der Rohrabschnitt 4 ist konzentrisch von einem zweiten Rohrabschnitt 6 umgeben und mit ihm über einen radialen Flansch 7 verbunden. An dem vom Flansch 7 abgewandten Ende des Rohrabschnittes 6 ist der Umfang einer Membranfeder 8 befestigt. Am Mittelpunkt der Membranfeder 8 ist ein Schwingkörper 9 angebracht, der sich aus einer Kolbenstange 10, an die der Kolben 2 angelenkt ist, einem an der Kolbenstange 10 befestigten Flansch 11 sowie einem Permanentmagneten 12 zusammensetzt, der am Flansch 11 befestigt ist und in den Zwischenraum zwischen den Rohrabschnitten 6, 4 eintaucht. Ebenfalls in dem Zwischenraum untergebrachte Elektromagnete zum Ausüben einer Kraft in Richtung der Kolbenstange 10 auf den Permanentmagneten 12 sind in der Fig. weggelassen.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die Membranfeder 8. Sie umfasst einen umlaufenden äußeren Ring 13 und von dem Ring 13 aus jeweils spiralförmig nach innen verlaufende paarweise spiegelbildliche Arme 14, die an ihren vom Ring 13 abgewandten Enden untereinander verbunden sind. Eine zentrale Öffnung 15 ist zum Verschrauben der Kolbenstange 10 vorgesehen.
Die Membranfeder 8 besteht aus Federstahl oder einem anderen elastisch verformbaren, aber im Wesentlichen nicht dehnbaren Material. Der zentrale Bereich der Membranfeder 8 ist mit geringer Kraft in eine Richtung senkrecht zur Ebene der Fig. 2 elastisch auslenkbar, wobei die Auslenkung dazu führt, dass die Arme 14 in der Draufsicht ihre Krümmung geringfügig verringern und der zentrale Bereich geringfügig im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird. Die Beständigkeit der Membranfeder 8 gegen eine Verschiebung des zentralen Bereiches in der Ebene der Fig. 2 ist wesentlich größer als der Widerstand gegen eine Auslenkung senkrecht zu dieser Ebene, so dass das an der Öffnung 15 der Membranfeder 8 befestigte Ende der Kolbenstange 10 zuverlässig linear beweglich geführt ist.
Eine zweite Ausgestaltung der Membranfeder 8 ist in Fig. 3 in einer Draufsicht gezeigt. Auch diese Ausgestaltung hat einen geschlossenen äußeren Ring 13. Dieser Ring ist hier von rechteckiger Gestalt, was jedoch für die Funktion der Membranfeder von geringer Bedeutung ist. Von den Ecken des Rahmens 13 aus erstrecken sich vier Arme 14 zum zentralen Bereich 16 hin, die jeweils aus drei gradlinigen Abschnitten 17 und zwei die Abschnitte 17 verbindenden gekrümmten Abschnitten 18, 19 aufgebaut sind. Die zwei Abschnitte 18, 19 jedes Armes 14 haben jeweils entgegengesetzte Krümmungsrichtung. Vier Bohrungen 20 zur Befestigung der Membranfeder befinden sich an den Ecken des Rahmens 13.
Wenn der zentrale Bereich 16 ausgelenkt wird, führt dies zu einer leichten Aufbiegung der gekrümmten Abschnitte 18, 19. Aufgrund der entgegengesetzten Krümmungsrichtungen der zwei Abschnitte 18, 19 jedes Armes resultieren aus der Aufbiegung jeweils entgegengesetzte Drehmomente, so dass das von jedem einzelnen Arm 14 auf den zentralen Bereich 16 ausgeübte Drehmoment gering ist. Darüber hinaus kompensieren sich die Drehmomente jeweils benachbarter Arme 14, da jeweils einer von ihnen das Spiegelbild des anderen ist und die von ihnen ausgeübten Drehmomente daher entgegengesetzt gleich. Der zentrale Bereich 16 und folglich auch eine daran befestigte Kolbenstange 10 sind somit exakt linear und verdrehungsfrei geführt.
Fig. 4 zeigt eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Linearverdichters, in dem Membranfedern 8 der in Fig. 3 gezeigten Art verwendet sind. Der Verdichter hat ein Gestell mit einer zentralen Kammer 21, bei der in zwei gegenüberliegenden Wänden, hier unter Bezugnahme auf die Darstellung in der Fig. der Anschaulichkeit halber als Decke 22 und Boden 23 bezeichnet, Öffnungen gebildet sind, durch die sich spielhaltig eine stabförmige Schwingmasse 24 erstreckt. Die Kammer ist vorgesehen, um nicht dargestellte Elektromagnete zum Antreiben einer Hin- und Herbewegung eines in die Schwingmasse eingefügten Permanentmagneten aufzunehmen.
Die Enden der Schwingmasse 24 sind an den zentralen Bereichen 16 von zwei Membranfedern 8 der in Fig. 3 gezeigten Form mit Hilfe von Schrauben oder Nieten 25 befestigt. Der Rahmen 13 jeder Membranfeder 8 wiederum ruht auf von der Decke 22 bzw. dem Boden 23 der zentralen Kammer 21 abstehenden Stegen 26. Die Höhe der Stege 26 legt den maximalen Hub der Bewegung der Schwingmasse 24 fest; wird dieser maximale Hub überschritten, stoßen die zentralen Bereiche 16 der Membranfeder 8 gegen Decke 22 bzw. Boden 23 an.
Die Membranfedern 8 sind an den Stegen 26 jeweils durch Schrauben oder Nieten 27 gehalten, die jeweils ein Fußstück 28 eines oberen bzw. unteren Jochs 29, 30 und eine der Bohrungen 19 in den Ecken des Rahmens 13 kreuzen und in die zentrale Kammer 21 eingreifen.
Das untere Joch 30 trägt zwei Schraubenfedern 31 , die jeweils so platziert sind, dass freie Kopfstücke 32 von ihnen, wie auch als strichpunktierter Umriss in Fig. 3 angedeutet, jeweils die gekrümmten Abschnitte 18 von zwei Armen 14 berühren, wenn diese nach unten ausgelenkt sind, und sich so einer Auslenkung der Schwingmasse 24 nach unten widersetzen. Entsprechende Schraubenfedern 31 , die die gekrümmten Abschnitte 18 von Armen der oberen Membranfeder 8 berühren und einer Auslenkung der Schwingmasse nach oben entgegenwirken, sind am oberen Joch 29 vorgesehen.
Das obere Joch 29 trägt ferner einen Zylinder 33, in den ein mit der Schwingmasse 24 über eine Kolbenstange 10 verbundener, in der Fig. nicht sichtbarer Kolben hin und her beweglich ist. Da die Schwingmasse 24 durch die zwei Membranfedern 8 exakt linear geführt ist, kann die Kolbenstange 12 und mit ihr der von ihr getragene Kolben nicht quer zur Bewegungsrichtung ausweichen, und ein Schleifen des Kolbens an der Innenwand des Zylinders 33 kann vermieden werden.
Wenn sich die Schwingmasse 24 an einem der Umkehrpunkte ihrer Bahn befindet, ist ihre gesamte Bewegungsenergie in Form von Verformungsenergie in den Membranfedern 8 und den Schraubenfedern 31 gespeichert, wobei sich die Verteilung der Energie auf die Federtypen nach deren jeweiligen Federkonstanten richtet. Die Membranfedern können daher sehr dünn und leicht verformbar gemacht werden, so dass auch bei lang andauerndem Betrieb keine Materialermüdung auftritt, denn die Energie, die die Membranfedern mangels ausreichender Steifigkeit nicht zu speichern im Stande sind, kann von entsprechend dimensionierten Schraubenfedern 31 aufgenommen werden. Außerdem können mit einem gleichen Modell von Membranfeder Verdichter mit unterschiedlichem Durchsatz realisiert werden, indem die Membranfedern jeweils mit Schraubenfedern mit unterschiedlichen Federkonstanten kombiniert werden, die jeweils unterschiedliche Eigenfrequenzen des schwingfähigen Systems ergeben.
Denkbar ist auch, die Eigenfrequenz eines Antriebsaggregates abstimmbar zu machen, indem die Schraubenfedern 31 jeweils verschiebbar an den Jochen 29, 30 montiert werden. Je näher der von den Kopfstücken 32 der Schraubenfedern 31 berührte Bereich der Arme 14 am zentralen Bereich 16 der Membranfedern 8 liegt, um so steifer ist das Gesamtsystem aus Membranfeder und Schraubenfedern, und um so höher ist die Eigenfrequenz des resultierenden Antriebsaggregates.
Im Extremfall ist es möglich, die zwei Schraubenfedern 31 jedes Jochs 29, 30 jeweils durch eine einzige Schraubenfeder zu ersetzen, die unmittelbar den zentralen Bereich 16 berührt.
Fig. 5 zeigt eine Abwandlung der Membranfeder 8 aus Fig. 3, die an deren Stelle in dem Verdichter der Fig. 4 einsetzbar ist. Bei der Membranfeder der Fig. 5 ist der äußere Rahmen 13 weggefallen; statt dessen sind nur noch die zwei rechten bzw. die zwei linken Arme 14 an ihren von dem zentralen Bereich 16 abgewandten Enden durch einen Materialstreifen 34 verbunden. Die Funktionsweise unterscheidet sich nicht von derjenigen der Membranfeder aus Fig. 3.

Claims

Patentansprüche
1. Antriebsaggregat für einen Linearverdichter mit einem Gestell (21 , 29, 30) und einem in dem Gestell (21, 29, 30) über wenigstens eine Membranfeder (8) gelagerten, in einer Richtung hin und her beweglichen Schwingkörper (24, 10), bei dem die Membranfeder (8) mehrere Arme 14 aufweist, die mit einem Ende am Gestell (21 , 29, 30) und mit einem anderen Ende am Schwingkörper (24) angreifen, und zwischen den zwei Enden einen gekrümmten Verlauf aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei der Arme (14) entgegengesetzt gekrümmte Abschnitte (18, 19) aufweisen.
2. Antriebsaggregat nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jeder Arm (14) zwei in unterschiedliche Richtungen gekrümmte Abschnitte (18, 19) aufweist.
3. Antriebsaggregat nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens eine zweite Membranfeder (8) umfasst, und dass die erste und die zweite Membranfeder (8) an in Richtung der Schwing bewegung beabstandeten Bereichen des Schwingkörpers (24, 10) angreifen.
4. Antriebsaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arme (14) einer gleichen Membranfeder (8) an ihren am Schwingkörper (24, 10) angreifenden Enden (16) einteilig zusammenhängen.
5. Antriebsaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arme (14) einer gleichen Membranfeder (8) an ihren am Gestell (21, 29, 30) angreifenden Enden einteilig zusammenhängen.
6. Antriebsaggregat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die am Gestell (21 , 29, 30) angreifenden Enden durch einen mit den Armen (14) einteiligen Rahmen (13) verbunden sind.
7. Antriebsaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Arm (14) eine Rückstellfeder (31) zugeordnet ist, die einer Verformung des Arms (14) entgegenwirkt.
8. Antriebsaggregat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeit der Membranfeder (8) in der Verformungsrichtung kleiner als die der
Rückstellfeder (31) ist
9. Antriebsaggregat nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine effektive Federkonstante der Kombination von Membranfeder (8) und Rückstellfeder (31 ) verstellbar ist.
10. Antriebsaggregat nach Anspruch 7, 8, oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfeder (31) eine Schraubenfeder ist.
11. Antriebsaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse des Schwingkörpers (24, 10) größer ist als die Masse aller Federn (8, 31).
12. Linearverdichter mit einer Arbeitskammer, einem in der Arbeitskammer zum Verdichten eines Arbeitsfluids hin und her beweglichen Kolben und einem zum
Antreiben der Hin- und Herbewegung an den Kolben gekoppelten Antriebsaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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