EP2064445A1 - Hubkolbenverdichter - Google Patents

Hubkolbenverdichter

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EP2064445A1
EP2064445A1 EP07788285A EP07788285A EP2064445A1 EP 2064445 A1 EP2064445 A1 EP 2064445A1 EP 07788285 A EP07788285 A EP 07788285A EP 07788285 A EP07788285 A EP 07788285A EP 2064445 A1 EP2064445 A1 EP 2064445A1
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EP
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compressor according
cylinder
compressor
leaf spring
inlet
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Marco Giacchi
Thorsten Kusnik
Jan-Grigor Schubert
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BSH Hausgeraete GmbH
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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
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    • F04B39/1073—Adaptations or arrangements of distribution members the members being reed valves
    • F04B39/1086—Adaptations or arrangements of distribution members the members being reed valves flat annular reed valves

Definitions

  • the present invention relates to a compressor having a cylinder which includes a compression chamber of circular cross-section in which a reciprocating piston is reciprocally movable.
  • Inlet and outlet openings for a medium to be compressed are often both arranged on an end wall of the cylinder.
  • the piston in the compression chamber must not be rotatable about its longitudinal axis.
  • a conventional, driven by a rotating engine via a crank mechanism reciprocating piston this is not a problem.
  • rotation of the piston about the longitudinal axis is not ruled out. If such a rotatable piston is provided with a projection in the manner described above, there is a risk that the projection after a rotation of the piston no longer hits the outlet opening and instead strikes against the end wall of the cylinder, resulting in the destruction of the compressor can.
  • the object of the invention is to provide a compressor which achieves high efficiency, without a rotation of the piston in the compressor chamber about its longitudinal axis must be constructively excluded.
  • the object is achieved in that in a compressor with a cylinder in which a compression chamber is formed by a circular cross-section and in an end wall the inlet and outlet openings are formed for a medium to be compressed, and a reciprocating in the compression chamber reciprocating piston, which carries on its end wall surface facing a Austreibervorsprung, which engages in a dead center position of the piston in the outlet, the longitudinal axis of the Cylinder passes through the outlet opening.
  • a longitudinal axis should be understood the center axis.
  • the latter preferably has a non-circular cross-section whose dimension in the circumferential direction of the cylinder is greater than in the radial direction.
  • the inlet opening may have a cross section in the form of a circular arc.
  • a plurality of inlet openings distributed around the outlet opening may be provided. These are expediently distributed along a circular arc.
  • the circular arc is expediently concentric to the longitudinal axis. Preferably, it extends over an angle of less than 180 °. The latter is particularly useful in order to shut off the entire inlet cross-section with a single shut-off.
  • shut-off body is preferably acted upon by a arranged in the compression chamber first leaf spring against the inlet opening.
  • a second shut-off body is preferably acted upon by a arranged on the outside of the end wall second leaf spring against the outlet opening.
  • each leaf spring is held by at least two rivets to prevent twisting of the leaf spring, which could cause the locking body no longer properly obscured the associated opening.
  • Fig. 1 is a perspective view of a linear compressor according to the invention
  • Fig. 2 is an exploded view of parts of the compressor of Fig. 1;
  • FIG. 3 shows a section through the cylinder of the compressor from FIG. 1.
  • Fig. 1 shows an example of the structure of a linear compressor for a refrigeration device, which represents a preferred application of the invention.
  • the linear compressor has a rigid, in plan view approximately U-shaped frame, which is composed of two flat wall pieces 1 and a sheet 2. Between two mutually facing end sides of the sheet 2 and the two wall pieces 1, a first diaphragm spring 3 is clamped, a second diaphragm spring 4 of the same shape as the diaphragm spring 3 is fixed to the side facing away from the sheet 2 of the wall pieces 1.
  • the stamped from spring plate diaphragm springs 3, 4 each have four spring arms 5, which extend in a zigzag from the wall pieces 1 to a central portion 6, with which they meet.
  • the central portion 6 has two holes, two outer to which by means of screws or rivets 7, a permanent magnetic oscillating body 8 is suspended, and a central bore, through which in the diaphragm spring 3 a to the oscillating body 8 z.
  • B. fastened by screwing Piston rod 10 extends.
  • the piston rod 10 connects the oscillating body 8 with a reciprocating piston, not visible in the figure, in the interior of a cylinder 15, which is carried by the arch 2.
  • Refrigerant inlet and outlet ports of the pumping chamber are designated 16 and 17, respectively.
  • Two electromagnets 9 with E-shaped yoke and a wound around the middle leg of the E coil are each arranged between the oscillating body 8 and the wall pieces 1 with the oscillating body 8 pole pieces and serve to drive a swinging movement of the oscillating body 8.
  • a control circuit 37 supplies the Electromagnets 9 with an alternating current, whose frequency is adapted to the natural frequency of the oscillatory system, which is formed by the diaphragm springs 3, 4, the oscillating body 8 and driven by him lifting piston.
  • the cylinder 15 is, as seen in Fig. 1, divided into a main body 1 1, in which the reciprocating piston is guided to and fro, a valve plate 12, which forms an end wall of a recessed in the main body compression chamber, and a cap 13 at the inlet and outlet ports 16, 17 are located.
  • Main body extending compressor chamber is on the valve plate 12 as dashed
  • Circle 14 indicated.
  • the longitudinal axis of the compression chamber is shown in dash-dotted line.
  • a circular outlet bore 18 is arranged exactly coaxially with the longitudinal axis.
  • a circular arc-shaped slot extends about an angle of about 120 ° around the outlet bore 18 around and forms a
  • FIG. 1 Further holes 20 at the corners of the valve plate 12 are provided to receive screws, not shown, with which the valve plate 12 and the cap 13 are attached to the main body 1 1.
  • Two further holes 21 are used for fastening two leaf springs 22 and 23 on the valve plate 12 by means of rivets 24.
  • the leaf springs 22, 23 together with the inlet port 19 and the outlet bore 18 respectively inlet and outlet valves of the compressor chamber.
  • the leaf springs 22, 23 each have one elongated foot 25, in which to the holes 21 complementary holes 26 are formed for the rivets 24, and projecting from the foot to the longitudinal axis outwardly elastic tongue 27th
  • an opening 28 is cut, which, when the leaf spring 23 is riveted to the valve plate 12, the outlet hole 18 leaves free.
  • the tongue 27 of the leaf spring 22 abuts against the outlet bore 18 from the outside, with its tip acting as a shut-off valve of the outlet valve.
  • the interior of the cap 13 is divided by an intermediate wall 29 into a suction-side cavity 30 and a pressure-side cavity 31, to which the refrigerant inlet nozzle 16 or outlet nozzle 17 opens and which communicate with the compressor chamber via the inlet opening 19 and the outlet bore 18, respectively.
  • the designated with 32 reciprocating piston has on its side facing away from the viewer in the perspective of FIG. 2 a concentric projection 33 to the longitudinal axis, the length and diameter of the common thickness of the valve plate 12 and the
  • Fig. 3 shows a section through the main body 1 1 of the compression chamber and the reciprocating piston 32. It can be seen that the compression chamber 14 is surrounded by an annular cavity 34 which communicates with the compression chamber 14 through a plurality of small openings 35.
  • the cavity 34 extends in the longitudinal direction of the compression chamber 14 from the top to bottom dead center of the reciprocating piston 32. It is via a bore 36 of the valve plate 12 with the pressure-side cavity 31 of the cap 13 connected and fed in this way with compressed refrigerant that penetrates in small quantities through the openings 35 in the compression chamber 14 and so between the walls and the reciprocating piston 32 forms a gas cushion on which the reciprocating piston 32 is friction and low-wear movable.

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Abstract

Ein Verdichter umfasst einem Zylinder (15), in dem eine Verdichterkammer (14) von kreisrundem Querschnitt gebildet ist, wobei in einer Stirnwand (12) des Zylinders (15) Ein- und Auslassöffnungen (18, 19) für ein zu verdichtendes Medium gebildet sind, und einen in der Verdichterkammer (14) hin und her beweglichen Hubkolben (32), der an seiner der Stirnwand (12) zugewandten Oberfläche einen Austreibervorsprung (33) trägt, der in einer Totpunktstellung des Hubkolbens (32) in die Auslassöffnung (18) eingreift. Die Längsachse des Zylinders (15) verläuft durch die Auslassöffnung (18).

Description

Hubkolbenverdichter
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verdichter mit einem Zylinder, der eine Verdichterkammer von kreisrundem Querschnitt enthält, in der ein Hubkolben hin und her beweglich ist. Ein- und Auslassöffnungen für ein zu verdichtendes Medium sind häufig beide an einer Stirnwand des Zylinders angeordnet. Um den Öffnungen einen im Verhältnis zum Durchmesser der Stirnwand möglichst großen Durchmesser geben zu können, sind sie meist auf verschiedenen Seiten einer die Stirnwand diametral kreuzenden imaginären Mittelebene angeordnet.
Um einen hohen Wirkungsgrad des Verdichters zu erzielen, muss dessen Totvolumen so klein wie möglich sein. Es ist daher bekannt, an einem Hubkolbenverdichter die der Stirnwand zugewandte Oberfläche des Kolbens mit einem Vorsprung zu versehen, der am oberen Totpunkt des Kolbens in die Auslassöffnung eingreift, um darin enthaltenes Medium so vollständig wie möglich aus der Verdichterkammer auszutreiben.
Damit der Vorsprung des Kolbens zuverlässig in die Auslassöffnung einrücken kann, darf der Kolben in der Verdichterkammer nicht um deren Längsachse drehbar sein. Bei einem herkömmlichen, von einem rotierenden Motor über einen Kurbeltrieb angetriebenen Hubkolben ist dies kein Problem. Bei neueren Verdichterbauformen, wie etwa bei dem aus US 6 506 032 B2 bekannten Linearverdichter, ist eine Drehung des Kolbens um die Längsachse nicht ausgeschlossen. Wenn ein solcher drehbarer Kolben in der oben beschriebenen Weise mit einem Vorsprung versehen ist, besteht die Gefahr, dass der Vorsprung nach einer Drehung des Kolbens nicht mehr in die Auslassöffnung trifft und statt dessen gegen die Stirnwand des Zylinders schlägt, was zur Zerstörung des Verdichters führen kann.
Aufgabe der Erfindung ist, einen Verdichter anzugeben, der einen hohen Wirkungsgrad erreicht, ohne dass eine Drehung des Kolbens in der Verdichterkammer um deren Längsachse konstruktiv ausgeschlossen werden muss.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei einem Verdichter mit einem Zylinder, in dem eine Verdichterkammer von kreisrundem Querschnitt gebildet ist und in einer Stirnwand des Zylinders Ein- und Auslassöffnungen für ein zu verdichtendes Medium gebildet sind, und einem in der Verdichterkammer hin und her beweglichen Hubkolben, der an seiner der Stirnwand zugewandten Oberfläche einen Austreibervorsprung trägt, der in einer Totpunktstellung des Kolbens in die Auslassöffnung eingreift, die Längsachse des Zylinders durch die Auslassöffnung verläuft. Als Längsachse soll die Zentrumsachse verstanden sein.
Um trotz der zentralen Platzierung der Auslassöffnung einen großen Querschnitt der Einlassöffnung zu realisieren, hat letztere vorzugsweise einen unrunden Querschnitt, dessen Abmessung in Umfangsrichtung des Zylinders größer ist als in radialer Richtung.
Insbesondere kann die Einlassöffnung einen Querschnitt in Form eines Kreisbogens aufweisen.
Alternativ können eine Mehrzahl von um die Auslassöffnung herum verteilten Einlassöffnungen vorgesehen sein. Auch diese sind zweckmäßigerweise entlang eines Kreisbogens verteilt.
Der Kreisbogen ist zweckmäßigerweise zur Längsachse konzentrisch. Vorzugsweise erstreckt er sich über einen Winkel von weniger als 180°. Letzteres ist insbesondere sinnvoll, um den gesamten Einlassquerschnitt mit einem einzigen Absperrkörper absperren zu können.
Ein solcher Absperrkörper ist vorzugsweise durch eine in der Verdichterkammer angeordnete erste Blattfeder gegen die Einlassöffnung beaufschlagt.
Um die Biegebelastung der Blattfeder im Betrieb klein zu halten, ist es zweckmäßig, diese im Verhältnis zu den radialen Abmessungen des Verdichters möglich lang zu machen. Hierfür ist es insbesondere zweckmäßig, wenn die Blattfeder an einem der Einlassöffnung diametral gegenüberliegenden Ort der Stirnwand befestigt ist.
Um zu verhindern, dass die Blattfeder die Auslassöffnung versperrt, ist sie vorzugsweise mit einer Öffnung versehen, durch die die Längsachse des Zylinders verläuft. Ein zweiter Absperrkörper ist vorzugsweise durch eine an der Außenseite der Stirnwand angeordnete zweite Blattfeder gegen die Auslassöffnung beaufschlagt.
Der Zusammenbau des Verdichters ist vereinfacht, wenn erste und zweite Blattfeder durch wenigstens eine gemeinsame Niete an der Stirnwand befestigt sind. Vorzugsweise ist jede Blattfeder von wenigstens zwei Nieten gehalten, um eine Verdrehung der Blattfeder zu verhindern, die dazu führen könnte, dass der Sperrkörper die zugeordnete Öffnung nicht mehr korrekt verdeckt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren.
Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Linearverdichters;
Fig. 2 eine auseinandergezogene Ansicht von Teilen des Verdichters aus Fig. 1 ; und
Fig. 3 einen Schnitt durch den Zylinder des Verdichters aus Fig. 1.
Fig. 1 zeigt beispielhaft den Aufbau eines Linearverdichter für ein Kältegerät, der eine bevorzugte Anwendung der Erfindung darstellt. Der Linearverdichter hat einen steifen, in Draufsicht in etwa U-förmigen Rahmen, der aus zwei flachen Wandstücken 1 und einem Bogen 2 zusammengesetzt ist. Zwischen einander zugewandten Stirnseiten des Bogens 2 und der zwei Wandstücke 1 ist eine erste Membranfeder 3 eingespannt, eine zweite Membranfeder 4 von gleicher Gestalt wie die Membranfeder 3 ist an von dem Bogen 2 abgewandten Stirnseiten der Wandstücke 1 befestigt.
Die aus Federblech gestanzten Membranfedern 3, 4 haben jeweils vier Federarme 5, die sich im Zickzack von den Wandstücken 1 zu einem Mittelabschnitt 6 erstrecken, mit dem sie zusammentreffen. Der Mittelabschnitt 6 weist jeweils zwei Bohrungen auf, zwei äußere, an denen mit Hilfe von Schrauben oder Nieten 7 ein permanent magnetischer Schwingkörper 8 aufgehängt ist, und eine mittlere Bohrung, durch die sich bei der Membranfeder 3 eine an dem Schwingkörper 8 z. B. durch Verschraubung befestigte Kolbenstange 10 erstreckt. Die Kolbenstange 10 verbindet den Schwingkörper 8 mit einem in der Fig. nicht sichtbaren Hubkolben im Inneren eines Zylinders 15, der von dem Bogen 2 getragen ist. Kältemitteleinlass und -auslassstutzen der Pumpkammer sind mit 16 bzw. 17 bezeichnet.
Zwei Elektromagnete 9 mit E-förmigen Joch und einer um den mittleren Schenkel des E gewickelten Spule sind jeweils zwischen dem Schwingkörper 8 und den Wandstücken 1 mit dem Schwingkörper 8 zugewandten Polschuhen angeordnet und dienen zum Antreiben einer Schwingbewegung des Schwingkörpers 8. Eine Steuerschaltung 37 versorgt die Elektromagnete 9 mit einem Wechselstrom, dessen Frequenz an die Eigenfrequenz des schwingfähigen Systems angepasst ist, welches durch die Membranfedern 3, 4, den Schwingkörper 8 und den von ihm angetriebenen Hubkolben gebildet ist.
Der Zylinder 15 ist, wie in Fig. 1 erkennbar, gegliedert in einen Hauptkörper 1 1 , in welchem der Hubkolben hin und her beweglich geführt ist, eine Ventilplatte 12, die eine Stirnwand einer im Hauptkörper ausgesparten Verdichterkammer bildet, und eine Kappe 13, an der sich die Ein- und Auslassstutzen 16, 17 befinden.
Der Aufbau des Zylinders wird deutlicher anhand der auseinandergezogenen Darstellung der Fig. 2. Der Hauptkörper 1 1 ist in der Fig. 2 weggelassen; der Umriss der sich in dem
Hauptkörper erstreckenden Verdichterkammer ist an der Ventilplatte 12 als gestrichelter
Kreis 14 angedeutet. Die Längsachse der Verdichterkammer ist als strichpunktierte Linie eingezeichnet. In der Ventilplatte 12 ist eine kreisrunde Auslassbohrung 18 exakt koaxial zu der Längsachse angeordnet. Ein kreisbogenförmiger Schlitz erstreckt sich über einen Winkel von hier etwa 120° um die Auslassbohrung 18 herum und bildet eine
Einlassöffnung 19 der Verdichterkammer.
Weitere Bohrungen 20 an den Ecken der Ventilplatte 12 sind vorgesehen, um nicht dargestellte Schrauben aufzunehmen, mit denen die Ventilplatte 12 und die Kappe 13 am Hauptkörper 1 1 befestigt werden. Zwei weitere Bohrungen 21 dienen zur Befestigung von zwei Blattfedern 22 bzw. 23 an der Ventilplatte 12 mit Hilfe von Nieten 24. Die Blattfedern 22, 23 bilden zusammen mit der Einlassöffnung 19 bzw. der Auslassbohrung 18 jeweils Ein- und Auslassventile der Verdichterkammer. Die Blattfedern 22, 23 haben jeweils einen langgestreckten Fuß 25, in dem zu den Bohrungen 21 komplementäre Löcher 26 für die Nieten 24 gebildet sind, und eine von dem Fuß zur Längsachse hin abstehende elastische Zunge 27.
In die Zunge 27 der Blattfeder 23 ist eine Öffnung 28 geschnitten, die, wenn die Blattfeder 23 an der Ventilplatte 12 vernietet ist, die Auslassbohrung 18 frei lässt. Ein Endabschnitt 38 der Zunge 27, der sich bogenförmig um die Öffnung 28 erstreckt, bildet einen Absperrkörper des Einlassventils, der in entspanntem Zustand der Blattfeder 23 die Einlassöffnung 19 abdeckt.
Die Zunge 27 der Blattfeder 22 liegt von außen an der Auslassbohrung 18 an, wobei ihre Spitze als Absperrkörper des Auslassventils fungiert.
Das Innere der Kappe 13 ist durch eine Zwischenwand 29 in einen saugseitigen Hohlraum 30 und einen druckseitigen Hohlraum 31 unterteilt, auf die der Kältemitteleinlassstutzen 16 bzw. -auslassstutzen 17 münden und die mit der Verdichterkammer über die Einlassöffnung 19 bzw. die Auslassbohrung 18 kommunizieren.
Der mit 32 bezeichnete Hubkolben weist an seiner in der Perspektive der Fig. 2 vom Betrachter abgewandten Seite einen zur Längsachse konzentrischen Vorsprung 33 auf, dessen Länge und Durchmesser der gemeinsamen Dicke der Ventilplatte 12 und der
Blattfeder 23 bzw. dem Durchmesser der Auslassbohrung 18 entsprechen. An einem oberen Totpunkt der Bewegung des Hubkolbens 32, wenn dieser die vom in der
Verdichterkammer herrschenden Druck gegen die Ventilplatte 12 gedrückte Blattfeder 23 nahezu berührt, rückt der Vorsprung 33 in die Auslassbohrung 18 ein und verdrängt darin enthaltenes Restgas.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch den Hauptkörper 1 1 der Verdichterkammer und den Hubkolben 32. Man erkennt, dass die Verdichterkammer 14 von einem ringförmigen Hohlraum 34 umgeben ist, der mit der Verdichterkammer 14 durch eine Vielzahl von kleinen Öffnungen 35 kommuniziert. Der Hohlraum 34 erstreckt sich in Längsrichtung der Verdichterkammer 14 vom oberen bis zum unteren Totpunkt des Hubkolbens 32. Er ist über eine Bohrung 36 der Ventilplatte 12 mit dem druckseitigen Hohlraum 31 der Kappe 13 verbunden und auf diese Weise mit verdichtetem Kältemittel gespeist, das in kleinen Mengen durch die Öffnungen 35 in die Verdichterkammer 14 eindringt und so zwischen deren Wänden und dem Hubkolben 32 ein Gaskissen bildet, auf dem der Hubkolben 32 reibungs- und verschleißarm beweglich ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verdichter mit einem Zylinder (15), in dem eine Verdichterkammer (14) von kreisrundem Querschnitt gebildet ist, wobei in einer Stirnwand (12) des Zylinders (15) Ein- und Auslassöffnungen (18, 19) für ein zu verdichtendes Medium gebildet sind, und einem in der Verdichterkammer (14) hin und her beweglichen Hubkolben (32), der an seiner der Stirnwand (12) zugewandten Oberfläche einen Austreibervorsprung (33) trägt, der in einer Totpunktstellung des Hubkolbens (32) in die Auslassöffnung (18) eingreift, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse des Zylinders (15) durch die Auslassöffnung (18) verläuft.
2. Verdichter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Einlassöffnung (19) einen unrunden Querschnitt aufweist, dessen Abmessung in Umfangsrichtung des Zylinders größer ist als in radialer Richtung.
3. Verdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnung (19) einen Querschnitt in Form eines Kreisbogens aufweist.
4. Verdichter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass er eine Mehrzahl von um die Auslassöffnung herum verteilten Einlassöffnungen aufweist.
5. Verdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnungen entlang eines Kreisbogens verteilt sind.
6. Verdichter nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der
Kreisbogen sich über einen Winkel von weniger als 180° erstreckt.
7. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Absperrkörper (38) durch eine in der Verdichterkammer angeordnete erste Blattfeder (23) gegen die Einlassöffnung
(19) beaufschlagt ist.
8. Verdichter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder (23) an einem der Einlassöffnung (19) diametral gegenüberliegenden Ort der Stirnwand (12) befestigt ist.
9. Verdichter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder (23) eine Öffnung (28) aufweist, durch die die Längsachse des Zylinders (15) verläuft.
10. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Absperrkörper (27) durch eine an der Außenseite der Stirnwand angeordnete zweite Blattfeder (22) gegen die Auslassöffnung (18) beaufschlagt ist.
1 1. Verdichter nach einem der Ansprüche 7 bis 9 und Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Blattfeder (22, 23) durch wenigstens eine gemeinsame Niete (24) an der Stirnwand (12) befestigt sind.
12. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Linearmotor (1 -9) zum Antreiben der Bewegung des Kolbens (32).
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DE102006042015A DE102006042015A1 (de) 2006-09-07 2006-09-07 Hubkolbenverdichter
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US (1) US20100008801A1 (de)
EP (1) EP2064445B1 (de)
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DE (1) DE102006042015A1 (de)
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