EP2225463B1 - Verdichter - Google Patents

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EP2225463B1
EP2225463B1 EP08863204.7A EP08863204A EP2225463B1 EP 2225463 B1 EP2225463 B1 EP 2225463B1 EP 08863204 A EP08863204 A EP 08863204A EP 2225463 B1 EP2225463 B1 EP 2225463B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
blade
valve plate
compressor
opening
compressor according
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP08863204.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2225463A1 (de
Inventor
Marco Giacchi
Gernot Pfau
Franz-Josef Siebers
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Publication of EP2225463A1 publication Critical patent/EP2225463A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2225463B1 publication Critical patent/EP2225463B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/10Adaptations or arrangements of distribution members
    • F04B39/1066Valve plates
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/10Adaptations or arrangements of distribution members
    • F04B39/1073Adaptations or arrangements of distribution members the members being reed valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/10Valves; Arrangement of valves
    • F04B53/1037Flap valves
    • F04B53/1047Flap valves the valve being formed by one or more flexible elements

Definitions

  • the present invention relates to a compressor having a compressor chamber in which a piston is movable, and a valve plate delimiting the compressor chamber in which at least one valve is formed by a sheet covering an opening of the valve plate in a closed position, wherein a middle portion of the sheet which lies between a root of the blade fixed to the valve plate and a head of the blade closing the opening, facing a recess of the valve plate.
  • the sheet To close the opening tightly, the sheet must lie tightly in the closed position on the entire edge of the opening. This does not succeed if in the medium to be compressed entrained particles settle between the sheet and valve plate. From the presence of such particles resulting leaks lead to a significant loss of efficiency of the compressor and limit the achievable at its output pressure.
  • the patent US 4,955,797 shows a compressor housing comprising a motor consisting of a rotor and a stator. Centered in the engine is an aperture in which a crankshaft is arranged. The crankshaft is supported by means of a bearing. At a planar region of the bearing a recess is formed, in which a leaf spring is arranged.
  • the publication GB 1 246 256 shows a valve set for reciprocating compressor with a valve seat plate consisting of several stacked plates. Between two plates a flexible pressure plate is attached.
  • the patent US 2,908,287 shows a valve plate, wherein in a recess of the valve plate, a leaf valve is arranged.
  • the object of the present invention is to provide a compressor in which the likelihood that particles between the blade and the valve plate prevent the blade from sealing the opening is minimized.
  • the object is achieved by providing, in a compressor with a compression chamber, in which a piston is movable, and a valve plate delimiting the compressor chamber, in which at least one valve is formed by a blade covering in a closed position of an opening of the valve plate, in a central portion the blade located between a root of the blade fixed to the valve plate and a head of the blade closing the opening, facing a recess of the valve plate and the recess extending below the root. Due to the root-side fixation, the stroke of the blade becomes smaller and smaller as the compressor is operating from head to root. Therefore, in particular, particles stuck in the vicinity of the root between the valve plate and the blade can affect its sealing effect sensitive. However, the recess of the valve plate ensures that even between the little moving parts of the blade and the surface of the valve plate enough space is available so that particles can escape from this space.
  • the recess extends to below the root itself and thus extends below that portion of the central portion whose mobility is the lowest and where, consequently, without the presence of the recess the Probability that a stuck particle can dissolve again is the least.
  • the recess extends beyond an edge of the blade so that fluid pressurized by the movement of the blade toward the valve plate can escape laterally out of the depression without unduly damping the movement of the blade.
  • the valve can quickly close upon a pressure change in the compression chamber, and a backflow of the valve, which would reduce the efficiency of the compressor is minimized.
  • the blade is movable in a gap between the valve plate and a hubbegrenzenden element.
  • the sheet can be kept at a small distance from the valve plate even with little or even vanishing inherent stiffness with the valve open, to ensure a fast closing when pressure changes.
  • the low inherent rigidity required makes it possible to make the blade very thin, so that a long operating time of the compressor can be achieved without appreciable material fatigue of the blade.
  • the stroke limiting element abut the root of the blade and be continuously curved along the central portion of the blade. As the sheet conforms to the stroke-limiting element in the open state, a uniform distribution of the bending stress over a large part of the sheet can be achieved.
  • the hubbegrenzende element and the sheet can be rationally riveted together on the valve plate.
  • key rivets are preferably used to fix the foot of the blade to the valve plate.
  • the sheet is resiliently flexible and the closed position is a rest position of the sheet.
  • the opening may be an outlet opening of the compression chamber.
  • the opening is preferably located on the longitudinal axis of the compression chamber, and a piston rotatable in the compression chamber about the axis thereof carries a displacer portion which engages the opening in a dead center position to minimize the dead volume of the compression chamber.
  • An inlet opening of the compressor chamber is then preferably arranged off-center in the valve plate. In order to maximize the cross-sectional area of the inlet opening, this preferably extends arcuately around the outlet opening.
  • the opening which can be closed by the blade can also be an inlet opening of the compression chamber.
  • the sheet expediently has a central opening which is aligned with an outlet opening formed in the valve plate.
  • Fig. 1 shows by way of example the construction of a linear compressor for a refrigerator, 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, where 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. by screw fastened 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 nozzles 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.
  • An unshown modification according to one or both diaphragm springs may be replaced by a leaf spring of substantially rectangular base, each of which an edge is attached to one end of one of the wall pieces 1 and whose opposite edge is fixed to the oscillating body 8.
  • the opposite wall piece 1 carries in this modification, no spring element.
  • Such a leaf spring must be very thin in order to be able to follow the movement of the oscillating body 8 sufficiently fatigue-free and can therefore exert only a small restoring force on the oscillating body 8.
  • the restoring force is proportional to the resonant frequency of the oscillating body and thus to the throughput of the compressor.
  • In order to exert a sufficiently high restoring force on the oscillating body 8 in particular in the direction of vibration aligned, can be provided on train and pressure resilient coil springs.
  • the cylinder 15 is, as in Fig. 1 recognizable, divided into a main body 11, 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, on which the inlet and outlet ports 16, 17 are located ,
  • the structure of the cylinder is clearer by the exploded view of the Fig. 2 ,
  • the main body 11 is in the Fig. 2 omitted; the outline of the compressor chamber extending in the main body is indicated on the valve plate 12 as a dashed circle 14.
  • 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 an inlet opening 19 of the compression chamber.
  • 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 secured to the main body 11.
  • Two further bores 21 are used for fastening two leaf springs 22 and 23 to the valve plate 12 with the aid of fitting rivets 24.
  • the leaf springs 22, 23 together with the inlet opening 19 and the outlet bore 18 respectively inlet and outlet valves of the compressor chamber.
  • the leaf springs 22, 23 each have an elongated root 25 in which complementary to the holes 21 Holes 26 are formed for the fitting rivets 24, and one of the root 25 to the longitudinal axis projecting 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 piston 32 has at its in the perspective of Fig. 2 Side facing away from the viewer to a longitudinal axis concentric projection 33 whose length and diameter of the common thickness of the valve plate 12 and the leaf spring 23 and the diameter of the outlet bore 18 correspond. At a top dead center of the movement of the reciprocating piston 32 when it almost touches the leaf spring 23 pressed against the valve plate 12 by the pressure prevailing in the compression chamber, the projection 33 enters the outlet bore 18 and displaces residual gas contained therein.
  • Fig. 3 shows a perspective view of a preferred modification of the compressor according to the invention, however, wherein the valve plate 12 with that of Fig. 2 is identical.
  • the cap 13 opposite surface of the valve plate 12.
  • a recess 39 is formed between the holes 21 on the one hand and the outlet bore 18 on the other hand.
  • the outline of the leaf spring 22 is recorded as a dotted line on the surface of the valve plate 12, so that it can be seen that the recess 39 extends for the most part under a root near section 40 of the tongue 27 and to a lesser extent also below the root 25.
  • the recess 39 is thus largely under a portion of the leaf spring 22, which, when in the operation of the compressor, the tongue 27 moves back and forth, little moves, and if the surface of the valve plate 12 would be flat, with this a narrow, to the root 25 would form towards tapering gap.
  • the recess 39 prevents particulates entrained in the fluid compressed by the compressor from becoming trapped between the leaf spring 22 and the valve plate 12 and thus adversely affecting the valve action of the leaf spring 22.
  • the recess 39 is slightly wider than the tongue 27, so that by the movement of the tongue 27 in the recess 39 pushed-in fluid can easily escape in the lateral direction ,
  • the presence of the stroke limiter 41 makes it possible, on the one hand, to use a very thin, extremely easily flexible material for the leaf spring 22, which withstands bending operations in the circumference permitted by the stroke limiter 41 for a long time without significant material fatigue.
  • the uniform curvature of the tongue 42 causes the tongue 27, when pressed against the stroke limiter 41 by fluid flowing out of the outlet bore 18, to assume a uniformly curved shape, thereby further reducing the material stress on the leaf spring 22.
  • Fig. 5 shows a further perspective detail view according to a second embodiment, with the in 3 and 4 can be combined shown.
  • the leaf spring 23, which covers the inlet opening 19, is embodied integrally here in one piece with a ring 44 bearing against the valve plate 12.
  • the position of the ring 44 on the valve plate 12 is predetermined by two pins 45 which are inserted through two holes 46 of the ring 44 into blind holes of the valve plate 12.
  • the position of a spacer 44 placed on the ring 44 and a pipe section 48 is predetermined.
  • a circumferential collar of the pipe section 48 includes the blind holes of the valve plate 12 complementary holes that receive the pins 45.
  • the pipe section 48 forms the outer wall of the compression chamber.
  • a plurality of grooves 49 is formed, from the bottom of each extend a plurality of very fine radial holes 35 to the compressor chamber.
  • the pipe section 48 is surrounded by an annular cavity 50. This communicates via a bore 36 of the valve plate (see Fig. 2 From the cavity 50 via the holes 35 in the compressor chamber back flowing fluid forms a sliding layer on which the reciprocating piston 32 without friction, without contact with the pipe section 48, moves.
  • the section holder ring 47 in the vicinity of the root of the leaf spring 23 a cutout 51, which allows the thin webs 34, which connect the arcuate end portion 38 of the tongue with the ring 44, over its entire length, before the pressure of to recede into the compressor chamber inflowing fluid.
  • the thicknesses of the leaf spring 23 and the spacer ring 47 are greatly exaggerated in order to be able to clearly show them; Nevertheless, it is clear that here the valve plate 12 facing end face of the pipe section 48 may act as a Hubbegrenzer which supports the narrow webs 34 on a portion of their length when flowing fluid into the compressor chamber, the leaf spring 23 presses away from the valve plate 12.
  • the compressor is always driven by a linearly oscillating drive unit
  • the described compressor chamber is also suitable for being driven by a rotating motor via a connecting rod.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Compressor (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verdichter mit einer Verdichterkammer, in der ein Kolben bewegbar ist, und einer die Verdichterkammer begrenzenden Ventilplatte, in der wenigstens ein Ventil durch ein in einer Schließstellung eine Öffnung der Ventilplatte überdeckendes Blatt gebildet ist, wobei einem mittleren Abschnitt des Blatts, der zwischen einer an der Ventilplatte fixierten Wurzel des Blatts und einem die Öffnung verschließenden Kopf des Blatts liegt, eine Aussparung der Ventilplatte gegenüberliegt. Um die Öffnung dicht zu verschließen, muss das Blatt in der Schließstellung auf dem gesamten Rand der Öffnung dicht anliegen. Dies gelingt nicht, wenn in dem zu verdichtenden Medium mitgeführte Partikel sich zwischen Blatt und Ventilplatte absetzen. Aus dem Vorhandensein solcher Partikel resultierende Leckagen führen zu einer erheblichen Wirkungsgradeinbuße des Verdichters und begrenzen den an seinem Ausgang erreichbaren Druck.
  • Die Patentschrift US 4,955,797 zeigt ein Kompressorgehäuse umfassend einen Motor bestehend aus einem Rotor und einem Stator. Mittig in dem Motor ist eine Apertur angeordnet, in welcher eine Kurbelwelle angeordnet ist. Die Kurbelwelle wird mittels eines Lagers gelagert. An einem planaren Bereich des Lagers ist eine Vertiefung gebildet, in welcher eine Blattfeder angeordnet ist.
  • Die Patentschrift US 5,779,458 , welche als nächstkommender Stand der Technik angesehen werden kann, zeigt einen Verdichter umfassend eine Ventilplatte, wobei in Aussparungen der Ventilplatte eine Blattfeder festgeklemmt ist.
  • Die Offenlegungsschrift GB 1 246 256 zeigt einen Ventilsatz für Kolbenverdichter mit einer Ventilsitzplatte bestehend aus mehreren übereinandergeschichteten Platten. Zwischen zwei Platten ist eine flexible Drucklamelle befestigt.
  • Die Patentschrift US 2,908,287 zeigt eine Ventilplatte, wobei in einer Aussparung der Ventilplatte ein Blattventil angeordnet ist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Verdichter anzugeben, bei dem die Wahrscheinlichkeit, dass Partikel zwischen Blatt und Ventilplatte das Blatt am Abdichten der Öffnung hindern, minimiert ist.
  • Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einem Verdichter mit einer Verdichterkammer, in der ein Kolben bewegbar ist, und einer die Verdichterkammer begrenzenden Ventilplatte, in der wenigstens ein Ventil durch ein in einer Schließstellung einer Öffnung der Ventilplatte überdeckendes Blatt gebildet ist, in einem mittleren Abschnitt des Blatts, der zwischen einer an der Ventilplatte fixierten Wurzel des Blatts und einem die Öffnung verschließenden Kopf des Blatts liegt, eine Aussparung der Ventilplatte gegenüberliegt und die Aussparung sich bis unter die Wurzel erstreckt. Aufgrund der wurzelseitigen Fixierung wird der Hub des Blatts während des Betriebs des Verdichters vom Kopf zur Wurzel hin immer kleiner. Daher können insbesondere Partikel, die in Wurzelnähe zwischen der Ventilplatte und dem Blatt stecken bleiben, dessen Dichtwirkung empfindlich beeinträchtigen. Die Aussparung der Ventilplatte sorgt jedoch dafür, dass auch zwischen den nur wenig beweglichen Teilen des Blatts und der Oberfläche der Ventilplatte genügend Platz vorhanden ist, damit Partikel aus diesem Zwischenraum entweichen können.
  • Erfindungsgemäß erstreckt sich die Aussparung bis unter die Wurzel selbst und verläuft somit unter demjenigen Bereich des mittleren Abschnitts, dessen Beweglichkeit am geringsten ist und wo infolgedessen ohne das Vorhandensein der Aussparung die Wahrscheinlichkeit, dass ein stecken gebliebener Partikel sich wieder lösen kann, am geringsten ist.
  • Zweckmäßig ist auch, dass die Aussparung sich über einen Rand des Blatts hinaus erstreckt, so dass durch die Bewegung des Blatts in Richtung der Ventilplatte unter Druck gesetztes Fluid aus der Vertiefung seitlich entweichen kann, ohne die Bewegung des Blatts übermäßig zu dämpfen. So kann das Ventil bei einem Druckwechsel in der Verdichterkammer schnell schließen, und ein Rückfluss in Sperrrichtung des Ventils, der den Wirkungsgrad des Verdichters verringern würde, wird minimiert.
  • Vorzugsweise ist das Blatt in einem Spalt zwischen der Ventilplatte und einem hubbegrenzenden Element beweglich. So kann das Blatt auch bei geringer oder gar verschwindender Eigensteifigkeit bei offenem Ventil in geringem Abstand von der Ventilplatte gehalten werden, um ein schnelles Schließen bei Druckwechsel zu gewährleisten. Die geringe erforderliche Eigensteifigkeit erlaubt es, das Blatt sehr dünn zu machen, so dass eine lange Betriebszeit des Verdichters ohne nennenswerte Materialermüdung des Blatts erreichbar ist.
  • Zur Vermeidung von Materialermüdung ist ferner bevorzugt, dass das hubbegrenzende Element an der Wurzel des Blatts anliegt und entlang des mittleren Abschnitts des Blatts kontinuierlich gekrümmt ist. Indem sich das Blatt in offenem Zustand an das hubbegrenzende Element anschmiegt, kann eine gleichmäßige Verteilung der Biegebeanspruchung über einen großen Teil des Blatts erreicht werden.
  • Das hubbegrenzende Element und das Blatt können rationellerweise gemeinsam an der Ventilplatte vernietet sein.
  • Um eventuelle Lecks zwischen den zwei Seiten der Ventilplatte an den Nieten zu minimieren, sind vorzugsweise Passnieten verwendet, um den Fuß des Blatts an der Ventilplatte zu fixieren.
  • Vorzugsweise ist das Blatt elastisch biegsam, und die Schließstellung ist eine Ruhestellung des Blatts.
  • Bei der Öffnung kann es sich um eine Auslassöffnung der Verdichterkammer handeln.
  • In diesem Fall ist die Öffnung vorzugsweise auf der Längsachse der Verdichterkammer angeordnet, und ein in der Verdichterkammer um deren Achse drehbarer Kolben trägt einen Verdrängerabschnitt, der in einer Totpunktstellung in die Öffnung eingreift, um das Totvolumen der Verdichterkammer zu minimieren.
  • Eine Einlassöffnung der Verdichterkammer ist dann vorzugsweise außermittig in der Ventilplatte angeordnet. Um die Querschnittsfläche der Einlassöffnung zu maximieren, erstreckt sich diese vorzugsweise bogenförmig um die Auslassöffnung.
  • Es kann sich bei der durch das Blatt verschließbaren Öffnung aber auch um eine Einlassöffnung der Verdichterkammer handeln. In diesem Fall weist das Blatt zweckmäßigerweise eine zentrale Öffnung auf, die auf eine in der Ventilplatte gebildete Auslassöffnung ausgerichtet ist.
  • 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 Linearverdichters, an dem die vorliegende Erfindung verwirklicht ist;
    Fig. 2
    eine auseinander gezogene Ansicht von Teilen des Verdichters aus Fig. 1 gemäß einer ersten Ausgestaltung;
    Fig. 3
    ein vergrößertes Detail aus Fig. 2 gemäß einer weiter entwickelten zweiten Ausgestaltung;
    Fig. 4
    einen Schnitt durch die Ventilplatte des Linearverdichters gemäß der zweiten Ausgestaltung;
    Fig. 5
    eine weitere perspektivische Detailansicht gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung;
    Fig. 6
    einen axialen Teilschnitt durch den Linearverdichter; und
    Fig. 7
    einen radialen Schnitt entlang der Linie VII-VII der Fig. 6.
  • Fig. 1 zeigt beispielhaft den Aufbau eines Linearverdichters 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, an 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.
  • Einer nicht gezeichneten Abwandlung zufolge können eine oder beide Membranfedern durch eine Blattfeder von im Wesentlichen rechteckiger Grundfläche ersetzt sein, von der jeweils ein Rand an einem Ende eines der Wandstücke 1 befestigt ist und dessen entgegengesetzter Rand am Schwingkörper 8 befestigt ist. Das gegenüberliegende Wandstück 1 trägt bei dieser Abwandlung kein Federelement. Eine solche Blattfeder muss sehr dünn sein, um hinreichend ermüdungsfrei der Bewegung des Schwingkörpers 8 folgen zu können, und kann daher nur eine geringe Rückstellkraft auf den Schwingkörper 8 ausüben. Die Rückstellkraft ist jedoch proportional zur Resonanzfrequenz des Schwingkörpers und damit zum Durchsatz des Verdichters. Um eine ausreichend hohe Rückstellkraft auf den Schwingkörper 8 auszuüben, können insbesondere in Schwingrichtung ausgerichtete, auf Zug und Druck belastbare Spiralfedern vorgesehen sein.
  • Der Zylinder 15 ist, wie in Fig. 1 erkennbar, gegliedert in einen Hauptkörper 11, 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 11 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 11 befestigt werden. Zwei weitere Bohrungen 21 dienen zur Befestigung von zwei Blattfedern 22 bzw. 23 an der Ventilplatte 12 mit Hilfe von Passnieten 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 eine langgestreckte Wurzel 25, in der zu den Bohrungen 21 komplementäre Löcher 26 für die Passnieten 24 gebildet sind, und eine von der Wurzel 25 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 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Abwandlung des erfindungsgemäßen Verdichters, wobei allerdings die Ventilplatte 12 mit derjenigen der Fig. 2 identisch ist. In Fig. 3 erkennt man die in der Perspektive der Fig. 2 vom Betrachter abgewandte, der Kappe 13 gegenüber liegende Oberfläche der Ventilplatte 12. In dieser Oberfläche ist zwischen den Bohrungen 21 einerseits und der Auslassbohrung 18 andererseits eine Vertiefung 39 gebildet. Der Umriss der Blattfeder 22 ist als punktierte Linie auf die Oberfläche der Ventilplatte 12 aufgezeichnet, so dass zu erkennen ist, dass die Vertiefung 39 sich größtenteils unter einem wurzelnahen Abschnitt 40 der Zunge 27 und zu einem kleineren Teil auch bis unter die Wurzel 25 erstreckt. Die Vertiefung 39 liegt also größtenteils unter einem Bereich der Blattfeder 22, der sich, wenn im Betrieb des Verdichters die Zunge 27 vor und zurückschwenkt, nur wenig bewegt, und, wenn die Oberfläche der Ventilplatte 12 eben wäre, mit diesem einen schmalen, zur Wurzel 25 hin spitz zulaufenden Spalt bilden würde. Indem die Vertiefung 39 die Bildung eines solchen spitz zulaufenden Spalts ausschließt, verhindert sie, dass in dem von dem Verdichter verdichteten Fluid mitgeführte Partikel sich zwischen der Blattfeder 22 und der Ventilplatte 12 festsetzen und so die Ventilwirkung der Blattfeder 22 beeinträchtigen können.
  • Um eine unerwünschte Dämpfung der Bewegung der Blattfeder 22 durch in der Vertiefung 39 gefangenes Fluid zu vermeiden, ist die Vertiefung 39 etwas breiter als die Zunge 27, so dass durch die Bewegung der Zunge 27 in die Vertiefung 39 hineingedrücktes Fluid leicht in seitlicher Richtung entweichen kann.
  • Die in Fig. 3 ferner dargestellte bevorzugte Weiterentwicklung beruht darin, dass auf der gezeigten Oberfläche der Ventilplatte 12 nicht nur die Blattfeder 22 vernietet ist, sondern zusätzlich ein hubbegrenzendes Element 41, hier in Form eines mit der Blattfeder 22 kongruenten steifen Plättchens, dessen Zunge 42 gleichmäßig gekrümmt ist, so dass ihre Spitze von der Ventilplatte 12 schräg absteht. Eine Wurzel des Hubbegrenzers 41 ist an der Ventilplatte durch die Nieten 24 befestigt, wie insbesondere in der Schnittdarstellung der Fig. 4 zu erkennen, und die Wurzel der Blattfeder 22 ist zwischen dem Hubbegrenzer 41 und der Ventilplatte 12 fixiert. Wenn verdichtetes Fluid durch die Auslassbohrung 18 gegen die Zunge 27 der Blattfeder 22 strömt, wird diese zurückgedrängt, und die Zunge 27 schmiegt sich auf ihrer ganzen Länge an die Zunge 42 des Hubbegrenzers 41 an. Das Vorhandensein des Hubbegrenzers 41 erlaubt es zum einen, für die Blattfeder 22 ein sehr dünnes, extrem leicht biegsames Material zu verwenden, das Biegevorgänge im vom Hubbegrenzer 41 zugelassenen Umfang lange Zeit ohne nennenswerte Materialermüdung aushält. Die gleichmäßige Krümmung der Zunge 42 hat zur Folge, dass auch die Zunge 27, wenn sie von aus der Auslassbohrung 18 strömendem Fluid gegen den Hubbegrenzer 41 gedrückt wird, eine gleichmäßig gekrümmte Form annimmt, wodurch die Materialbeanspruchung der Blattfeder 22 weiter verringert wird.
  • Fig. 5 zeigt eine weitere perspektivische Detailansicht gemäß einer zweiten Weiterbildung, die mit der in Fig. 3 und 4 gezeigten kombinierbar ist. Die die Einlassöffnung 19 überdeckende Blattfeder 23 ist hier einteilig zusammenhängend mit einem an der Ventilplatte 12 anliegenden Ring 44 ausgeführt. Die Position des Rings 44 an der Ventilplatte 12 ist vorgegeben durch zwei Stifte 45, die durch zwei Löcher 46 des Rings 44 hindurch in Sackbohrungen der Ventilplatte 12 eingesteckt sind. In gleicher Weise ist die Position eines auf den Ring 44 aufgelegten Abstandhalterrings 47 sowie eines Rohrstücks 48 vorgegeben. Ein umlaufender Bund des Rohrstücks 48 enthält zu den Sackbohrungen der Ventilplatte 12 komplementäre Bohrungen, die die Stifte 45 aufnehmen. Das Rohrstück 48 bildet die Außenwand der Verdichterkammer. An der Außenseite des Rohrstücks 48 ist eine Mehrzahl von Rillen 49 gebildet, von deren Boden aus sich jeweils mehrere sehr feine radiale Bohrungen 35 bis zur Verdichterkammer erstrecken.
  • Wie der axiale Schnitt der Fig. 6 und der radiale Schnitt der Fig. 7 zeigen, ist das Rohrstück 48 von einem ringförmigen Hohlraum 50 umgeben. Dieser kommuniziert über eine Bohrung 36 der Ventilplatte (siehe Fig. 2) mit dem druckseitigen Hohlraum 31 der Kappe 13. Aus dem Hohlraum 50 über die Bohrungen 35 in die Verdichterkammer zurückströmendes Fluid bildet eine Gleitschicht, auf der sich der Hubkolben 32 reibungsfrei, ohne Kontakt mit dem Rohrstück 48, bewegt.
  • Wie in Fig. 5 zu erkennen, weist der Abschnitthalterring 47 in der Nähe der Wurzel der Blattfeder 23 einen Ausschnitt 51 auf, der es den dünnen Stegen 34, die den bogenförmigen Endabschnitt 38 der Zunge mit dem Ring 44 verbinden, auf ihrer gesamten Länge ermöglicht, vor dem Druck von in die Verdichterkammer einströmendem Fluid zurückzuweichen. In der Fig. 6 sind die Dicken der Blattfeder 23 und des Abstandhalterrings 47 stark übertrieben, um diese deutlich zeigen zu können; dennoch wird deutlich, dass hier die der Ventilplatte 12 zugewandte Stirnseite des Rohrstücks 48 als ein Hubbegrenzer wirken kann, der die schmalen Stege 34 auf einem Teil ihrer Länge abstützt, wenn in die Verdichterkammer strömendes Fluid die Blattfeder 23 von der Ventilplatte 12 fort drückt.
  • Aufgrund der geringen Breite der Stege 34 ist die Wahrscheinlichkeit des Steckenbleibens von Partikeln geringer als bei der druckseitigen Blattfeder 22. Falls erforderlich, ist es selbstverständlich auch hier möglich, durch (nicht gezeigte) Vertiefungen, die jeweils unterhalb der Stege 34 in der Ventilplatte angeordnet sind, diese Wahrscheinlichkeit noch weiter zu verringern.
  • Zwar ist in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen der Verdichter stets durch ein linear oszillierendes Antriebsaggregat angetrieben, doch ist für den Fachmann unmittelbar einsichtig, dass die beschriebene Verdichterkammer auch geeignet ist, um von einem rotierenden Motor über eine Pleuelstange angetrieben zu werden.

Claims (13)

  1. Verdichter mit einer Verdichterkammer, in der ein Kolben (32) bewegbar ist, und einer die Verdichterkammer begrenzenden Ventilplatte (12), in der wenigstens ein Ventil durch ein in einer Schließstellung eine Öffnung (18) der Ventilplatte (12) überdeckendes Blatt (22) gebildet ist, wobei einem mittleren Abschnitt (40) des Blatts (22), der zwischen einer an der Ventilplatte (12) fixierten Wurzel (25) des Blatts und einem die Öffnung (18) verschließenden Kopf des Blatts (22) liegt, eine Aussparung (39) der Ventilplatte (12) gegenüberliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (39) sich bis unter die Wurzel (25) erstreckt.
  2. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (39) sich über einen Rand des Blatts (22) hinaus erstreckt.
  3. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Blatt (22) in einem Spalt zwischen der Ventilplatte (12) und einem hubbegrenzenden Element (41) beweglich ist.
  4. Verdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das hubbegrenzende Element (41) an der Wurzel (25) des Blatts (22) anliegt und entlang des mittleren Abschnitts (44) des Blatts (22) kontinuierlich gekrümmt ist.
  5. Verdichter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das hubbegrenzende Element (41) und das Blatt (22) gemeinsam an der Ventilplatte (12) vernietet sind.
  6. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fuß (25) des Blatts (22) durch Passnieten (24) an der Ventilplatte (12) fixiert ist.
  7. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blatt (22) elastisch biegsam ist und die Schließstellung eine Ruhestellung des Blatts (22) ist.
  8. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (18) eine Auslassöffnung der Verdichterkammer ist.
  9. Verdichter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (18) auf der Längsachse der Verdichterkammer angeordnet ist und ein in der Verdichterkammer um deren Achse drehbarer Kolben (32) einen in einer Totpunktstellung in die Öffnung (18) eingreifenden Verdrängerabschnitt (33) trägt.
  10. Verdichter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einlassöffnung (19) außermittig in der Ventilplatte (12) angeordnet ist.
  11. Verdichter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnung (19) sich bogenförmig um die Auslassöffnung (18) erstreckt.
  12. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung eine Einlassöffnung der Verdichterkammer ist.
  13. Verdichter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Blatt (23) eine zentrale Öffnung (28) aufweist, die auf eine in der Ventilplatte (12) gebildete Auslassöffnung (18) ausgerichtet ist.
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