WO2007098991A1 - Linear compressor with preloaded spring piston rod, and refrigerating machine - Google Patents

Linear compressor with preloaded spring piston rod, and refrigerating machine Download PDF

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WO2007098991A1
WO2007098991A1 PCT/EP2007/050484 EP2007050484W WO2007098991A1 WO 2007098991 A1 WO2007098991 A1 WO 2007098991A1 EP 2007050484 W EP2007050484 W EP 2007050484W WO 2007098991 A1 WO2007098991 A1 WO 2007098991A1
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compressor
linear compressor
spring
linkage
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PCT/EP2007/050484
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Georg Hannig
Theodor Planner
Jan-Grigor Schubert
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BSH Bosch und Siemens Hausgeräte 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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    • F04B39/0005—Component 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 adaptations of pistons
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    • F04B53/14—Pistons, piston-rods or piston-rod connections
    • F04B53/144—Adaptation of piston-rods
    • F04B53/145—Rod shock absorber

Definitions

  • the invention relates to a linear compressor comprising a piston housing and a piston reciprocating therein along an axis, wherein the compressor piston is connected via a linkage with a drive for reciprocating, a refrigerator and a method for cooling or freezing a would.
  • a disadvantage of known solutions is that due to the thin bends the probability of buckling even during normal operation comparatively is high. As a result, it is necessary to develop for each application, ie for each compressor variant, its own specially adapted piston rod, so that the design-related delicate balance of transverse and axial stiffness is maintained. In addition, a connection of the piston rod to the piston and linear drive due to the small diameter of the bottlenecks is complicated.
  • the linear compressor according to the invention comprises a piston housing and a compressor piston reciprocating along an axis thereof, wherein the compressor piston is connected via a linkage with a drive for the reciprocating movement, wherein the linkage comprises a prestressed spring, in particular a helical spring.
  • the linkage may be formed by one or more piston rods.
  • a plurality of piston rods can be connected to each other in parallel and / or in series with each other.
  • the linear compressor can be oil-free. In particular, it has a gas pressure bearing, by means of which the compressor piston is mounted without contact in the piston housing during the reciprocating movement.
  • the linkage for transmitting a force of the drive to the compressor piston has a prestressed spring, i. a spring, which only changes its length when a predetermined threshold of a force amount is exceeded.
  • the spring may be made of a metal, in particular steel, as well as of plastics or composite materials.
  • fiber-reinforced springs such as e.g. carbon, glass and / or polyaramid fiber reinforced springs are used.
  • the spring is a helical spring lying on a block, i. adjacent turns touch each other, advantageously the surfaces of adjacent turns against each other under pressure.
  • a predetermined threshold of force i. certain predetermined amount of force are exceeded, so that adjacent spring coils are separated.
  • a compression pressure greater than zero can act along the interface.
  • the bias of the spring is greater than a train generated with the drive in the linkage tensile stress. This ensures that the spring is not further compressed or stretched and thus a hard coupling between the drive and the compressor piston is effected. In particular, this avoids that the linkage does not become a self-oscillating system due to the spring.
  • the linkage at least two sections each have a prestressed spring. It is particularly preferred, however, that the linkage as such is formed by the spring. As a result, a particularly soft coupling in the transverse direction is effected, which can accommodate a wide variety of vibration modes, in particular S-shaped bending of the linkage.
  • the linkage in particular with a spring portion, screwed to the drive and / or to the compressor piston.
  • a coil spring extending toward the block, it is possible to carry out the connection between the compressor piston and the drive in each case as a screw connection by using the turns of the helical spring at the ends as a thread, which is in contrast to the known fastening techniques by gluing or terminals is more reliable and cheaper.
  • the ratio of axial to transverse rigidity of the spring or of the linkage according to the invention is at least 20: 1, in particular at least 50: 1, preferably at least 200: 1.
  • the described linkage has a particularly good ratio of axial to transverse stiffness due to its design.
  • the same component can be used for different linear compressors, in particular linear compressors with different power levels, e.g. 40 watts, 80 watts, 120 watts or 160 watts.
  • a special adaptation of the linkage to the respective type of linear compressor is no longer necessary. As a result, the manufacturing cost of the linear compressor can be further reduced.
  • the compressor piston is guided in the piston housing by means of a housing wall having openings and a gaseous fluid, in particular a coolant, flowing through the openings.
  • the refrigerating machine according to the invention in particular a refrigerator and / or freezer or an air conditioning system, in particular an air conditioning system for motor vehicles, comprises the linear compressor according to the invention.
  • the advantageous properties of the linear compressor according to the invention thus transferred to the chiller and thus allow a particularly reliable as energy-saving operation of the chiller, which increases the application possibilities of the chiller, especially in mobile applications.
  • the method according to the invention for cooling or freezing a product comprises the refrigerating machine according to the invention. Due to the high reliability and the high efficiency of the chiller, a particularly reliable and energy-saving cooling or freezing of goods is possible. This allows a particularly fast and cost-effective cooling or freezing of goods.
  • FIG. 1 is a sectional view of a linear compressor according to the invention
  • Fig. 2 is a sectional view of a detail of another invention
  • Fig. 3 shows a linear compressor according to the invention in a perspective view
  • 4 shows an inventive refrigeration device.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a detail of a linear compressor 1 according to the invention with a compressor piston 4, which has a drive 6 and a rod 5 for connecting the compressor piston 4 to the housing within a housing wall 14, which has openings 12 through which fluid flows Drive 6 has.
  • the rod 5 configured as a piston rod is formed by a coil spring 7 lying on a block, which is under a prestress.
  • the bias voltage is approximately 5 to 50 Newton, i. It must be expended in the axial direction of the rod 5 at least 5 to 50 Newton to separate adjacent windings 16 from each other. Due to the leverage effect, however, only 0.14 to 1.4 Newtons are required in the transverse direction to cause the lever shown here to lift one turn from its adjacent turn.
  • the compressor piston 4 moves in the form of a cylinder sleeve housing wall 14 on an axis 3 back and forth.
  • the piston 4 is supported by means of a fluid 17, which flows between the housing wall 14 and the piston housing 2 through the openings 12.
  • the flowing fluid forms a gas cushion, so that a gas pressure bearing is generated.
  • Fig. 2 shows a longitudinal section through a section of another linear compressor 1 according to the invention, wherein the linkage 5 is tubular and at a first portion 8 and at a second portion 9 as lying on block biased springs are configured.
  • the two sections 8, 9 allow bending of the linkage 5 in these areas and thus allow a particularly low transverse rigidity.
  • Fig. 3 shows a perspective view of a linear compressor 1 according to the invention with a drive 6, a piston housing 2, wherein a compressor piston (not shown) by the drive 6 by means of a linkage 5 is driven.
  • the compression pressure is 9 to 10 bar.
  • the mass of the compressor piston 6 is 50g.
  • the working frequency is slightly below 50Hz.
  • the stroke of the compressor piston is about 20 mm and the volume that is compressed is 1 to 9 cm 3 .
  • FIG. 4 shows the refrigerator 13 according to the invention with the linear compressor 1 according to the invention and a product 15 which is cooled. Due to the high reliability and the high efficiency of the linear compressor 1 according to the invention a particularly reliable, fast and energy-efficient cooling of the goods 15 is possible.
  • the invention relates to a linear compressor 1 comprising a piston housing 2 and a compressor piston 4 reciprocable therein along an axis 3, wherein the compressor piston 4 is connected via a linkage 5 to a drive 6 for the reciprocating movement, wherein the linkage 5 comprises a prestressed spring 7, as well as a refrigerating machine and a method for cooling or freezing a product comprising the linear compressor 1 according to the invention.
  • the invention is characterized in that due to the design of the preloaded spring, a particularly good ratio of axial to transverse stiffness of the coupling between the drive 6 and compressor piston 4 can be achieved and thus different linear compressor with different power levels are covered with one and the same component can. This reduces not only the variance of the piston rod but also the number of fasteners required piston and drive side.

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Abstract

The invention relates to a linear compressor (1) comprising a piston housing (2) and a compressor piston (4) movable in a reciprocating manner therein along an axis (3), wherein the compressor piston (4) is connected via a linkage (5) to a drive (6) for the reciprocating movement, wherein the linkage (5) has a preloaded spring (7); and a refrigerating machine and a method of cooling or freezing a product (15), comprising the linear compressor (1) according to the invention. The invention is distinguished by the fact that, on account of the type of construction of the preloaded spring, an especially good ratio of axial rigidity to transverse rigidity of the coupling between drive (6) and compressor piston (4) can be achieved and therefore one and the same component can be used for various linear compressors having different output stages. This reduces not only the variance in the piston rods but also the number of fastening parts on the piston and drive sides.

Description

Linearverdichter mit vorgespannter Federkolbenstange sowie Kältemaschine Linear compressor with preloaded spring piston rod and chiller
Die Erfindung betrifft einen Linearverdichter umfassend ein Kolbengehäuse und einen darin entlang einer Achse hin und her beweglichen Verdichterkolben, wobei der Verdich- terkolben über ein Gestänge mit einem Antrieb für die Hin- und Herbewebung verbunden ist, eine Kältemaschine sowie ein Verfahren zum Kühlen oder Gefrieren einer Ware.The invention relates to a linear compressor comprising a piston housing and a piston reciprocating therein along an axis, wherein the compressor piston is connected via a linkage with a drive for reciprocating, a refrigerator and a method for cooling or freezing a Would.
Es ist bekannt, bei ölfrei arbeitenden Linearverdichtern einen Verdichterkolben durch ein Polster aus gasförmigem Kältemittel zu lagern, das durch MikroÖffnungen durch eine Ge- häusewand eines Kolbengehäuses nach innen zum Verdichterkolben einströmt. Für eine Aufrechterhaltung dieser durch das Polster vermittelten Gasdrucklagerung ist eine kontinuierliche Gaszufuhr erforderlich, da es sonst zu einem Kontakt des Verdichterkolbens mit der Gehäusewand kommt, der Reibung bewirkt und damit zu Verschleiß des Linearverdichters führt. Aus der DE 695 26 217 T2 geht hervor, dass insbesondere bei Gasdruck- lagern ein Berühren von Kolben und Zylinder im Arbeitszustand vermieden werden sollte, um die Reibung und damit den Verschleiß des Linearverdichters zu minimieren.It is known to store a compressor piston in the case of oil-free linear compressors through a cushion of gaseous refrigerant which flows inwards through microholes through a housing wall of a piston housing to the compressor piston. For maintaining this mediated by the cushion gas pressure bearing a continuous gas supply is required, otherwise it comes to a contact of the compressor piston with the housing wall, which causes friction and thus leads to wear of the linear compressor. It is apparent from DE 695 26 217 T2 that, in particular in the case of gas pressure bearings, contact between the piston and the cylinder should be avoided in the working state in order to minimize the friction and thus the wear of the linear compressor.
Um den Verbrauch an Gas möglichst gering zu halten sowie die Lebensdauer der Linearverdichter zu verlängern, muss insbesondere bei Linearverdichtern, die eine derartige Gasdrucklagerung aufweisen, die Linearbewegung des Linearantriebs auf den Kolben durch eine Kolbenstange möglichst querkraftfrei übertragen werden.In order to keep the consumption of gas as low as possible and to extend the life of the linear compressor, the linear movement of the linear drive must be transmitted to the piston by a piston rod as possible without lateral force, especially in linear compressors having such a gas pressure bearing.
Die aus der DE 695 26 217 T2 bekannte Kolbenstange sieht einen Federstab bzw. ein Rohr vor, mit dem Kräfte übertragen werden. Ein einfaches Rohr bzw. ein einfacher Fe- derstab reicht jedoch nicht aus, um die nötige Kombination aus geringer Quersteifigkeit zum Aufnehmen der unerwünschten Querkräfte und hoher Axialsteifigkeit zur Übertragung eines Arbeitshubes aufzubringen. Aus diesem Grund sehen bekannte Lösungen speziell stabförmig gestaltete Federelemente mit zwei Engstellen vor, die als Biegestellen dienen und für eine möglichst geringe Quersteifigkeit sorgen.The known from DE 695 26 217 T2 piston rod provides a spring rod or a pipe, are transmitted to the forces. However, a simple tube or rod does not suffice to provide the necessary combination of low transverse stiffness to accommodate the undesirable lateral forces and high axial stiffness to transmit a working stroke. For this reason, known solutions provide specially designed rod-shaped spring elements with two bottlenecks that serve as bending points and ensure the lowest possible lateral stiffness.
Nachteilig bei bekannten Lösungen ist, dass aufgrund der dünnen Biegestellen die Wahrscheinlichkeit eines Ausknickens auch während des normalen Betriebs vergleichsweise hoch ist. In der Folge ist es erforderlich, für jeden Anwendungsfall, d.h. für jede Kompressorvariante, eine eigene speziell angepasste Kolbenstange zu entwickeln, damit die konstruktionsbedingte empfindliche Balance aus Quer- und Axialsteifigkeit eingehalten wird. Darüber hinaus ist eine Anbindung der Kolbenstange an Kolben und Linearantrieb aufgrund des geringen Durchmessers der Engstellen aufwendig.A disadvantage of known solutions is that due to the thin bends the probability of buckling even during normal operation comparatively is high. As a result, it is necessary to develop for each application, ie for each compressor variant, its own specially adapted piston rod, so that the design-related delicate balance of transverse and axial stiffness is maintained. In addition, a connection of the piston rod to the piston and linear drive due to the small diameter of the bottlenecks is complicated.
Die aus der DE 695 26 217 T2 bekannte Lösung weist eine zu geringe Axialsteifigkeit auf. Hieraus können Leistungsverluste sowie Störungen während des Betriebs resultieren, so dass der Linearverdichter unter Umständen wenig effizient und zuverlässig arbeitet.The known from DE 695 26 217 T2 solution has too low axial stiffness. This can result in power losses as well as disturbances during operation, so that the linear compressor may not work efficiently and reliably.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Linearverdichter bzw. eine Kältemaschine anzugeben, wobei eine axial steife jedoch gegenüber Querkräften weiche An- kopplung des Verdichterkolbens an einen Antrieb realisiert werden kann. Weiterhin ist es Aufgabe, ein Verfahren zum Kühlen oder Gefrieren einer Ware anzugeben, welches zuverlässig mit einem hohen Wirkungsgrad arbeitet und in der Lage ist Waren schnell und effizient abzukühlen.It is therefore an object of the present invention to provide a linear compressor or a refrigerating machine, wherein an axially stiff but soft against transverse forces coupling of the compressor piston can be realized to a drive. Furthermore, it is an object to provide a method for cooling or freezing a product, which works reliably with high efficiency and is able to cool goods quickly and efficiently.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch den Linearverdichter, durch die Kältemaschine sowie durch das Verfahren, wie in den unabhängigen Ansprüchen angegeben, gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen, die jeweils einzeln an- gewandt oder beliebig miteinander kombiniert werden können, sind Gegenstand der jeweilig abhängigen Ansprüche.These objects are achieved according to the invention by the linear compressor, by the refrigerator and by the method as specified in the independent claims. Further advantageous embodiments and further developments, which can be applied individually or arbitrarily combined, are the subject of the respective dependent claims.
Der erfindungsgemäße Linearverdichter umfasst ein Kolbengehäuse und einen darin entlang einer Achse hin und her beweglichen Verdichterkolben, wobei der Verdichterkolben über ein Gestänge mit einem Antrieb für die Hin- und Herbewegung verbunden ist, wobei das Gestänge eine vorgespannte Feder, insbesondere eine Schraubenfeder, aufweist.The linear compressor according to the invention comprises a piston housing and a compressor piston reciprocating along an axis thereof, wherein the compressor piston is connected via a linkage with a drive for the reciprocating movement, wherein the linkage comprises a prestressed spring, in particular a helical spring.
Das Gestänge kann durch eine oder mehrere Kolbenstangen gebildet sein. Mehrere Kolbenstangen können parallel zueinander und/oder in Reihe miteinander verbunden sind. Der Linearverdichter kann ölfrei sein. Insbesondere weist er eine Gasdrucklagerung auf, durch die der Verdichterkolben berührungsfrei in dem Kolbengehäuse bei der Hin- und Herbewegung gelagert wird.The linkage may be formed by one or more piston rods. A plurality of piston rods can be connected to each other in parallel and / or in series with each other. The linear compressor can be oil-free. In particular, it has a gas pressure bearing, by means of which the compressor piston is mounted without contact in the piston housing during the reciprocating movement.
Das Gestänge zur Übertragung einer Kraft des Antriebs auf den Verdichterkolben weist eine vorgespannte Feder auf, d.h. eine Feder, die erst dann ihre Länge ändert, wenn eine vorgegebene Schwelle eines Kraftbetrags überschritten ist.The linkage for transmitting a force of the drive to the compressor piston has a prestressed spring, i. a spring, which only changes its length when a predetermined threshold of a force amount is exceeded.
Die Feder kann aus einem Metall, insbesondere Stahl, wie auch aus Kunststoffen oder Verbundmaterialien hergestellt sein. Insbesondere können faserverstärkte Federn wie z.B. karbon-, glas- und/oder polyaramidfaserverstärkte Federn verwendet werden.The spring may be made of a metal, in particular steel, as well as of plastics or composite materials. In particular, fiber-reinforced springs such as e.g. carbon, glass and / or polyaramid fiber reinforced springs are used.
Vorteilhafterweise ist die Feder eine Schraubenfeder, die auf Block liegt, d.h. benachbarte Windungen berühren einander, wobei vorteilhafterweise die Oberflächen von benachbarten Windungen gegeneinander unter Druck aufeinander liegen. Bei einer derartigen Feder muss eine vorgegebene Schwelle einer Kraft, d.h. gewisser vorgegebener Kraftbetrag, überschritten werden, damit benachbarte Federwindungen voneinander getrennt werden. Zwischen zwei benachbarten Windungen der Feder kann entlang der Berührungsfläche ein Kompressionsdruck wirken, der größer als Null ist.Advantageously, the spring is a helical spring lying on a block, i. adjacent turns touch each other, advantageously the surfaces of adjacent turns against each other under pressure. In such a spring, a predetermined threshold of force, i. certain predetermined amount of force are exceeded, so that adjacent spring coils are separated. Between two adjacent turns of the spring, a compression pressure greater than zero can act along the interface.
Mit einem derartigen Gestänge können vergleichsweise große axiale Kräfte aufgenommen werden, während vergleichsweise geringe Querkräfte weich abgefedert werden können. Liegt die Feder auf Block kann ein Druckkraft in Längsrichtung von den Seitenflächen der aufeinander liegenden Windungen aufgenommen, so dass eine hohe Längsstei- figkeit erzielt wird. Bei einer vorgespannten Feder wird eine hohe Längssteifigkeit durch die Vorspannung erreicht. Vergleichsweise geringe Querkräfte können jedoch aufgrund eines Hebeleffektes aufgenommen und ausgeglichen werden. Die Feder ist aufgrund des Hebeleffektes und der Möglichkeit, dass eine Windung sich von ihrer benachbarten Windung einseitig abheben kann, in Querrichtung sehr weich.With such a linkage comparatively large axial forces can be absorbed, while comparatively low lateral forces can be cushioned soft. If the spring is in block, a compressive force can be taken in the longitudinal direction of the side surfaces of the superposed turns, so that a high longitudinal stiffness is achieved. In a preloaded spring, a high longitudinal stiffness is achieved by the bias. However, comparatively low transverse forces can be absorbed and compensated due to a lever effect. The spring is very soft in the transverse direction due to the leverage effect and the possibility that a turn may be unilaterally lifted from its adjacent turn.
Aufgrund der Vorspannung führen Kräfte in Längsrichtung weniger zu einer Destabilisie- rung der Feder in Querrichtung als es bei bekannten Kolbenstangen der Fall ist. - A -Due to the bias, forces in the longitudinal direction lead less to destabilization of the spring in the transverse direction than is the case with known piston rods. - A -
Vorteilhafterweise ist die Vorspannung der Feder größer als eine mit dem Antrieb in dem Gestänge erzeugbare Zugspannung. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Feder nicht weiter gestaucht bzw. gestreckt wird und somit eine harte Kopplung zwischen Antrieb und Verdichterkolben bewirkt wird. Insbesondere wird hierdurch vermieden, dass das Gestänge aufgrund der Feder nicht zu einem in sich schwingenden System wird.Advantageously, the bias of the spring is greater than a train generated with the drive in the linkage tensile stress. This ensures that the spring is not further compressed or stretched and thus a hard coupling between the drive and the compressor piston is effected. In particular, this avoids that the linkage does not become a self-oscillating system due to the spring.
In einer speziellen Ausgestaltung weist das Gestänge an mindestens zwei Abschnitten jeweils eine vorgespannte Feder auf. Besonders bevorzugt ist jedoch, dass das Gestänge als solches durch die Feder gebildet wird. Hierdurch wird eine besonders weiche Kopplung in Querrichtung bewirkt, die verschiedenste Schwingungsmoden, insbesondere S- förmige Verbiegungen des Gestänges aufnehmen kann.In a special embodiment, the linkage at least two sections each have a prestressed spring. It is particularly preferred, however, that the linkage as such is formed by the spring. As a result, a particularly soft coupling in the transverse direction is effected, which can accommodate a wide variety of vibration modes, in particular S-shaped bending of the linkage.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Gestänge, insbesondere mit einem Federabschnitt, an dem Antrieb und/oder an den Verdichterkolben angeschraubt. Insbesondere ergibt sich durch die besondere Geometrie einer auf Block Ne- genden Schraubenfeder die Möglichkeit, die Verbindung zwischen dem Verdichterkolben und dem Antrieb jeweils als Schraubverbindung auszuführen, indem die Windungen der Schraubenfeder an den Enden als Gewinde genutzt werden, was gegenüber der bekannten Befestigungstechniken durch Kleben oder Klemmen zuverlässiger und preiswerter ist.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the linkage, in particular with a spring portion, screwed to the drive and / or to the compressor piston. In particular, due to the special geometry of a coil spring extending toward the block, it is possible to carry out the connection between the compressor piston and the drive in each case as a screw connection by using the turns of the helical spring at the ends as a thread, which is in contrast to the known fastening techniques by gluing or terminals is more reliable and cheaper.
Das Verhältnis von Axial- zur Quersteifigkeit der Feder bzw. des erfindungsgemäßen Gestänges beträgt mindestens 20:1 , insbesondere mindestens 50:1 , vorzugsweise mindestens 200:1 . Das beschriebene Gestänge hat aufgrund seiner Bauweise ein besonders gutes Verhältnis von Axial- zu Quersteifigkeit. In der Folge kann das gleiche Bauteil für verschiedene Linearverdichter, insbesondere Linearverdichter mit unterschiedlichen Leis- tungsstufen, z.B. 40 Watt, 80 Watt, 120 Watt oder 160 Watt, eingesetzt werden. Eine besondere Anpassung des Gestänges auf den jeweiligen Linearverdichtertyp ist nicht mehr erforderlich. Hierdurch werden die Herstellungskosten des Linearverdichters weiter reduziert.The ratio of axial to transverse rigidity of the spring or of the linkage according to the invention is at least 20: 1, in particular at least 50: 1, preferably at least 200: 1. The described linkage has a particularly good ratio of axial to transverse stiffness due to its design. As a consequence, the same component can be used for different linear compressors, in particular linear compressors with different power levels, e.g. 40 watts, 80 watts, 120 watts or 160 watts. A special adaptation of the linkage to the respective type of linear compressor is no longer necessary. As a result, the manufacturing cost of the linear compressor can be further reduced.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Verdichterkolben in dem Kolbengehäuse mit Hilfe einer Öffnungen aufweisenden Gehäusewand und eines durch die Öffnungen strömenden gasförmigen Fluids, insbesondere eines Kühlmittels, geführt. Insgesamt kann mit dem erfindungsgemäßen Linearverdichter ein zuverlässiger Betrieb bei einem hohen Wirkungsgrad realisiert werden. Leistungsverluste aufgrund einer übermäßig weichen Kolbenstange in Längsrichtung werden vermieden. Auch werden Leistungsverluste aufgrund eines Verkantens des Verdichterkolbens im Kolbengehäuse durch eine übermäßige Quersteifigkeit der Kolbenstange oder ein Abknicken der Kolbenstange an einer Engstelle vermieden. Insgesamt wird somit der Verschleiß am Linearverdichter verringert und die Störanfälligkeit des Linearverdichters weiter reduziert.In an advantageous embodiment of the invention, the compressor piston is guided in the piston housing by means of a housing wall having openings and a gaseous fluid, in particular a coolant, flowing through the openings. Overall, a reliable operation can be realized with a high efficiency with the linear compressor according to the invention. Power losses due to an excessively soft piston rod in the longitudinal direction are avoided. Also, power losses due to tilting of the compressor piston in the piston housing are avoided by excessive transverse stiffness of the piston rod or kinking of the piston rod at a bottleneck. Overall, thus the wear on the linear compressor is reduced and the susceptibility of the linear compressor further reduced.
Die erfindungsgemäße Kältemaschine, insbesondere ein Kühl- und/oder Gefrierschrank oder eine Klimaanlage, insbesondere eine Klimaanlage für Kraftfahrzeuge, umfasst den erfindungsgemäßen Linearverdichter. Die vorteilhaften Eigenschaften des erfindungsgemäßen Linearverdichters übertragen sich somit auf die Kältemaschine und erlauben somit einen besonders zuverlässigen wie energiesparenden Betrieb der Kältemaschine, welches die Anwendungsmöglichkeiten der Kältemaschine, insbesondere hinsichtlich mobiler Einsatzgebiete, vergrößert.The refrigerating machine according to the invention, in particular a refrigerator and / or freezer or an air conditioning system, in particular an air conditioning system for motor vehicles, comprises the linear compressor according to the invention. The advantageous properties of the linear compressor according to the invention thus transferred to the chiller and thus allow a particularly reliable as energy-saving operation of the chiller, which increases the application possibilities of the chiller, especially in mobile applications.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Kühlen oder Gefrieren einer Ware umfasst die erfindungsgemäße Kältemaschine. Aufgrund der hohen Zuverlässigkeit sowie des hohen Wirkungsgrades der Kältemaschine, ist ein besonders zuverlässiges und energiesparendes Kühlen oder Gefrieren von Waren möglich. Hierdurch wird ein besonders schnelles und kostengünstiges Kühlen oder Gefrieren von Waren ermöglicht.The method according to the invention for cooling or freezing a product comprises the refrigerating machine according to the invention. Due to the high reliability and the high efficiency of the chiller, a particularly reliable and energy-saving cooling or freezing of goods is possible. This allows a particularly fast and cost-effective cooling or freezing of goods.
Weitere besondere Vorteile oder Einzelheiten werden anhand der folgenden Zeichnung, welche die Erfindung nicht einschränken sondern lediglich exemplarisch illustrieren soll, näher erläutert. Es zeigen schematisch:Further particular advantages or details will be explained in more detail with reference to the following drawing, which is not intended to limit the invention but merely by way of example. They show schematically:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Linearverdichters,1 is a sectional view of a linear compressor according to the invention,
Fig. 2 eine Schnittansicht eines Ausschnitts eines weiteren erfindungsgemäßenFig. 2 is a sectional view of a detail of another invention
Linearverdichters,Linear compressor,
Fig. 3 einen erfindungsgemäßen Linearverdichter in perspektivischer Ansicht, und Fig. 4 ein erfindungsgemäßes Kältegerät.Fig. 3 shows a linear compressor according to the invention in a perspective view, and 4 shows an inventive refrigeration device.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Linearverdichters 1 mit einem Verdichterkolben 4, der innerhalb einer Gehäusewand 14, welche zur Lagerung von Fluid durchströmte Öffnungen 12 aufweist, einen Antrieb 6 und ein Ge- stänge 5 zur Verbindung des Verdichterkolbens 4 mit dem Antrieb 6 aufweist. Das als Kolbenstange ausgestaltete Gestänge 5 wird durch eine auf Block liegende Schraubenfeder 7 gebildet, welche unter einer Vorspannung steht. Die Vorspannung beträgt in etwa 5 bis 50 Newton, d.h. es müssen in axialer Richtung des Gestänges 5 mindestens 5 bis 50 Newton aufgewandt werden, um benachbarte Windungen 16 voneinander zu trennen. Aufgrund der Hebelwirkung sind jedoch in Querrichtung lediglich 0,14 bis 1 ,4 Newton erforderlich, um bei dem hier gezeigten Hebel ein Abheben einer Windung von ihrer benachbarten Windung zu bewirken. Der Verdichterkolben 4 bewegt sich in der als Zylinderhülse ausgestalteten Gehäusewand 14 auf einer Achse 3 hin und her. Der Kolben 4 wird mit Hilfe eines Fluids 17, welches zwischen der Gehäusewand 14 und dem Kolbengehäu- se 2 durch die Öffnungen 12 strömt, gelagert. Das strömende Fluid bildet ein Gaspolster, so dass eine Gasdrucklagerung erzeugt wird.1 shows a longitudinal section through a detail of a linear compressor 1 according to the invention with a compressor piston 4, which has a drive 6 and a rod 5 for connecting the compressor piston 4 to the housing within a housing wall 14, which has openings 12 through which fluid flows Drive 6 has. The rod 5 configured as a piston rod is formed by a coil spring 7 lying on a block, which is under a prestress. The bias voltage is approximately 5 to 50 Newton, i. It must be expended in the axial direction of the rod 5 at least 5 to 50 Newton to separate adjacent windings 16 from each other. Due to the leverage effect, however, only 0.14 to 1.4 Newtons are required in the transverse direction to cause the lever shown here to lift one turn from its adjacent turn. The compressor piston 4 moves in the form of a cylinder sleeve housing wall 14 on an axis 3 back and forth. The piston 4 is supported by means of a fluid 17, which flows between the housing wall 14 and the piston housing 2 through the openings 12. The flowing fluid forms a gas cushion, so that a gas pressure bearing is generated.
Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch einen Ausschnitt eines weiteren erfindungsgemäßen Linearverdichters 1 , wobei das Gestänge 5 rohrförmig ist und an einem ersten Abschnitt 8 und an einem zweiten Abschnitt 9 als auf Block liegende vorgespannte Federn ausgestaltet sind. Die beiden Abschnitte 8, 9 ermöglichen ein Biegen des Gestänges 5 in diesen Bereichen und ermöglichen somit eine besonders geringe Quersteifigkeit.Fig. 2 shows a longitudinal section through a section of another linear compressor 1 according to the invention, wherein the linkage 5 is tubular and at a first portion 8 and at a second portion 9 as lying on block biased springs are configured. The two sections 8, 9 allow bending of the linkage 5 in these areas and thus allow a particularly low transverse rigidity.
Fig. 3 zeigt eine Perspektiv-Ansicht eines erfindungsgemäßen Linearverdichters 1 mit einem Antrieb 6, einem Kolbengehäuse 2, wobei ein Verdichterkolben (nicht dargestellt) durch den Antrieb 6 mit Hilfe eines Gestänges 5 angetrieben wird. Der Kompressionsdruck beträgt 9 bis 10 bar. Die Masse des Verdichterkolbens 6 beträgt 50g. Die Arbeitsfrequenz liegt bei etwas unter 50Hz. Der Hub des Verdichterkolbens beträgt etwa 20 mm und das Volumen, das zusammengedrückt wird, beträgt 1 bis 9 cm3.Fig. 3 shows a perspective view of a linear compressor 1 according to the invention with a drive 6, a piston housing 2, wherein a compressor piston (not shown) by the drive 6 by means of a linkage 5 is driven. The compression pressure is 9 to 10 bar. The mass of the compressor piston 6 is 50g. The working frequency is slightly below 50Hz. The stroke of the compressor piston is about 20 mm and the volume that is compressed is 1 to 9 cm 3 .
Fig. 4 zeigt das erfindungsgemäße Kältegerät 13 mit dem erfindungsgemäßen Linearverdichter 1 und einer Ware 15, welche gekühlt wird. Durch die hohe Zuverlässigkeit und den hohen Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Linearverdichters 1 wird ein besonders zuverlässiges, schnelles und energiesparsames Kühlen der Ware 15 ermöglicht.4 shows the refrigerator 13 according to the invention with the linear compressor 1 according to the invention and a product 15 which is cooled. Due to the high reliability and the high efficiency of the linear compressor 1 according to the invention a particularly reliable, fast and energy-efficient cooling of the goods 15 is possible.
Die Erfindung betrifft einen Linearverdichter 1 umfassend ein Kolbengehäuse 2 und eine darin entlang einer Achse 3 hin und her beweglichen Verdichterkolben 4, wobei der Ver- dichterkolben 4 über ein Gestänge 5 mit einem Antrieb 6 für die Hin- und Herbewegung verbunden ist, wobei das Gestänge 5 eine vorgespannte Feder 7 aufweist, sowie eine Kältemaschine und ein Verfahren zum Kühlen oder Gefrieren einer Ware umfassend den erfindungsgemäßen Linearverdichter 1 . Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass aufgrund der Bauweise der vorgespannten Feder ein besonders gutes Verhältnis von Axi- al- zur Quersteifigkeit der Kopplung zwischen Antrieb 6 und Verdichterkolben 4 erreicht werden kann und somit mit einem und demselben Bauteil verschiedene Linearverdichter mit unterschiedlichen Leistungsstufen abgedeckt werden können. Dadurch reduziert sich nicht nur die Varianz der Kolbenstange sondern auch die Anzahl der erforderlichen Befestigungsteile kolben- und antriebsseitig. The invention relates to a linear compressor 1 comprising a piston housing 2 and a compressor piston 4 reciprocable therein along an axis 3, wherein the compressor piston 4 is connected via a linkage 5 to a drive 6 for the reciprocating movement, wherein the linkage 5 comprises a prestressed spring 7, as well as a refrigerating machine and a method for cooling or freezing a product comprising the linear compressor 1 according to the invention. The invention is characterized in that due to the design of the preloaded spring, a particularly good ratio of axial to transverse stiffness of the coupling between the drive 6 and compressor piston 4 can be achieved and thus different linear compressor with different power levels are covered with one and the same component can. This reduces not only the variance of the piston rod but also the number of fasteners required piston and drive side.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Linearverdichter1 linear compressor
2 Kolbengehäuse2 piston housing
3 Achse3 axis
4 Verdichterkolben4 compressor pistons
5 Gestänge5 linkage
6 Antrieb6 drive
7 (Schrauben-)Feder7 (screw) spring
8 erster Abschnitt8 first section
9 zweiter Abschnitt9 second section
10 erster Federabschnitt10 first spring section
11 zweiter Federabschnitt11 second spring section
12 Öffnungen12 openings
13 Kältegerät13 refrigeration device
14 Gehäusewand14 housing wall
15 Ware15 goods
16 Windungen16 turns
17 Fluid 17 fluid

Claims

Patentansprüche claims
1 . Linearverdichter (1 ) umfassend ein Kolbengehäuse (2) und einen darin entlang einer Achse (3) hin und her beweglichen Verdichterkolben (4), wobei der Verdichterkolben (4) über ein Gestänge (5) mit einem Antrieb (6) für die Hin- und Herbewe- gung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestänge (5) eine vorgespannte Feder (7), insbesondere eine Schraubenfeder, aufweist.1 . A linear compressor (1) comprising a piston housing (2) and a compressor piston (4) reciprocating therein along an axis (3), the compressor piston (4) being connected via a linkage (5) to a drive (6) for the displacement. and Herbewe- tion is connected, characterized in that the linkage (5) has a prestressed spring (7), in particular a coil spring.
2. Linearverdichter (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (7) eine Schraubenfeder ist, die auf Block liegt.2. Linear compressor (1) according to claim 1, characterized in that the spring (7) is a helical spring which lies on block.
3. Linearverdichter (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung der Feder (7) größer ist als eine mit dem Antrieb (6) in dem Gestänge (5) erzeugbare Zugspannung.3. linear compressor (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the bias of the spring (7) is greater than one with the drive (6) in the linkage (5) producible tensile stress.
4. Linearverdichter (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestänge (5) an mindestens zwei Abschnitten (8, 9) jeweils eine vorgespannte Feder (7) aufweist.4. linear compressor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the linkage (5) at least two sections (8, 9) each having a prestressed spring (7).
5. Linearverdichter (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass das Gestänge (5) durch die Feder (7) gebildet wird.5. linear compressor (1) according to one of the preceding claims, characterized marked, that the linkage (5) by the spring (7) is formed.
6. Linearverdichter (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestänge (5), insbesondere mit einem Federabschnitt (10, 11 ), an dem Antrieb (6) und/oder an dem Verdichterkolben (4) angeschraubt ist.6. A linear compressor (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the linkage (5), in particular with a spring portion (10, 11) on the drive (6) and / or on the compressor piston (4) is screwed.
7. Linearverdichter (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Axial- zur Quersteifigkeit des Gestänges (5), insbesondere der Feder (7), mindestens 20:1 , insbesondere mindestens 50:1 , vorzugsweise mindestens 200:1 , ist. 7. A linear compressor (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the ratio of axial to transverse stiffness of the linkage (5), in particular the spring (7), at least 20: 1, in particular at least 50: 1, preferably at least 200th : 1, is.
8. Linearverdichter (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichterkolben (4) in dem Kolbengehäuse (2) mit Hilfe einer Öffnungen (12) aufweisenden Gehäusewand (14) und eines durch die Öffnungen (12) strömenden gasförmigen Fluids, insbesondere eines Kühlmittels, geführt ist.8. A linear compressor (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the compressor piston (4) in the piston housing (2) by means of an openings (12) having housing wall (14) and a through the openings (12) flowing gaseous fluid , in particular a coolant, is guided.
9. Kältegerät (13), insbesondere ein Kühl- und/oder Gefrierschrank oder eine Klimaanlage, umfassend einen Linearverdichter (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.9. Refrigerating appliance (13), in particular a refrigerator and / or freezer or an air conditioner, comprising a linear compressor (1) according to one of claims 1 to 8.
10. Verfahren zum Kühlen oder Gefrieren einer Ware unter Verwendung eines Kältegerätes (13) nach Anspruch 9. 10. A method for cooling or freezing a product using a refrigeration device (13) according to claim 9.
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