WO2011124438A1 - Linearverdichter - Google Patents

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WO2011124438A1
WO2011124438A1 PCT/EP2011/053618 EP2011053618W WO2011124438A1 WO 2011124438 A1 WO2011124438 A1 WO 2011124438A1 EP 2011053618 W EP2011053618 W EP 2011053618W WO 2011124438 A1 WO2011124438 A1 WO 2011124438A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
piston
sensor
linear compressor
bushing
detection object
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/053618
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernhard Hofmeister
Günter ENZENHÖFER
Hans-Wilhelm Klein
Eberhard Weidner
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeräte 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 Hausgeräte GmbH filed Critical BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH
Publication of WO2011124438A1 publication Critical patent/WO2011124438A1/de

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B35/00Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
    • F04B35/04Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric
    • F04B35/045Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric using solenoids
    • 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
    • F04B39/12Casings; Cylinders; Cylinder heads; Fluid connections
    • F04B39/122Cylinder block

Definitions

  • the present invention relates to linear compressors, and more particularly to linear compressors having an inductive sensor which detects movement of a piston in a bushing.
  • Typical linear compressors have a bushing in which a piston is movable back and forth.
  • the piston delimits to one side a piston chamber, in which an inlet valve in a valve plate gas can be admitted.
  • Compression stroke of the piston is compressed, the gas introduced into the piston chamber and ejected via an outlet valve in the valve plate.
  • a sensor can be used which detects the approach of the piston to the valve plate.
  • WO 2004/025120 proposes as sensor an inductive sensor, which is provided in a through hole in the valve plate.
  • the sensor is arranged in a fixed position with respect to the piston, so that a calibration of the sensor is relatively expensive.
  • it is problematic in this arrangement that in the piston chamber, ie in the high pressure area, considerable pressures arise in operation, which act on the sensor.
  • the sensor can be fixed by a mechanical anchoring in the valve plate, but this leads to a comparatively complex arrangement.
  • the sensor can also be pressed with a correspondingly powerful seal in the through hole, but this requires another component.
  • the seal dissolves in the event of aging, so that the sensor is pressed out of the valve plate.
  • Object of the present invention is thus to provide a linear compressor whose sensor can be calibrated in a simple manner, in particular without the
  • a linear compressor in one embodiment, includes a bushing, a piston movable in the bushing, and a sensor for detecting a position of the piston in the bushing.
  • a sensor carrier is provided on which the sensor is mounted, and its position relative to the liner is adjustable. Since the sensor carrier, on which the sensor is arranged, is adjustable relative to the liner, a simple calibration of the sensor is made possible. If the sensor carrier is arranged in the low-pressure region, furthermore, a high tightness of the piston chamber can be ensured since then no bores are necessary for the sensor or its supply lines.
  • the sensor may be formed, for example, as an inductive sensor.
  • the sensor carrier can be fastened to the bushing, for example via a threaded connection or via a sliding fit.
  • the sensor carrier may include a first sleeve-shaped portion surrounding a piston rod of the piston, a second sleeve-shaped portion surrounding and fixed to the sleeve, and a radial portion connecting the first sleeve-shaped portion to the second sleeve-shaped portion.
  • a space-saving linear compressor can be realized.
  • the piston rod can be guided guided in the first sleeve-shaped portion, whereby a stable guidance of the piston is achieved.
  • At least one detection object may be provided, which moves together with the piston in the bush, and which is detected by the sensor.
  • the detection object may, for example, be cylindrical and arranged around a piston rod connected to the piston or in a piston connected to the piston
  • the detection object may be attached or embedded on an inner wall of the piston.
  • the detection object may be in one piece and its length along the piston axis substantially equal to the length of the maximum piston stroke. Thus, both dead centers of the piston can be detected with only one detection object.
  • the linear compressor according to the invention can be used in particular in a refrigerator for compressing a refrigerant. Under a refrigerator is
  • Housekeeping in households or possibly even in the catering sector is used, and in particular serves food and / or drinks in common household to store quantities at certain temperatures, such as a refrigerator, a freezer, a fridge freezer, a freezer or a wine fridge.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a linear compressor according to an embodiment
  • Fig. 2 is an equivalent circuit diagram illustrating the operation of the inductive sensor; 3 shows a schematic cross-sectional view of a linear compressor according to a further embodiment; and
  • FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view of a linear compressor according to a further embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a linear compressor 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the linear compressor 100 has a piston 102, which is movable in an example cylindrical bushing 104 along a cylinder axis back and forth.
  • a flange is provided, which is bolted to a valve plate 106.
  • the bush 104 may be connected to the valve plate 106 by screwing, welding, gluing, or the like.
  • Valve plate 106, liner 104 and piston 102 include a piston space 108 which serves as a high pressure area.
  • a piston space 108 which serves as a high pressure area.
  • an inlet and an outlet valve are provided, which are not shown here.
  • the piston 102 may be formed, for example, as a hollow cylinder, which is provided with a bottom 1 10. In the middle of the bottom 1 10 a piston rod 1 12 is fixed, which is led out on its other side from the bush 104.
  • the piston 102 is driven via the piston rod 1 12 by a linear motor or the like, not shown.
  • a magnet can be provided on the piston rod 1 12, on which a housing-side provided current-carrying coil acts and thus moves the piston rod 1 12 along the bushing 104 back and forth.
  • It can also be provided to the piston rod 1 12 a spring which supports the oscillation of the piston 102. An energetically particularly advantageous state results when the piston 102 oscillates with the resonance frequency of the spring in the bushing 104.
  • linear compressors Compared to piston compressors with a rotary drive, e.g. Via a connecting rod driven by a rotary motor, linear compressors have the advantage that the piston stroke can be changed.
  • To regulate the piston stroke of the linear compressor 100 is provided with an inductive sensor 1 14, which is attached via a sensor carrier 1 16 to the bush 104.
  • the inductive sensor 14 detects the position of the piston 102 in the bushing 104, thus outputs a signal which contains information about the position of the piston 102 in the bushing 104.
  • the sensor signals generated by the sensor 1 14 are supplied to a controller, which determines the current position of the piston 102 in the bushing 104 based on these sensor signals and uses this information to control the linear motor. In this way, a flexible control of the linear compressor 100 variable stroke can be achieved, and it can be further prevented that the piston 102 is moved too far in the direction of the valve plate 106.
  • the sensor carrier 1 16 is substantially formed as a cylindrical sleeve, which is fixed with its inner periphery on an outer circumference of the bush 104.
  • the sensor carrier 1 16 is arranged as an outer ring coaxial with the bush 104.
  • the sleeve is provided with a circumferential recess in which a sensor coil of the sensor 1 14 is arranged or embedded.
  • the inner diameter of this recess is substantially identical to or slightly larger than the inner diameter of the bush 104 and the outer diameter of the piston 102. In this way, the sensor 1 14 to close to the piston to be detected to be brought. In addition, thus, the piston 102 can be guided by the sensor carrier 1 16, so that the guide path of the piston 102 is extended.
  • the sensor 1 14 may be formed as a rotating coil, which is arranged annularly around the piston 102. In the outer wall of the piston 102, two annular targets or detection objects 1 18a and 1 18b are embedded. Alternatively, it is also possible, one or more sensors 1 14 circumferentially in the recess of
  • Sensor carrier 1 16 to be arranged such that the axis of the sensor coil of the sensor 1 14 and the sensors 1 14 extends in the radial direction perpendicular to the piston axis. In such an arrangement, the use of detection objects is particular
  • Detection object 1 18a substantially opposite or at least close to the sensor 1 14, see Fig. 1. If the piston is in its bottom dead center, then the detection object 1 18b is substantially opposite or at least close to the sensor 1 14th
  • FIG. 2 schematically shows an equivalent circuit diagram which illustrates the mode of operation of the inductive sensor 14.
  • the sensor coil of the sensor 1 14 has an inductance L and a resistive coil resistance R_Cu.
  • R_Cu resistive coil resistance
  • the sensor 1 14 is driven by a sensor controller 200, which comprises a variable sine oscillator 202 and an evaluation circuit 204.
  • the sine-wave oscillator 202 converts a supply voltage signal Uv into an adjustable alternating voltage Uac and thus supplies the sensor 1 14. Depending on the frequency of this alternating voltage Uac and the
  • the electronic evaluation circuit 204 detects at least one of these two variables and generates as output a position-dependent DC voltage signal Um, which contains information about the distance of the sensor 1 14 from the detection object, and thus the removal of the piston 102 from the valve plate 106.
  • This sensor signal Um is fed to a control, not shown, which regulates the energy supply to the linear motor, not shown, in response to this sensor signal to the
  • Piston rod 1 12 drives.
  • the sensor carrier 1 16 is adjustable relative to the bushing 104, or in other words, the relative position of the sensor carrier 1 16 is changeable to the bush 104.
  • the bush 104 may be provided with an external thread and the sensor carrier 1 16 with an internal thread, so that the sensor carrier 1 16 can be screwed onto the bushing 104.
  • the relative position of the sensor carrier 1 16 and sleeve 104 and thus also the relative position of
  • Sensor carrier 1 16 to the detection objects 1 18a, 1 18b in the dead centers of the piston 102.
  • the output signal of the sensor 1 14 can be monitored, and the relative position between the sensor 1 14 and piston 102 are set in one of the dead points so that the output signal corresponds to a predetermined reference value.
  • Adjusting screw or the like to be fixed.
  • the control software of the sensor can be designed easier.
  • the sensor carrier 1 16 may be displaceable relative to the bushing 104 via a sliding fit.
  • the sensor carrier 1 16 may be provided on its inner circumference with rail-like elevations, which are fitted in corresponding recesses on the outside of the bushing 104.
  • the sensor holder 1 16, for example, have an adjusting screw or the like, with which it can be fixed after positioning relative to the bushing 104.
  • FIG. 3 shows a schematic cross-sectional view of a linear compressor 100 according to a further embodiment. Elements that are structurally and / or functionally identical to the
  • the sensor carrier 1 16 has a first sleeve-shaped
  • Section 1 16a Section 1 16a, a second sleeve-shaped portion 1 16b, and a radial
  • the first sleeve-shaped portion 1 16a surrounds the piston rod 1 12. In this case, the piston rod 1 12 is guided by this first sleeve-shaped portion 1 16a.
  • the first sleeve-shaped portion 16a has an inner diameter which is only slightly larger than the outer diameter of the piston rod 1 12.
  • sleeve-shaped portion 1 16 b is provided with an internal thread, which is screwed to a provided at the end of the bushing 104 external thread.
  • Sensor carrier 1 16 is thus adjustable in the same manner as in the embodiment described above.
  • the sensor carrier 1 16 is arranged as an inner ring coaxial with the bushing 104.
  • the sensor carrier 1 16 with a sliding seat can be adjusted here as well.
  • the radial portion is substantially disc-shaped, wherein in its center a hole for the passage of the cylinder rod 1 12 is provided, and connects the first sleeve-shaped portion 1 16a with the second sleeve-shaped portion 1 16b.
  • the first sleeve-shaped portion 1 16a projects into the interior of the piston 102 in the manner of a plunger anchor.
  • the sensor 1 14 is provided at the end of this section 1 16a and embedded in this.
  • the detection object 1 18 is formed substantially cylindrical and is embedded in the inner wall of the piston 102 at one end of the piston 102.
  • the detection object 1 18 is integrally formed, and has at its two ends in each case a thickening or a portion having a smaller inner diameter. The two thickenings are connected by a thin-walled section.
  • Section of the detection object is thinner, so that the detection object 1 18, the sensor signal correspondingly less affected or there is a greater magnetic resistance.
  • the sensor 14 thus outputs a signal which contains information about the position of the piston 102 in the bushing 104.
  • the sensor carrier 1 16 is adjustable relative to the
  • Bushing 104 so that there are the advantages described above. Furthermore, a more reliable guidance of the piston 102 in the bush can be achieved since the piston 102 is additionally guided by the sensor carrier 16. Furthermore, the arrangement is space-saving due to the design of the sensor carrier 1 16 as a plunger.
  • each of the two dead centers can be detected with only one detection object, so that a reduction of the number of components is achieved.
  • two separate by a spacer sleeve detection objects may be provided.
  • 4 shows a schematic cross-sectional view of a linear compressor 100 according to a further embodiment. Elements which are identical in construction and / or function to the arrangement in FIG. 1 or FIG. 3 are provided with the same reference symbols and will not be explained in detail below.
  • the detection object 1 18 is cylindrical and arranged around the piston rod 1 12.
  • the detection object 1 18 may be formed as a bandage or sleeve, and shrunk onto the piston rod 1 12, for example, or pressed. Alternatively, it is also possible to form the detection object 1 18 as inlay embedded in the piston rod 1 12.
  • the detection object 1 18 is positioned on the piston rod 1 12 such that the end facing away from the piston chamber 108 of the detection objects 1 18 relative to the sensor 1 14 is when the piston is in its top dead center, see Fig. 2. On the other hand is the other, the piston chamber 108 facing the end of the detection objects 1 18 relative to the sensor 1 14 when the piston is in its bottom dead center.
  • the length of the detection object thus corresponds to
  • Detection object 1 18 the signal output from the sensor is almost constant. However, as the piston 102 approaches one of its dead centers, the output of the sensor also changes due to the changing magnetic resistance, so that the position of the piston 102 in the bushing 104 can be deduced from this signal, with appropriate calibration.
  • the sensor carrier 1 16 is adjustable relative to the
  • the detection object has a simple cylindrical shape and can be applied to the piston rod 1 12 in a simple manner. It should be noted that in the above-described embodiments, the provision of a detection object is not mandatory. Furthermore, the detection object can be made of the same material as the piston or of another material.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Linearverdichter aufweisend eine Laufbuchse (104), einen in der Laufbuchse (104) bewegbaren Kolben (102), und einen induktiven Sensor (114) zur Erfassung einer Position des Kolbens (102) in der Laufbuchse (104) enthält; sowie einen Sensorträger (116), an welchem der Sensor (114) gelagert ist, und dessen Position gegenüber der Laufbuchse (104) justierbar ist.

Description

Linearverdichter
Die vorliegende Erfindung betrifft Linearverdichter, und insbesondere Linearverdichter mit einem induktiven Sensor, der die Bewegung eines Kolbens in einer Laufbuchse erfasst. Typische Linearverdichter weisen eine Laufbuchse auf, in der ein Kolben hin und her bewegbar ist. Der Kolben begrenzt zu einer Seite hin einen Kolbenraum, in welchen über ein Einlassventil in einer Ventilplatte Gas eingelassen werden kann. Bei einem
Kompressionshub des Kolbens wird das in den Kolbenraum eingelassene Gas verdichtet und über ein Auslassventil in der Ventilplatte ausgestoßen. Zur Regelung des Kolbenhubs in der Laufbuchse kann ein Sensor verwendet werden, der die Annäherung des Kolbens an die Ventilplatte erfasst.
Die WO 2004/025120 schlägt als Sensor einen induktiven Sensor vor, welcher in einer Durchgangsbohrung in der Ventilplatte vorgesehen ist. Bei dieser Anordnung ist der Sensor in einer festen Position mit Bezug auf den Kolben angeordnet, so dass eine Kalibrierung des Sensors relativ aufwendig ist. Weiterhin ist bei dieser Anordnung problematisch, dass im Kolbenraum, also im Hochdruckbereich, im Betrieb erhebliche Drücke entstehen, die auf den Sensor wirken. Der Sensor kann zwar durch eine mechanische Verankerung in der Ventilplatte fixiert werden, dies führt jedoch zu einer vergleichsweise aufwendigen Anordnung. Der Sensor kann auch mit einer entsprechend leistungsfähigen Dichtung in die Durchgangsbohrung gepresst werden, was jedoch ein weiteres Bauteil erfordert. Weiterhin besteht die Gefahr, dass sich die Dichtung bei Alterserscheinungen löst, so dass der Sensor aus der Ventilplatte gedrückt wird. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist somit, einen Linearverdichter anzugeben, dessen Sensor in einfacher Weise kalibriert werden kann, insbesondere ohne dabei die
Dichtigkeit des Kolbenraums zu kompromittieren.
Gemäß einer Ausgestaltung umfasst ein Linearverdichter eine Laufbuchse, einen in der Laufbuchse bewegbaren Kolben, und einen Sensor zur Erfassung einer Position des Kolbens in der Laufbuchse enthält. Ferner ist ein einen Sensorträger vorgesehen, an welchem der Sensor befestigt ist, und dessen Position gegenüber der Laufbuchse justierbar ist. Da der Sensorträger, auf welchem der Sensor angeordnet ist, gegenüber der Laufbuchse justierbar ist, wird eine einfache Kalibrierung des Sensors ermöglicht. Ist der Sensorträger im Niederdruckbereich angeordnet, kann ferner eine hohe Dichtigkeit des Kolbenraums gewährleistet werden, da dann keine Bohrungen für den Sensor oder dessen Zuleitungen notwendig sind. Der Sensor kann beispielsweise als induktiver Sensor ausgebildet sein.
Der Sensorträger kann beispielsweise über eine Gewindeverbindung oder über einen Schiebesitz an der Laufbuchse befestigt sein. Der Sensorträger kann einen ersten hülsenförmigen Abschnitt, der eine Kolbenstange des Kolbens umgibt, einen zweiten hülsenförmigen Abschnitt, der die Laufbuchse umgibt, und an dieser befestigt ist, und einen radialen Abschnitt, der den ersten hülsenförmigen Abschnitt mit dem zweiten hülsenförmigen Abschnitt verbindet, aufweisen. Somit kann ein platzsparender Linearverdichter verwirklicht werden. Dabei kann die Kolbenstange im ersten hülsenförmigen Abschnitt geführt bewegbar sein, wodurch eine stabile Führung des Kolbens erreicht wird.
Es kann mindestens ein Erfassungsobjekt vorgesehen sein, welches sich zusammen mit dem Kolben in der Laufbuchse bewegt, und welches durch den Sensor erfasst wird. Das Erfassungsobjekt kann beispielsweise zylindrisch sein und um eine mit dem Kolben verbundene Kolbenstange angeordnet oder in einer mit dem Kolben verbundene
Kolbenstange eingebettet sein. Ebenso kann das Erfassungsobjekt an einer Innenwand des Kolbens angebracht oder eingebettet sein. Das Erfassungsobjekt kann einstückig sein und seine Länge entlang der Kolbenachse im Wesentlichen der Länge des maximalen Kolbenhubs entsprechen. Somit können beide Totpunkte des Kolbens mit nur einem Erfassungsobjekt erfasst werden.
Der erfindungsgemäße Linearverdichter kann insbesondere in einem Kältegerät zum Verdichten eines Kältemittels eingesetzt werden. Unter einem Kältegerät wird
insbesondere ein Haushaltskältegerät verstanden, also ein Kältegerät das zur
Haushaltsführung in Haushalten oder eventuell auch im Gastronomiebereich eingesetzt wird, und insbesondere dazu dient Lebensmittel und/oder Getränke in haushaltsüblichen Mengen bei bestimmten Temperaturen zu lagern, wie beispielsweise ein Kühlschrank, ein Gefrierschrank, eine Kühlgefrierkombination, eine Gefriertruhe oder ein Weinkühlschrank.
Weitere Ausführungsbeispiele werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht eines Linearverdichters gemäß einer Ausgestaltung;
Fig. 2 ein Ersatzschaltbild, welches die Wirkungsweise des induktiven Sensors illustriert; Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht eines Linearverdichters gemäß einer weiteren Ausgestaltung; und
Fig. 4 eine schematische Querschnittsansicht eines Linearverdichters gemäß einer weiteren Ausgestaltung.
Falls nichts anderes angegeben ist, bezeichnen gleiche Bezugszeichen in den Figuren gleiche oder funktionsgleiche Elemente.
Fig. 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Linearverdichters 100 gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Der Linearverdichter 100 weist einen Kolben 102 auf, der in einer beispielsweise zylindrischen Laufbuchse 104 entlang einer Zylinderachse hin und her bewegbar ist.
Am Ende der Laufbuchse 104 ist ein Flansch vorgesehen, welcher mit einer Ventilplatte 106 verschraubt ist. Alternativ dazu kann die Laufbuchse 104 auch durch Verschrauben, Verschweißen, Verkleben oder dergl. mit der Ventilplatte 106 verbunden ist. Die
Ventilplatte 106, die Laufbuchse 104 und der Kolben 102 schließen einen Kolbenraum 108 ein, welcher als Hochdruckbereich dient. In der Ventilplatte 106 sind ein Einlass- und ein Auslassventil vorgesehen, die hier nicht näher dargestellt sind. Bei einem
Expansionshub des Kolbens 102 wird Gas durch das Einlassventil in den Kolbenraum 108 angesaugt, welches bei einem Kompressionshub des Kolbens 102 komprimiert und durch das Auslassventil ausgestoßen wird. Ein solcher Linearverdichter 100 kann
beispielsweise in Kühlgeräten verwendet werden. Der Kolben 102 kann beispielsweise als Hohlzylinder ausgebildet sein, der mit einem Boden 1 10 versehen ist. In der Mitte des Bodens 1 10 ist eine Kolbenstange 1 12 befestigt, welche auf ihrer anderen Seite aus der Laufbuchse 104 herausgeführt ist. Der Kolben 102 wird über die Kolbenstange 1 12 durch einen nicht näher dargestellten Linearmotor oder dergleichen angetrieben. Hierzu kann beispielsweise an der Kolbenstange 1 12 ein Magnet vorgesehen sein, auf den eine gehäuseseitig vorgesehene stromdurchflossene Spule wirkt und somit die Kolbenstange 1 12 entlang der Laufbuchse 104 vor bzw. zurück bewegt. Es kann ferner um die Kolbenstange 1 12 eine Feder vorgesehen sein, welche die Oszillation des Kolbens 102 unterstützt. Ein energetisch besonders vorteilhafter Zustand ergibt sich, wenn der Kolben 102 mit der Resonanzfrequenz der Feder in der Laufbuchse 104 oszilliert.
Gegenüber Kolbenverdichtern mit einem rotatorischen Antrieb, z.B. über eine von einem Drehmotor angetriebene Pleuelstange, haben Linearverdichter den Vorteil, dass der Kolbenhub verändert werden kann. Zur Regelung des Kolbenhubs ist der Linearverdichter 100 mit einem induktiven Sensor 1 14 versehen, welcher über einen Sensorträger 1 16 an der Laufbuchse 104 befestigt ist. Der induktive Sensor 1 14 erfasst die Position des Kolbens 102 in der Laufbuchse 104, gibt also ein Signal aus, welches eine Information über die Position des Kolbens 102 in der Laufbuchse 104 enthält. Die vom Sensor 1 14 erzeugten Sensorsignale werden einer Steuerung zugeführt, welche anhand dieser Sensorsignale die aktuelle Position des Kolbens 102 in der Laufbuchse 104 ermittelt und diese Information zur Regelung des Linearmotors heranzieht. Auf diese Weise kann eine flexible Regelung des Linearverdichters 100 mit variablem Hub erreicht werden, und es kann ferner verhindert werden, dass der Kolben 102 zu weit in Richtung der Ventilplatte 106 verfahren wird.
Im vorliegenden Beispiel ist der Sensorträger 1 16 im Wesentlichen als zylindrische Hülse ausgebildet, welche mit ihrem inneren Umfang an einem äußeren Umfang der Laufbuchse 104 befestigt ist. Der Sensorträger 1 16 ist dabei als Außenring koaxial zur Laufbuchse 104 angeordnet. Die Hülse ist mit einer umlaufende Vertiefung versehen, in welcher eine Sensorspule des Sensors 1 14 angeordnet bzw. eingebettet ist. Der Innendurchmesser dieser Vertiefung ist dabei im Wesentlichen identisch mit oder auch geringfügig größer als der Innendurchmesser der Laufbuchse 104 bzw. der Außendurchmesser des Kolbens 102. Auf diese Weise kann der Sensor 1 14 bis nahe an den zu erfassenden Kolben gebracht werden. Außerdem kann somit der Kolben 102 durch den Sensorträger 1 16 geführt werden, so dass die Führungsstrecke des Kolbens 102 verlängert wird.
Der Sensor 1 14 kann als umlaufende Spule ausgebildet sein, welche ringförmig um den Kolben 102 angeordnet ist. In die Außenwand des Kolbens 102 sind zwei ringförmige Targets bzw. Erfassungsobjekte 1 18a und 1 18b eingebettet. Alternativ dazu ist es auch möglich, einen oder mehrere Sensoren 1 14 umlaufend in der Vertiefung des
Sensorträgers 1 16 derart anzuordnen, dass die Achse der Sensorspule des Sensors 1 14 bzw. der Sensoren 1 14 in radialer Richtung senkrecht zur Kolbenachse verläuft. Bei einer derartigen Anordnung ist die Verwendung von Erfassungsobjekten besonders
wirkungsvoll. Befindet sich der Kolben in seinem oberen Totpunkt, dann ist das
Erfassungsobjekt 1 18a im Wesentlichen gegenüber oder zumindest nahe dem Sensor 1 14, siehe Fig. 1. Befindet sich der Kolben in seinem unteren Totpunkt, dann ist das Erfassungsobjekt 1 18b im Wesentlichen gegenüber oder zumindest nahe dem Sensor 1 14.
Fig. 2 zeigt schematisch ein Ersatzschaltbild, welches die Wirkungsweise des induktiven Sensors 1 14 illustriert. Die Sensorspule des Sensors 1 14 hat eine Induktivität L und einen ohmschen Spulenwiderstand R_Cu. Wird ein zu erfassendes Objekt bzw. Target in das von der Spule erzeugte Magnetfeld gebracht, so entstehen in dem Objekt Wirbelströme, wodurch in Wärme umgesetzte Leistung verbraucht wird. Das Objekt wirkt also wie ein zugeschalteter Verbraucher, dessen Verbraucherleistung mit zunehmender Nähe immer größer wird. Dies wird im Ersatzschaltbild durch den Widerstand R_Ta parallel zur Spule modelliert. Der Sensor 1 14 wird von einer Sensorsteuerung 200 angesteuert, welche einen variablen Sinusoszillator 202 und eine Auswerteschaltung 204 umfasst. Der Sinusoszillator 202 setzt ein Versorgungsspannungssignal Uv in eine einstellbare Wechselspannung Uac um und speist damit den Sensor 1 14. Abhängig von der Frequenz dieser Wechselspannung Uac sowie den
Materialeigenschaften des Erfassungsobjekts ergeben sich unterschiedlich große Änderungen der Induktivität L und des ohmschen Ersatzwiderstandes R_Ta. Wird als Erfassungsobjekt ein Material mit großen relativen Permeabilitätswerten, z.B. μτ = 200...2000, und geringem elektrischen Leitwert verwendet, dann lässt sich eine große Änderung der Induktivität erzielen. Es handelt sich dann um einen rein oder hauptsächlich induktiv arbeitenden Sensor. Ein Beispiel für ein solches Material ist Ferrit. Ist dagegen der elektrische Leitwert groß und die relative Permeabilität mit μΓ ~ 1 , wie z.B. bei Aluminium, relativ gering, dann werden durch das Magnetfeld der Spule hohe
Wirbelstromverluste erzeugt, die den Ersatzwiderstand R_Ta ansteigen lassen und sich auf die Güte bzw. Dämpfung des Sensors auswirken. Wird der Sensor als Teil eines frei schwingenden LC-Oszillators betrieben, dann wirkt sich diese Änderung der Güte auf die Schwingamplitude und die Resonanzfrequenz aus. Die elektronische Auswerteschaltung 204 erfasst mindestens eine dieser beiden Größen und erzeugt als Ausgangssignal ein positionsabhängiges Gleichspannungssignal Um, welches eine Information über die Entfernung des Sensors 1 14 vom Erfassungsobjekt, und somit die Entfernung des Kolbens 102 von der Ventilplatte 106 enthält. Dieses Sensorsignal Um wird einer nicht näher dargestellten Regelung zugeführt, die in Abhängigkeit von diesem Sensorsignal Um die Energiezufuhr zu dem nicht näher dargestellten Linearmotor regelt, der die
Kolbenstange 1 12 antreibt. Durch eine geeignete Regelung kann einerseits sichergestellt werden, dass der Kolben 102 nicht gegen die Ventilplatte 106 stößt, und andererseits, dass ein den Betriebsbedingungen entsprechender optimaler Wirkungsgrad eingestellt wird. Der Sensorträger 1 16 ist gegenüber der Laufbuchse 104 justierbar, oder anders ausgedrückt, die relative Position des Sensorträgers 1 16 ist zur Laufbuchse 104 veränderbar. Beispielsweise kann die Laufbuchse 104 mit einem Außengewinde und der Sensorträger 1 16 mit einem Innengewinde versehen sein, so dass der Sensorträger 1 16 auf die Laufbuchse 104 aufschraubbar ist. Abhängig davon, wie weit der Sensorträger 1 16 auf die Laufbuchse 104 aufgeschraubt wird, ändert sich die relative Position von Sensorträger 1 16 und Laufbuchse 104, und somit auch die relative Position vom
Sensorträger 1 16 zu den Erfassungsobjekten 1 18a, 1 18b in den Totpunkten des Kolbens 102. Hierdurch wird eine einfache Kalibrierung des Sensors ermöglicht. So kann beispielsweise das Ausgangssignal des Sensors 1 14 überwacht werden, und die relative Position zwischen Sensor 1 14 und Kolben 102 in einem der Totpunkte so eingestellt werden, dass das Ausgangssignal einem vorbestimmten Referenzwert entspricht. An dieser Stelle kann der Sensorhalter 1 16, beispielsweise durch einen Splint eine
Stellschraube oder dergleichen, fixiert werden. Somit kann auf eine Software-Kalibrierung durch die Sensorsteuerung verzichtet werden, oder zumindest kann diese vereinfacht werden, so dass die Steuerungssoftware des Sensors einfacher ausgelegt werden kann.
Alternativ zu einer Gewindejustierung ist es auch möglich, dass der Sensorträger 1 16 über einen Schiebesitz gegenüber der Laufbuchse 104 verschiebbar ist. Beispielsweise kann der Sensorträger 1 16 an seinem Innenumfang mit schienenartigen Erhebungen versehen sein, welche in entsprechende Vertiefungen auf der Außenseite der Laufbuchse 104 gepasst sind. Ferner kann der Sensorhalter 1 16 beispielsweise eine Stellschraube oder dergleichen aufweisen, mit der er nach erfolgter Positionierung gegenüber der Laufbuchse 104 fixiert werden kann.
Vorteilhaft ist bei dieser Ausgestaltung, neben der oben beschriebenen Möglichkeit der Justierung, dass der Sensor 1 14 im Niederdruckbereich angeordnet ist, und somit nicht den hohen Drücken innerhalb des Kolbenraums 108 ausgesetzt ist. Fig. 3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Linearverdichters 100 gemäß einer weiteren Ausgestaltung. Elemente, die bau- und/oder funktionsgleich zu der
Anordnung in Fig. 1 sind, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden im Folgenden nicht näher erläutert. In dieser Ausgestaltung weist der Sensorträger 1 16 einen ersten hülsenförmigen
Abschnitt 1 16a, einen zweiten hülsenförmigen Abschnitt 1 16b, und einen radialen
Abschnitt 1 16c auf. Der erste hülsenförmige Abschnitt 1 16a umgibt die Kolbenstange 1 12. Dabei wird die Kolbenstange 1 12 von diesem ersten hülsenförmigen Abschnitt 1 16a geführt. Der erste hülsenförmige Abschnitt 1 16a hat einen Innendurchmesser, der nur wenig größer ist als der Außendurchmesser der Kolbenstange 1 12. Der zweite
hülsenförmige Abschnitt 1 16b ist mit einem Innengewinde versehen, welches mit einem am Ende der Laufbuchse 104 vorgesehenen Außengewinde verschraubt ist. Der
Sensorträger 1 16 ist somit in der gleichen Art justierbar, wie in der zuvor beschriebenen Ausgestaltung. Der Sensorträger 1 16 ist dabei als Innenring koaxial zur Laufbuchse 104 angeordnet. Alternativ kann auch hier der Sensorträger 1 16 mit einem Schiebesitz justierbar sein. Der radiale Abschnitt ist im Wesentlichen scheibenförmig, wobei in seiner Mitte ein Loch zur Durchführung der Zylinderstange 1 12 vorgesehen ist, und verbindet den ersten hülsenförmigen Abschnitt 1 16a mit dem zweiten hülsenförmigen Abschnitt 1 16b.
Der erste hülsenförmigen Abschnitt 1 16a ragt in der Art eines Tauchankers in das Innere des Kolbens 102 hinein. Der Sensor 1 14 ist am Ende dieses Abschnitts 1 16a vorgesehen und in diesen eingebettet. Das Erfassungsobjekt 1 18 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und ist in die Innenwand des Kolbens 102 am einen Ende des Kolbens 102 eingebettet. In der vorliegenden Ausgestaltung ist das Erfassungsobjekt 1 18 einstückig ausgestaltet, und weist an seinen beiden Enden jeweils eine Verdickung bzw. einen Abschnitt mit einem kleineren Innendurchmesser auf. Die beiden Verdickungen sind durch einen dünnwandigen Abschnitt miteinander verbunden. Befindet sich der Kolben 102 in seinem oberen Totpunkt, dann ist die Verdickung am Ende des Kolbens 102 gegenüber dem Sensor 1 14, und befindet sich der Kolben 102 in seinem unteren Totpunkt, dann ist die zur Mitte des Kolbens 102 hin angeordnete Verdickung gegenüber dem Sensor 1 14. Nähert sich der Kolben 102 einem seiner Totpunkte, dann wird die entsprechende Verdickung des Erfassungsobjekts 1 18 vom Sensor 1 14 erfasst. Bei einer dazwischen liegenden Position des Kolbens 102 befindet sich dagegen ein Spalt zwischen dem Sensor 1 14 und dem Erfassungsobjekt 1 18 und der hinter diesem Spalt liegende
Abschnitt des Erfassungsobjekts ist dünner, so dass das Erfassungsobjekt 1 18 das Sensorsignal entsprechend weniger beeinflusst bzw. ein größer magnetischer Widerstand vorliegt. Der Sensor 1 14 gibt somit ein Signal aus, welches eine Information über die Position des Kolbens 102 in der Laufbuchse 104 enthält.
Auch bei dieser Ausgestaltung ist der Sensorträger 1 16 justierbar gegenüber der
Laufbuchse 104, so dass sich die oben beschriebenen Vorteile ergeben. Ferner lässt sich eine zuverlässigere Führung des Kolbens 102 in der Laufbuchse erreichen, da der Kolben 102 zusätzlich noch von dem Sensorträger 1 16 geführt wird. Ferner ist die Anordnung aufgrund der Ausgestaltung des Sensorträgers 1 16 als Tauchanker platzsparend.
Weiterhin lässt sich mit nur einem Erfassungsobjekt die Annäherung an jeden der beiden Totpunkte erfassen, so dass eine Reduzierung der Anzahl der Bauteile erreicht wird. Es ist jedoch selbstverständlich auch möglich, mehrere separate Erfassungsobjekte umlaufend an der Innenwand des Kolbens 102 vorzusehen. Beispielsweise können zwei durch eine Distanzhülse getrennte Erfassungsobjekte vorgesehen sein. Fig. 4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Linearverdichters 100 gemäß einer weiteren Ausgestaltung. Elemente, die bau- und/oder funktionsgleich zu der Anordnung in Fig. 1 bzw. Fig. 3 sind, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden im Folgenden nicht näher erläutert.
Im Linearverdichter 100 gemäß dieser Ausgestaltung ist das Erfassungsobjekt 1 18 zylindrisch und um die Kolbenstange 1 12 angeordnet. Das Erfassungsobjekt 1 18 kann als Bandage oder Hülse ausgebildet sein, und auf die Kolbenstange 1 12 beispielsweise aufgeschrumpft oder aufgepresst werden. Alternativ dazu ist es auch möglich, das Erfassungsobjekt 1 18 als Inlay in die Kolbenstange 1 12 eingebettet auszubilden.
Das Erfassungsobjekt 1 18 ist derart auf der Kolbenstange 1 12 positioniert, dass sich das vom Kolbenraum 108 abgewandte Ende der Erfassungsobjekte 1 18 gegenüber dem Sensor 1 14 befindet wenn sich der Kolben in seinem oberen Totpunkt befindet, siehe Fig. 2. Dagegen befindet sich das andere, dem Kolbenraum 108 zugewandte Ende der Erfassungsobjekte 1 18 gegenüber dem Sensor 1 14 wenn sich der Kolben in seinem unteren Totpunkt befindet. Die Länge des Erfassungsobjekts entspricht also im
Wesentlichen dem maximalen Hub des Linearverdichters 100.
Solange sich der Kolben 102 komplett oder nahezu komplett gegenüber dem
Erfassungsobjekt 1 18 befindet, ist das vom Sensor ausgegebene Signal nahezu konstant. Nähert sich der Kolben 102 aber einem seiner Totpunkte, dann ändert sich aufgrund des sich ändernden magnetischen Widerstandes auch das Ausgangssignal des Sensors, so dass aus diesem Signal bei geeigneter Kalibrierung auf die Position des Kolbens 102 in der Laufbuchse 104 geschlossen werden kann.
Auch bei dieser Ausgestaltung ist der Sensorträger 1 16 justierbar gegenüber der
Laufbuchse 104 und die Annäherung an jeden der beiden Totpunkte lässt sich mit nur einem einzigen Erfassungsobjekt erfassen, so dass sich die Vorteile der beiden oben beschriebenen Ausgestaltungen ergeben. Darüber hat das Erfassungsobjekt eine einfache zylindrische Form und kann in einfacher Weise auf die Kolbenstange 1 12 aufgebracht werden. Es sollte beachtet werden, dass in den oben beschriebenen Ausgestaltungen das Vorsehen eines Erfassungsobjekts nicht zwingend notwendig ist. Ferner kann das Erfassungsobjekt aus demselben Werkstoff wie der Kolben oder aus einem anderen Werkstoff gefertigt sein.
Bezugszeichenliste
Linearverdichter
Kolben
Laufbuchse
Ventilplatte
Kolbenraum
Boden
Kolbenstange
Sensor
Sensorträger
Erfassungsobjekt
Sensorsteuerung
Sinusoszillator
Auswerteschaltung

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Linearverdichter, aufweisend eine Laufbuchse (104), einen in der Laufbuchse (104) bewegbaren Kolben (102), und einen induktiven Sensor (1 14) zur Erfassung einer Position des Kolbens (102) in der Laufbuchse (104), gekennzeichnet durch einen Sensorträger (1 16), an welchem der Sensor (1 14) befestigt ist, und dessen Position gegenüber der Laufbuchse (104) justierbar ist.
Linearverdichter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorträger (1 16) über eine Gewindeverbindung oder über einen Schiebesitz an der Laufbuchse (104) befestigt ist.
Linearverdichter Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der
Sensorträger (1 16) einen ersten hülsenförmigen Abschnitt (1 16a) aufweist, der eine Kolbenstange (1 12) des Kolbens (102) umgibt, dass der Sensorträger (1 16) einen zweiten hülsenförmigen Abschnitt (1 16b) aufweist, der die Laufbuchse (104) umgibt, und an dieser befestigt ist, und dass der Sensorträger (1 16) einen radialen Abschnitt (1 16c) aufweist, der den ersten hülsenförmigen Abschnitt mit dem zweiten hülsenförmigen Abschnitt verbindet.
Linearverdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (1 12) im ersten hülsenförmigen Abschnitt (1 16a) geführt bewegbar ist.
Linearverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Erfassungsobjekt (1 18) vorgesehen ist, welches zusammen mit dem Kolben (102) in der Laufbuchse (104) bewegbar ist, und welches durch den Sensor (1 14) erfassbar ist.
6. Linearverdichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das
Erfassungsobjekt (1 18) zylindrisch ist und um eine mit dem Kolben (102) verbundene Kolbenstange (1 12) angeordnet ist. Linearverdichter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassungsobjekt (1 18) in einer mit dem Kolben (102) verbundenen Kolbenstange (1 12) eingebettet ist.
Linearverdichter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassungsobjekt (1 18) an einer Innenwand des Kolbens (102) angebracht oder in dieser eingebettet ist.
Linearverdichter nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassungsobjekt einstückig ist und seine Länge entlang der Kolbenachse der Länge des maximalen Kolbenhubs entspricht.
Linearverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1 14) ein induktiver Sensor ist.
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