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Dokumentenidentifikation DE102005038784B3 03.05.2007
Titel Linearverdichter, insbesondere Kältemittelverdichter
Anmelder Danfoss Compressors GmbH, 24939 Flensburg, DE
Erfinder Hansen, Poul Erik, Sydals, DK;
Reinwand, Klaus, 24955 Harrislee, DE;
Thomsen, Jan, Aabenraa, DK;
Iversen, Frank Holm, Padborg, DK
Vertreter Patentanwälte Knoblauch und Knoblauch, 60322 Frankfurt
DE-Anmeldedatum 17.08.2005
DE-Aktenzeichen 102005038784
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 03.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.05.2007
IPC-Hauptklasse F04B 39/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
Zusammenfassung Es wird ein Linearverdichter (1), insbesondere Kältemittelverdichter, angegeben mit einer ersten Baugruppe, die einen Stator (18, 20) eines Linearmotors (4) und einen Zylinder (8, 10) aufweist, einer zweiten Baugruppe, die einen hin und her bewegbaren Kolben (16) und einen Anker (22) des Linearmotors (4) sowie eine den Anker (22) mit dem Kolben (16) verbindende Kolbenstange (28) aufweist, einem Ölsumpf in einem Gehäuse (2) und einer Ölpumpe (38), wobei die zweite Baugruppe relativ zur ersten Baugruppe bewegbar ist.
Man möchte bei einfachem Aufbau eine Schmierung des Linearverdichters sicherstellen.
Hierzu ist vorgesehen, dass die Ölpumpe (38) ein mit der Kolbenstange (28) fest verbundenes Pumpengehäuse (40) aufweist, das zumindest mit einer Saugöffnung (43) in den Ölsumpf eintaucht, wobei die Ölpumpe (38) Öl in das Innere der Kolbenstange (28) fördert.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Linearverdichter, insbesondere einen Kältemittelverdichter, mit einer ersten Baugruppe, die einen Stator eines Linearmotors und einen Zylinder aufweist, einer zweiten Baugruppe, die einen hin und her bewegbaren Kolben und einen Anker des Linearmotors sowie eine den Anker mit dem Kolben verbindende Kolbenstange aufweist, einem Ölsumpf in einem Gehäuse und einer Ölpumpe, wobei die zweite Baugruppe relativ zur ersten Baugruppe bewegbar ist.

Bei einem derartigen Linearverdichter wird bei einer entsprechenden elektrischen Versorgung des Stators der Anker im Stator hin und her bewegt. Der Anker treibt den Kolben in einer ebenfalls hin und her gehenden Bewegung an. Der Stator ist mit dem Zylinder verbunden, so daß der Kolben im Zylinder bewegt wird und dadurch ein Verdichtungsvolumen vergrößert und verkleinert.

Ein derartiger Verdichter muß im Betrieb fortlaufend mit Öl versorgt werden. Das Öl hat dabei zwei Aufgaben. Zum einen schmiert es Teile, die sich relativ zueinander bewegen. Zum anderen hilft es dabei, einen Spalt zwischen Kolben und Zylinder abzudichten, so daß das Kompressionsverhalten des Verdichters verbessert wird.

US 6 089 352 zeigt einen Linearverdichter der eingangs genannten Art. Die Ölpumpe ist am Stator befestigt. Sie weist eine längliche Kammer auf, deren erstes Ende mit einem Ölsumpf und deren zweites Ende mit einem den Zylinder umgebenden Ölreservoir verbunden ist. Im Betrieb schwingt der Stator mit der Frequenz, mit der sich der Kolben im Zylinder bewegt. Durch Trägheitskräfte, die bei dieser schwingenden Bewegung des Stators auf das in der Kammer befindliche Öl wirken, wird das Öl zum Ölreservoir gefördert. Hierzu ist es jedoch erforderlich, daß die Kammer von Beginn an gefüllt ist. Eine ungefüllte Kammer kann nicht arbeiten.

US 5 993 175 zeigt einen weiteren Linearverdichter, bei dem die Ölpumpe im Stator angeordnet ist. Sie weist eine Pumpenkammer auf, in der ein Verdrängungselement angeordnet ist, das über Federn mit dem Stator und mit dem Anker verbunden ist. Wenn sich der Anker relativ zum Stator bewegt, wird das Verdrängungselement ebenfalls in Schwingungen versetzt und saugt über eine Saugleitung Öl aus dem Ölsumpf in die Pumpenkammer. Von dort kann das Öl über mehrere Öffnungen zum Kolben-Zylinder-Spalt des Verdichters gelangen. Überschüssiges Öl wird vom Verdrängungselement aus der Pumpenkammer über eine Austrittsöffnung ausgestoßen.

US 2004/0052658 A1 zeigt einen weiteren Linearverdichter, bei dem der Stator mit einer Ölpumpe verbunden ist, der einen Pumpenkörper aufweist, der in den Ölsumpf eintaucht. Der Pumpenkörper weist eine Öffnung auf, die sich senkrecht zur Bewegungsrichtung des Ankers erstreckt. Im Betrieb schwingt der Stator als Reaktion auf die Bewegung des Ankers. Durch die Öffnung im Pumpenkörper kann Öl aus dem Ölsumpf eintreten, während das andere Ende des Pumpenkörpers durch ein Rohr mit einer im Stator ausgebildeten Ölpassage verbunden ist, die in den Spalt zwischen dem Kolben und dem Zylinder mündet. Der Zylinder wird hierbei durch das Innere des Stators gebildet und der Kolben ist im Stator angeordnet.

Derartige Ölpumpen haben eine relativ geringe Förderleistung.

JP 2000 154 778 A2 zeigt einen Linearverdichter mit einer Ölpumpe. Die Ölpumpe weist eine in den Ölsumpf eintauchende Pumpenkammer auf, die als Zylinder ausgebildet ist, in der sich ein Kolben bewegt. Der Kolben ist mit dem Anker verbunden. Der Kolben verdrängt bei einem Hub des Ankers in eine Richtung Öl aus der Pumpenkammer in ein Ölreservoir, das wiederum den Spalt zwischen dem Kolben und dem Zylinder und ein Kolbenstangenlager mit Öl versorgt. Bei einem Rückhub des Ankers saugt der Öl-pumpen-Kolben Öl über eine andere Öffnung nach. Der Weg vom Ölreservoir zurück wird über ein Rücklaufsperrventil gesperrt. Eine derartige Pumpe liefert eine erhöhte Schmiermittelmenge. Sie ist aber relativ aufwendig herzustellen und erfordert einen gewissen Bauraum innerhalb des Verdichtergehäuses.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einfachem Aufbau eine Schmierung des Linearverdichters sicherzustellen.

Diese Aufgabe wird bei einem Linearverdichter der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Ölpumpe ein mit der Kolbenstange fest verbundenes Pumpengehäuse aufweist, das zumindest mit einer Saugöffnung, die eine Flächennormale mit einer Komponente aufweist, die parallel zur Bewegungsrichtung der zweiten Baugruppe gerichtet ist, in den Ölsumpf eintaucht, wobei die Ölpumpe Öl in das Innere der Kolbenstange fördert.

Eine derartige Ölpumpe ist relativ einfach aufgebaut und erfordert nur einen geringen Bauraum. Da das Pumpengehäuse fest mit der Kolbenstange verbunden ist, bewegt es sich gleichlaufend mit der Kolbenstange hin und her. Die Kolbenstange hat den gleichen Hub wie der Kolben, so daß auch das Pumpengehäuse mit seiner Saugöffnung, die eine Flächennormale mit einer Komponente aufweist, die parallel zur Bewegungsrichtung der zweiten Baugruppe gerichtet ist, über einen entsprechenden Hub durch den Ölsumpf bewegt wird. Die Flächennormale kann auch als Achse der Saugöffnung bezeichnet werden. Wenn die Flächennormale oder Achse parallel zur Bewegungsrichtung der zweiten Baugruppe, also eine parallel zur Bewegungsrichtung von Anker, Kolbenstange und Kolben, gerichtete Komponente aufweist, dann wird, wenn die Saugöffnung bewegt wird, Öl in die Saugöffnung und damit über das Pumpengehäuse in das Innere der Kolbenstange hinein gedrückt. Dabei gelangt eine ausreichende Menge von Öl in das Pumpengehäuse, das von dort in das Innere der Kolbenstange gefördert wird. Die Kolbenstange wird dann als Hilfsmittel verwendet, um das Öl bis in den Bereich von Kolben und Zylinder zu fördern.

Hierbei ist bevorzugt, daß die Ölpumpe am Ende der Kolbenstange angeordnet ist, das dem Kolben abgewandt ist. Diese Ausgestaltung hat mehrere Vorteile. Das dem Kolben abgewandte Ende der Kolbenstange ragt dann sozusagen mit dem freien Ende aus dem Stator heraus, so daß sich das Pumpengehäuse frei bewegen kann. Man muß keine konstruktiven Vorkehrungen treffen, um eine Kollision zwischen dem Pumpengehäuse und anderen Teilen des Linearverdichters zu vermeiden. Zum anderen wird das Öl durch den Linearmotor gefördert, ist also in der Lage, dort entstehende Wärme abzuführen. Dabei wird das Öl erwärmt, vermindert also seine Viskosität, so daß es dünnflüssiger wird. Dies wiederum setzt Reibungsverluste zwischen dem Kolben und dem Zylinder herab.

Vorzugsweise weist die Kolbenstange einen Kanal auf, der mit einem Kolbengelenk verbunden ist. Um Fluchtungsfehler auszugleichen, kann es günstig sein, den Kolben nicht starr an der Kolbenstange anzuordnen, sondern über ein Gelenk, beispielsweise ein Kugelgelenk. Um hier bei möglicherweise auftretenden kleinen Bewegungen die Reibung klein zu halten, wird Öl von der Ölpumpe direkt in dieses Gelenk gefördert.

Vorzugsweise ist die Kolbenstange mit mindestens einer Druckausgleichsöffnung versehen. Der Kanal innerhalb der Kolbenstange wird in der Regel nicht vollständig mit Öl gefüllt sein. Das Öl wird aufgrund der Schwerkraft vielmehr nur einen Teilbereich des Querschnitts ausfüllen. Oberhalb des Öls verbleibt dann ein Gasvolumen, das über die Druckausgleichsöffnung mit dem Innenraum des Verdichtergehäuses in Verbindung steht. Die Druckausgleichsöffnung ermöglicht also einen Druckausgleich, was vor allem dann von Vorteil ist, wenn aus dem Verdichtungsraum durch die Schmierkanäle innerhalb des Kolbens Leckagegas zurückgedrückt wird. Ein damit verbundener Druckaufbau könnte der Förderwirkung der Ölpumpe entgegenwirken. Dies wird durch die Druckausgleichsöffnung zuverlässig verhindert.

Vorzugsweise weist die Kolbenstange ein Verbindungselement zum Kolben auf, dessen Innendurchmesser sich verjüngt. Dadurch steigt bei gleichmäßig zugeführter Fördermenge der Druck an, so daß das Öl mit einem gewissen Druck zum Kolben hin austreten kann.

Auch ist bevorzugt, daß im Inneren der Kolbenstange mindestens eine Innendurchmesserverringerung angeordnet ist. Diese Innendurchmesserverringerung ist dann eine Art Rückflußverhinderung, wobei diese Rückflußverhinderung ohne bewegliche Teile auskommt. Gleichwohl hat sie jedenfalls in gewissen Grenzen die gleiche Wirkung wie ein Rückschlagventil.

Dies wird noch dadurch verbessert, daß der Innendurchmesserverringerung benachbart eine Vertiefung angeordnet ist. Bei einer Bewegung der Kolbenstange zum Zylinder hin staut sich das Öl in dieser Vertiefung, weil der Ölfilm im Grunde träge ist und der Bewegung der Kolbenstange von sich aus nicht folgen will. Wenn die Kolbenstange in die entgegengesetzte Richtung bewegt wird, bleibt das durch die Innendurchmesserverringerung und in der Vertiefung geförderte Öl aufgrund seiner Trägheit an der Position, bis zu der es gefördert worden ist, so daß man in kurzer Zeit durch aufeinanderfolgende Bewegungen der Kolbenstange das Öl aus dem Pumpengehäuse bis zu der Position gefördert hat, an der es seine Wirkung entfalten soll.

Vorteilhafterweise weist die Kolbenstange ein Saugende auf, dessen Außendurchmesser sich in eine Richtung vom Kolben weg vermindert. Das Saugende kann also jedenfalls abschnittsweise leicht konisch ausgebildet sein.

Damit vermindert man die Masse der Kolbenstange an diesem Ende. Gleichzeitig benötigt man für die Befestigung der Kolbenanordnung an der vom Kolben abgewandten Seite nur eine kleinere Fläche. Dies wirkt sich insbesondere dann vorteilhaft aus, wenn dieses Ende in einer Resonanzfederanordnung befestigt ist.

Hierbei ist bevorzugt, daß das Saugende einen Saugkanal aufweist, der in das Innere der Kolbenstange mündet und der einen geringeren Innendurchmesser als die Kolbenstange aufweist, wobei die Mündung des Saugkanals von einem in Richtung des Kolbens weisenden Vorsprung umgeben ist. Damit wird erreicht, daß man im Inneren der Kolbenstange ein relativ großes Ölvolumen permanent zur Verfügung hat. Gleichzeitig wird aber der Querschnitt im Saugbereich klein gehalten, so daß man geringere Drücke benötigt, um das Öl aus dem Ölsumpf bis auf die Höhe der Kolbenstange zu fördern.

Vorzugsweise weist das Pumpengehäuse ein Rohr auf, das an einem Ende mit der Kolbenstange verbunden ist und mit der Saugöffnung in den Ölsumpf eintaucht.

Hierbei ist bevorzugt, daß die Flächennormale parallel zur Bewegungsrichtung gerichtet ist. In diesem Fall steht der gesamte Querschnitt der Saugöffnung für den Eintritt des Öls in Bewegungsrichtung der Kolbenstange zur Verfügung.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß das Pumpengehäuse im Ölsumpf zwei Saugöffnungen aufweist, deren Flächennormalen jeweils eine Komponente aufweisen, die parallel zur Bewegungsrichtung der zweiten Baugruppe gerichtet sind, wobei die beiden Komponenten entgegengesetzt gerichtet sind. In diesem Fall erhält man bei der Bewegung der Kolbenstange in jeder Richtung eine Ölzufuhr, d.h. Öl wird sowohl bei einem Saughub als auch bei einem Druckhub des Kolbens durch das Pumpengehäuse in das Innere der Kolbenstange gefördert.

Hierbei ist bevorzugt, daß zwischen den beiden Saugöffnungen ein Sperrelement angeordnet ist, das einen geradlinigen Durchfluß von Öl von einer Saugöffnung zur anderen verhindert. Damit werden Verluste klein gehalten.

Hierbei ist bevorzugt, daß das Sperrelement beweglich ist. Die Bewegung kann aufgrund der Trägheit des Sperrelements oder aufgrund des Drucks des anstehenden Schmieröls oder durch beide Ursachen erfolgen. Eine zusätzliche Energiezufuhr oder Steuerung des Sperrelements ist also nicht erforderlich.

Hierbei ist bevorzugt, daß das Sperrelement als Ventilelement ausgebildet ist, das zwischen einem ersten Ventilsitz, der einer Saugöffnung zugeordnet ist, und einem zweiten Ventilsitz, der der anderen Saugöffnung zugeordnet ist, bewegbar ist. In diesem Fall verschließt das Sperrelement jeweils die Saugöffnung, durch die gerade kein Öl in das Pumpengehäuse hinein gedrückt wird.

In einer alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß jede Saugöffnung durch ein Federelement verschlossen ist, das durch anstehenden Öldruck aufdrückbar ist. Auch in diesem Fall ist die jeweils passive Saugöffnung verschlossen, so daß das Öl nicht aus dem Pumpengehäuse entweichen kann.

Hierbei ist bevorzugt, daß beide Federelemente durch einen gemeinsamen Federring gebildet sind. Dies vereinfacht die Montage.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:

1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Linearverdichter,

2 eine vergrößerte Darstellung einer Kolbenstange mit Kolben und Ölpumpe,

3 eine abgewandelte Ausführungsform einer Ölpumpe,

4 einen Längsschnitt durch die Ölpumpe nach 3,

5 eine dritte Ausführungsform einer Ölpumpe im Schnitt V-V nach 6,

6 einen Schnitt VI-VI nach 5,

7 eine vierte Ausführungsform einer Ölpumpe in perspektivischer Darstellung und

8 eine Schnittansicht zur Erläuterung der Ölpumpe nach 7.

1 zeigt einen Linearverdichter 1, der in einer hermetisch geschlossenen Kapsel 2 angeordnet ist.

Der Linearverdichter 1 weist einen Verdichterabschnitt 3, einen Antriebsabschnitt 4 und eine Resonanzfederanordnung 5 auf. Die aus Verdichterabschnitt 3, Antriebsabschnitt 4 und Resonanzfederanordnung 5 gebildete Einheit ist über zwei ebene Ringfedern 6, 7, die jeweils als Spirale mit einer Windung ausgebildet sind, in der Kapsel 2 aufgehängt. Die Ringfedern 6, 7 sind dabei am Antriebsabschnitt 4 befestigt.

Der Verdichterabschnitt 3 weist einen Zylinder 8 auf, dessen eine Stirnseite von einem Zylinderkopf 9 abgedeckt ist. Zylinder 8 und Zylinderkopf 9 sind durch eine Kapsel 10 nach Art einer Patrone zusammengefaßt. Am Zylinderkopf 9 ist ein Saugschalldämpfer 11 und ein Druckschalldämpfer 12 befestigt. Der Saugschalldämpfer 11 steht mit einer Saugöffnung 13 und der Druckschalldämpfer 12 steht mit einer Drucköffnung 14 im Zylinderkopf in Verbindung.

Die Kapsel 10 ist in einen Zwischenring 15 eingesetzt, der mit dem Antriebsabschnitt 4 verbunden ist. Bei der Montage läßt sich die Kapsel 10 und damit der Zylinder 8 in Axialrichtung des Zylinders relativ zum Zwischenring 15 in gewissen Grenzen verschieben. Wenn, wie weiter unten näher erläutert werden wird, eine vorbestimmte Position des Zylinders relativ zum Antriebsabschnitt 4 erreicht ist, wird die Kapsel 10 im Zwischenring 15 befestigt, beispielsweise durch Schweißen, Löten oder Kleben.

Im Zylinder 8 ist ein Kolben 16 angeordnet, der gemeinsam mit dem Zylinder 8 und dem Zylinderkopf 9 einen Verdichtungsraum 17 begrenzt. Vor dem Befestigen der Kapsel 10 im Zwischenring 15 hat man dann zweckmäßigerweise den Kolben 8 in seinen oberen (bezogen auf 1: rechten) Totpunkt bewegt und den Zylinder 8 mit der Kapsel 10 so verschoben, daß der Verdichtungsraum 17 eine minimale Größe einnimmt.

Der Antriebsabschnitt 4 weist einen Linearmotor auf. Der Linearmotor weist einen Außenstator 18 mit einer Ausnehmung 19 für eine nicht näher dargestellte Wicklung und einen Innenstator 20 auf. Zwischen dem Außenstator 18 und dem Innenstator 20 befindet sich ein Ringspalt 21, in dem ein Anker 22 bewegbar ist. Der Anker trägt Permanentmagnete 23, die durch zwei Ringe 24, 25 miteinander verbunden sind. Die Ringe 24, 25 können beispielsweise aus Kunststoff gebildet sein. Die Ringe 24, 25 sind mit Innenringen 26, 27 verbunden und zwar über nicht näher dargestellte Arme, die durch Schlitze im Innenstator 20 geführt sind.

Die Innenringe 26, 27 sind mit einer Kolbenstange 28 verbunden, die wiederum mit dem Kolben 16 verbunden ist. Die Kolbenstange ist in 2 mit weiteren Einzelheiten vergrößert dargestellt.

Der Außenstator 18 und der Innenstator 20 sind durch Motordeckel 29, 30 miteinander verbunden, die durch Schraubbolzen 31 gegeneinander verspannt sind. Die Schraubbolzen sind dabei parallel zur Bewegungsrichtung der Kolbenstange 28 geführt. Die Kolbenstange 28 ist berührungsfrei durch die Motordeckel 29, 30 geführt.

Der Zwischenring 15 ist mit dem zylinderseitigen Motordeckel 30 verbunden, beispielsweise durch Schweißen, Kleben oder Löten.

Die Resonanzfederanordnung 5, die an einem dem Verdichterabschnitt 3 gegenüberliegenden Ende des Antriebsabschnitts 4 angeordnet ist, weist ein Federpaket 32 aus mehreren Blattfedern 33 auf. Das Federpaket 32 ist in einem mittleren Bereich 34 mit der Kolbenstange 28 verbunden. Ein Außenabschnitt 35 des Federpakets 32 ist über Bolzen 36 mit einem Anschlaggehäuse 37 verbunden, das einen Anschlag für das Federpaket 32 bildet.

Wenn die in der Ausnehmung 19 angeordnete Wicklung mit Strom beschickt wird, dann bewegt sich der Anker 22 in eine Richtung und nimmt dabei die Kolbenstange 28 in diese Richtung mit. Wird die Richtung des Stromes umgedreht, bewegt sich der Anker 22 mit der Kolbenstange 28 in die entgegengesetzte Richtung und bewegt dementsprechend auch den Kolben 16 in die entgegengesetzte Richtung. Dabei wird das Volumen des Verdichtungsraums 17periodisch vergrößert und verkleinert. Die Resonanzfederanordnung 5 ist auf die Frequenz des Stromes abgestimmt, so daß der bewegliche Teil des Linearverdichters 1, der durch den Anker 22, die Kolbenstange 28, den Kolben 16, die Ölpumpenanordnung 38 und den bewegten Teil der Resonanzfederanordnung 5 gebildet ist, in Resonanz schwingt.

Die Kolbenstange 28 ist an ihrem aus dem Federpaket 32 herausstehenden Ende mit einer Ölpumpe 38 verbunden, die in einen nur in 2 schematisch dargestellten Ölsumpf 41 eintaucht, der sich im unteren Teil der Kapsel 2 bildet.

Die Ölpumpe 38 weist ein Pumpengehäuse auf, das in den Ölsumpf 41 eingetaucht ist. Das Pumpengehäuse 40 ist über ein starres Rohr 42 mit der Kolbenstange 28 verbunden. Das Pumpengehäuse 40 bewegt sich also synchron mit der Kolbenstange 28.

Das Pumpengehäuse 40 weist eine Saugöffnung 43 auf, deren Flächennormale parallel zur Bewegungsrichtung 44 der Kolbenstange 28 gerichtet ist. Mit anderen Worten ist die Achse der Saugöffnung 43 parallel zur Bewegungsrichtung 44 gerichtet oder die Saugöffnung 43 steht senkrecht auf der Bewegungsrichtung 44. Wenn die Kolbenstange 28 nach links bewegt wird, dann wird das Öl aus dem Ölsumpf 41 durch die Saugöffnung 43 in das Rohr 42 hinein gedrückt und durch die Bewegung der Kolbenstange 48 in das hohle Innere 45 der Kolbenstange 28 gefördert. Der Begriff "Saugöffnung" wird hier aus Gründen der Anschaulichkeit gewählt, weil die Eingangsöffnung einer Pumpe in der Regel als Saugöffnung bezeichnet wird. Der Fördervorgang der Ölpumpe 38 erfolgt in diesem Fall allerdings weniger durch Saugen, sondern vielmehr durch Drücken.

Der Kanal 45 steht an seinem kolbenseitigen Ende mit einem Kolbengelenk 46 in Verbindung, das als Kugelgelenk ausgebildet ist. Das Kolbengelenk 46 weist eine Kugel 47 auf, die in einer Kugelschale 48 aufgenommen ist. Die Berührungsfläche zwischen Kugel 47 und Kugelschale 48 kann durch Öl geschmiert werden, das durch den Kanal 45 zugefördert wird.

Die Verbindung zwischen der Kolbenstange 28 und dem Kolben 16 erfolgt über ein Verbindungselement 49, das sich in Richtung zum Kolben 16 konisch verjüngt. Damit nimmt auch der Innendurchmesser des Kanals 45 ab. Im Bereich des Kolbens 16 ist eine Druckausgleichsöffnung 50 vorgesehen. Der Kanal 45 innerhalb der Kolbenstange wird in der Regel nicht vollständig, sondern nur in seinem unteren Teil mit Öl gefüllt sein. Durch die Schmierkanäle im Kolben 16 könnte auch Leckagegas aus dem Verdichtungsraum in den Kanal 45 zurückgedrückt werden. Damit dieses Leckagegas nicht einen Druck im Kanal 45 aufbauen kann, der dann wiederum der Förderwirkung der Ölpumpe entgegenwirken würde, ist die Druckausgleichsöffnung 50 vorgesehen, die einen Druckausgleich zum Inneren des Verdichtergehäuses herstellt.

Das Verbindungselement 49 ist auf die Kolbenstange 28 aufgesteckt. Es hält dort unter Reibschluß. Gegebenenfalls kann es auf der Kolbenstange 28 auch durch Kleben, Schweißen oder Löten befestigt sein. Insgesamt wird davon ausgegangen, daß auch das Verbindungselement 49 einen Bestandteil der Kolbenstange 28 bildet.

Die Kolbenstange weist in ihrem Inneren mindestens eine Durchmesserverringerung 53 auf. Diese ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel am Übergang zwischen der Kolbenstange 28 und dem Verbindungselement 49 ausgebildet. Der Durchmesserverringerung benachbart ist eine Vertiefung 54 ausgebildet. Die Vertiefung 54 wird im vorliegenden Fall durch einen Einsatz 55 realisiert, der in den Kanal 45 eingesteckt ist und an seinem kolbenseitigen Ende einen Austrittskonus 56 aufweist.

Die Kolbenstange 28 weist ein Saugende 57 auf, dessen Außendurchmesser sich in eine Richtung vom Kolben 16 weg vermindert. Das Saugende 57 kann auf die Kolbenstange 28 aufgeschraubt sein oder mit der Kolbenstange 28 verklebt, verschweißt oder verlötet sein. Die Durchmesserverringerung des Saugendes 57 bewirkt, daß man für die Befestigung der Kolbenstange 28 im Federpaket 32 weniger Platz benötigt.

Das Saugende 57 weist einen Saugkanal 58 auf, der einen geringeren Innendurchmesser als der Kanal 45 der Kolbenstange 28 aufweist. Die Mündung des Saugkanals 58 in den Kanal 45 ist von einem Vorsprung 59 umgeben, der in Richtung des Kolbens 16 weist. Radial außerhalb des Vorsprungs bildet sich eine Vertiefung 60.

Im Kanal 45 kann, wie das schematisch dargestellt ist, noch eine Rückflußverhinderungseinrichtung 61 angeordnet sein, beispielsweise in Form eines Sägezahnprofils, das an den kolbenseitigen Enden senkrechte oder zum Kolben 16 hin geneigte Flanken aufweist, während die anderen Flanken eine schwächere Neigung aufweisen. Auch ist es möglich, in den Kanal 45 weitere "Drosselstellen" einzubauen, die ähnlich aufgebaut sind, wie die durch den Einsatz 55 oder den Vorsprung 59 gebildete.

Die Ölförderung durch die in 2 dargestellte Einheit aus Kolbenstange 28 und Ölpumpenanordnung 38 läßt sich wie folgt beschreiben:

Der Anker 22 bewegt sich gemeinsam mit dem Kolben 16 und der Ölpumpe 38 im Betrieb hin und her. Die Frequenz, mit der diese Bewegung erfolgt, richtet sich nach der Frequenz des den Linearmotor speisenden Wechselstroms.

Wenn die Kolbenstange 28 nach links (bezogen auf die Darstellung der 2) bewegt wird, dann wird Öl aus dem Ölsumpf 41 durch die Saugöffnung 43 und das Rohr 42 bis in den Saugkanal 58 gedrückt. Da die Hublänge der Saugöffnung 43 der Hublänge des Kolbens 16 im Zylinder 8 entspricht, reicht die geförderte Ölmenge aus, um den Saugkanal 58 zu erreichen. Die Trägheit des Öls führt dazu, daß von dem in den Saugkanal 58 geförderten Öl zumindest eine Teilmenge dort verbleibt. Durch wiederholte Bewegungshübe der Kolbenstange 28 wird also zunächst der Saugkanal 58 nach und nach gefüllt und tritt in den Kanal 45 über.

Wenn der Saugkanal gefüllt ist und das Öl in den Kanal 45 übertritt, kann es aufgrund der Vertiefung 60, die den Vorsprung 59 umgibt, nicht mehr vollständig in den Saugkanal 58 zurückfließen. Das Öl, das durch den Vorsprung 59 in Richtung auf den Zylinder 8 geschoben wird, fließt bei einer Rückbewegung der Kolbenstange 28 aufgrund seiner eigenen Trägheit nicht mehr zurück, sondern gelangt dann über kurz oder lang durch den Einsatz 55 in das Verbindungselement 49. Von dort kann es ebenfalls nicht vollständig in den Kanal 45 zurückfließen, weil es durch den Austrittskonus 56 daran gehindert wird. Das im Verbindungselement 49 befindliche Öl kann also nur in das Kugelgelenk 46 übertreten. Zusätzlich kann der Rückfluß des Öls noch durch die Rückflußverhinderungseinrichtung 61 behindert oder unterbunden werden.

Die 3 und 4 zeigen eine abgewandelte Ausführungsform der Ölpumpenanordnung 38. Gleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in den 1 und 2 bezeichnet.

Das Pumpengehäuse 40 weist in diesem Fall zwei Saugöffnungen 43a, 43b auf, die in Bewegungsrichtung 44 einander gegenüberliegen. Zwischen den beiden Saugöffnungen 43a, 43b ist ein Sperrelement in Form einer Wand 62 angeordnet, die einen geradlinigen Durchfluß von Öl von der Saugöffnung 43a zur Saugöffnung 43b oder umgekehrt verhindert.

Diese Ölpumpenanordnung 38 arbeitet prinzipiell genau so, wie die im Zusammenhang mit 2 erläuterte. Allerdings erfolgt hier eine Ölförderung bei jeder Bewegungsrichtung. Wenn das Pumpengehäuse 40 nach links bewegt wird, wird Öl aus dem Ölsumpf 41 durch die Saugöffnung 43a in das Pumpengehäuse 40 gedrückt. Wenn das Pumpengehäuse 40 nach rechts bewegt wird, wird Öl aus dem Ölsumpf 41 durch die Saugöffnung 43b in das Pumpengehäuse 40 gedrückt. Die Richtungsangaben beziehen sich hier auf die Darstellung der 4.

Die 5 und 6 zeigen eine dritte Ausgestaltung eines Ölpumpengehäuses 40. Auch dieses Ölpumpengehäuse 40 weist zwei einander gegenüberliegende Saugöffnungen 43a, 43b auf. Das Pumpengehäuse 40 hat einen etwa kreisförmigen Innenquerschnitt. In diesen Innenquerschnitt ist eine zylinderförmig gebogene Federplatte 63 eingesetzt, die die beiden Saugöffnungen 43a, 43b überdeckt. Die Federcharakteristik der Federplatte 63 ist relativ weich, so daß bereits kleine Drücke ausreichen, um die Federplatte 63 so weit zu verformen, daß jeweils eine der beiden Saugöffnungen 43a, 43b freigegeben wird.

Wenn das Pumpengehäuse nach links (bezogen auf die Darstellung der 5) bewegt wird, dann wird durch das anstehende Öl des Ölsumpfs 41 ein Schenkel 63a der Federplatte 63 in das Innere des Pumpengehäuses 40 gedrückt und das Öl kann dann an dem Schenkel 63a vorbei in das Innere des Pumpengehäuses 40 fließen. Es kann aus der gegenüberliegenden Saugöffnung 43b jedoch nicht entweichen, weil das einfließende Öl den anderen Schenkel 63b fest gegen die Innenwand des Pumpengehäuses 40 drückt und die Saugöffnung 43b verschließt. Entsprechendes gilt für eine Bewegung des Pumpengehäuses 40 nach rechts. In diesem Fall wird der Schenkel 63b auf das anstehende Öl aufgedrückt und der Schenkel 63a zugehalten.

Die 7 und 8 zeigen eine vierte Ausgestaltung eines Pumpengehäuses 40, das wiederum zwei Saugöffnungen 43a, 43b aufweist. Der Saugöffnung 43a ist ein Ventilsitz 64a und der Saugöffnung 43b ist ein Ventilsitz 64b zugeordnet. Zwischen den beiden Ventilsitzen 64a, 64b kann sich ein Ventilelement 65, das hier als Sperrelement fungiert, bewegen. Es kommt daher zur Anlage an den einen Ventilsitz 64a oder an den anderen Ventilsitz 64b.

Die Bewegung des Ventilelements 65 wird durch zwei Faktoren unterstützt. Zum einen hat das Ventilelement 65 eine gewisse Trägheit, so daß es bei einer Bewegung des Ventilgehäuses 40 nach rechts (bezogen auf die Darstellung der 8) an den linken Ventilsitz 64a gelangt. Unterstützt wird diese Bewegung auch durch das durch die Saugöffnung 43b zufließende Öl. Wenn hingegen das Pumpengehäuse 40 nach links bewegt wird, dann wird das Ventilelement 65 im Pumpengehäuse 40 nach rechts bewegt und gelangt an den Ventilsitz 64b. Öl aus dem Ölsumpf 41 kann also nur durch eine Saugöffnung 43a oder 43b zufließen. Ein Austritt durch die andere Saugöffnung 43b, 43a wird verhindert.


Anspruch[de]
Linearverdichter, insbesondere Kältemittelverdichter, mit einer ersten Baugruppe, die einen Stator eines Linearmotors und einen Zylinder aufweist, einer zweiten Baugruppe, die einen hin und her bewegbaren Kolben und einen Anker des Linearmotors sowie eine den Anker mit dem Kolben verbindende Kolbenstange aufweist, einem Ölsumpf in einem Gehäuse und einer Ölpumpe, wobei die zweite Baugruppe relativ zur ersten Baugruppe bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölpumpe (38) ein mit der Kolbenstange (28) fest verbundenes Pumpengehäuse (40) aufweist, das zumindest mit einer Saugöffnung (43; 43a, 43b), die eine Flächennormale mit einer Komponente aufweist, die parallel zur Bewegungsrichtung (44) der zweiten Baugruppe gerichtet ist, in den Ölsumpf (41) eintaucht, wobei die Ölpumpe (38) Öl in das Innere der Kolbenstange (28) fördert. Linearverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölpumpe (38) am Ende der Kolbenstange (28) angeordnet ist, das dem Kolben (16) abgewandt ist. Linearverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (28) einen Kanal (45) aufweist, der mit einem Kolbengelenk (46) verbunden ist. Linearverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (28) mit mindestens einer Druckausgleichsöffnung (50) versehen ist. Linearverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (28) ein Verbindungselement (49) zum Kolben (16) aufweist, dessen Innendurchmesser sich verjüngt. Linearverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren der Kolbenstange (28) mindestens eine Innendurchmesserverringerung (53) angeordnet ist. Linearverdichter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesserverringerung (53) benachbart eine Vertiefung (54) angeordnet ist. Linearverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (28) ein Saugende (57) aufweist, dessen Außendurchmesser sich in eine Richtung vom Kolben (16) weg vermindert. Linearverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpengehäuse (40) ein Rohr (42) aufweist, das an einem Ende mit der Kolbenstange (28) verbunden ist. Linearverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächennormale parallel zur Bewegungsrichtung (44) gerichtet ist. Linearverdichter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugende (57) einen Saugkanal (58) aufweist, der in das Innere der Kolbenstange (28) mündet und der einen geringeren Innendurchmesser als die Kolbenstange (28) aufweist, wobei die Mündung des Saugkanals (58) von einem in Richtung des Kolbens (16) weisenden Vorsprung (59) umgeben ist. Linearverdichter nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpengehäuse (40) im Ölsumpf zwei Saugöffnungen (43a, 43b) aufweist, deren Flächennormalen jeweils eine Komponente aufweisen, die parallel zur Bewegungsrichtung (44) der ersten Baugruppe gerichtet sind, wobei die beiden Komponenten entgegengesetzt gerichtet sind. Linearverdichter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Saugöffnungen (43a, 43b) ein Sperrelement (62, 63, 65) angeordnet ist, das einen geradlinigen Durchfluß von Öl von einer Saugöffnung (43a, 43b) zur anderen verhindert. Linearverdichter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrelement (63, 65) beweglich ist. Linearverdichter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrelement als Ventilelement (65) ausgebildet ist, das zwischen einem ersten Ventilsitz (64a), der einer Saugöffnung (43a) zugeordnet ist, und einem zweiten Ventilsitz (64b), der der anderen Saugöffnung (43b) zugeordnet ist, bewegbar ist. Linearverdichter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jede Saugöffnung (43a, 43b) durch ein Federelement (63a, 63b) verschlossen ist, das durch anstehenden Öldruck aufdrückbar ist. Linearverdichter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß beide Federelemente (63a, 63b) durch einen gemeinsamen Federring (63) gebildet sind.






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