WO2006069885A1 - Linear compressor and corresponding drive unit - Google Patents

Linear compressor and corresponding drive unit

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WO2006069885A1
WO2006069885A1 PCT/EP2005/056359 EP2005056359W WO2006069885A1 WO 2006069885 A1 WO2006069885 A1 WO 2006069885A1 EP 2005056359 W EP2005056359 W EP 2005056359W WO 2006069885 A1 WO2006069885 A1 WO 2006069885A1
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WO
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drive unit
diaphragm spring
unit according
frame
spring
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PCT/EP2005/056359
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Inventor
Alexander Schade
Jan-Grigor Schubert
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B35/00—Piston 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
    • F04B35/04—Piston 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
    • F04B35/045—Piston 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

Definitions

  • the present invention relates to a linear compressor, in particular for use for compressing refrigerant in a refrigerator, and in particular a drive unit for driving an oscillating piston movement for such a linear compressor.
  • a linear compressor is known, the drive unit of which comprises a frame and a vibrating body mounted in the frame via a diaphragm spring.
  • the oscillating body comprises a permanent magnet, a piston rod rigidly connected to the permanent magnet, and a piston articulated to the piston rod and reciprocable in a cylinder.
  • the movement of the piston is driven by an electromagnet arranged around the cylinder, which interacts with the permanent magnet.
  • a disc-shaped diaphragm spring is bolted to the center of the piston rod, and the outer edge of the diaphragm spring is connected to a yoke surrounding the cylinder, the electromagnet and the permanent magnet.
  • the oscillating body and the diaphragm spring form a vibratory system whose natural frequency is determined by the mass of the oscillating body and the diaphragm spring and the stiffness of the diaphragm spring.
  • the diaphragm spring allows only small vibration amplitudes, since each deflection of the vibrating body is associated with an expansion of the diaphragm spring. Due to the low vibration amplitude, it is difficult to reliably make the dead volume of the cylinder small. However, the larger the dead volume, the worse the efficiency of the compressor. The small stroke also forces the cylinder to be proportionate to the large diameter length to achieve a given throughput. It is complicated to adequately seal the correspondingly large circumference of the piston.
  • a gas pressure bearing for the piston is provided, that is, the swept by the piston cylinder wall has openings that communicate with the high pressure outlet of the Linear compressor are connected to form a gas cushion between the inner wall of the cylinder and the piston.
  • a compressed gas bearing only works if the required overpressure is present at the outlet of the linear compressor, that is not when the compressor starts or runs out. At these times, there is a risk that the piston grinds on the cylinder wall, so that the compressor wears prematurely.
  • a linear compressor according to the preamble of claim 2 is known from US 6 641 377 B2.
  • each piston is held by two respective two-armed diaphragm springs.
  • the arms Due to the curvature of the arms, an enlarged piston stroke is possible.
  • the arms are easier to deform in the longitudinal direction of the piston than transversely thereto, so that they counteract contact of the piston with the cylinder wall.
  • the oscillation frequency of the piston In order to achieve a desired throughput of the compressor, the oscillation frequency of the piston must not be too low. This oscillation frequency is higher, the stiffer the diaphragm spring is. However, too stiff a diaphragm spring runs the risk of becoming tired at high vibration amplitudes.
  • Object of the present invention is to provide a drive unit for a linear compressor with a frame and mounted in the frame via a diaphragm spring vibrating body in which the diaphragm spring without risk of fatigue allows a large stroke of the vibrating body, so that a high throughput at low Piston diameter can be achieved.
  • the arms of the at least one diaphragm spring should be made of a very thin material. Its strength can be so tight that it is sufficient only to prevent lateral deflection of the vibrating body.
  • a weak diaphragm spring would lead to a low natural frequency of the drive unit and thus at a given stroke to a low throughput of a driven by the drive unit compressor.
  • each arm is associated with a return spring, which counteracts a deformation of the arm, so that the diaphragm spring together with the return springs each forms an elastic system whose rigidity is significantly greater than that of the diaphragm spring alone.
  • each arm has a single unidirectional curved section.
  • Such an arm also exerts a torque on the oscillating body carried by it during deflection, so that, together with the reciprocating movement, a torsional vibration of the oscillating body is also excited.
  • a rotationally symmetrical design of at least parts of the compressor may be required.
  • each arm has two portions curved in different directions. Again, since the different curved portions cause torques in opposite directions, so that the torque of each arm can be made very small or made to disappear.
  • the arms of a same diaphragm spring preferably hang at their attacking ends on the frame and / or at their attacking on the vibrating body ends respectively - A -
  • the frame engaging ends may be connected by a frame integral with the leaf springs.
  • the effective spring constant of the combination of diaphragm spring and return spring can be made adjustable in order to tune the natural frequency of the drive unit as needed.
  • a coil spring is preferably used.
  • the invention also relates to a linear compressor having a working chamber, a reciprocating in the working chamber for compressing a working fluid piston and a coupled to drive the reciprocating motion to the piston drive unit of the type described above.
  • Fig. 1 is a partially sectioned side view of a linear compressor
  • Fig. 2 is a plan view of a diaphragm spring for use in the linear compressor of Fig. 1 according to the invention.
  • Fig. 3 is a plan view of a second embodiment of a diaphragm spring.
  • Fig. 1 shows a partially sectioned side view of a linear compressor.
  • the compressor has a frame with a central chamber 21, wherein in two opposite walls, here with reference to the illustration in FIG. For the sake of clarity, referred to as ceiling 22 and bottom 23, openings are formed, through which play a rod-shaped oscillating mass 24 extends.
  • the chamber 21 is provided to receive unillustrated electromagnets for driving a reciprocating motion of a permanent magnet inserted into the oscillating mass 24.
  • the ends of the oscillating mass 24 are fastened to central regions 16 of two diaphragm springs 8 by means of screws or rivets 25.
  • the diaphragm spring 8 has a closed outer ring or frame 13 of rectangular shape, which stabilizes it prior to installation in the compressor and protects against bending. From the corners of the frame 13, four arms 14 extend toward the central region 16, each of which is composed of three straight sections 17 and two curved sections 18, 19 connecting the sections 17. The two sections 18, 19 of each arm 14 each have opposite direction of curvature. Four holes 20 for attachment of the diaphragm spring 8 are located at the corners of the frame thirteenth
  • each diaphragm spring 8 rests on projecting from the ceiling 22 and the bottom 23 of the central chamber 21 webs 26.
  • the diaphragm springs 8 are held on the webs 26 respectively by screws or rivets 27, each having a foot 28 of an upper or lower yoke 29, 30 and one of the holes 20 in the corners of the frame 13 intersect and engage in the central chamber 21.
  • the height of the webs 26 determines the maximum stroke of the movement of the oscillating mass 24; If this maximum stroke is exceeded, the central regions 16 of the diaphragm spring 8 abut against the ceiling 22 or floor 23.
  • the lower yoke 30 carries two coil springs 31, each of which is placed so that free headers 32 of them, as indicated as a dash-dotted outline in Fig. 2, each contact the curved portions 18 of two arms 14, if after deflected down, and thus resist a deflection of the oscillating mass 24 down.
  • Corresponding coil springs 31, which contact the curved portions 18 of arms of the upper diaphragm spring 8 and counteract upward deflection of the oscillating mass, are provided on the upper yoke 29.
  • the upper yoke 29 also carries a cylinder 33 into which a piston connected to the oscillating mass 24 via a piston rod 10, which is not visible in the figure, can be moved back and forth. Since the oscillating mass 24 is guided exactly linearly by the two diaphragm springs 8, the piston rod 12 and with it the piston carried by it can not move transversely to the direction of movement, and grinding of the piston on the inner wall of the cylinder 33 can be avoided. As a result of the movement of the piston, fluid is sucked in via a suction port 34 of the cylinder 33, compressed and expelled again via a pressure port 35.
  • the diaphragm springs can therefore be made very thin and easily deformable, so that no material fatigue occurs even with long-term operation, because the energy that can not store the diaphragm springs for lack of sufficient rigidity, can be absorbed by appropriately sized coil springs 31.
  • diaphragm spring compressors with different throughput can be realized by the diaphragm springs are each combined with coil springs with different spring constants, each resulting in different natural frequencies of the oscillatory system.
  • Fig. 3 shows a modification of the diaphragm spring 8 of Fig. 3, which is used in their place in the compressor of FIG.
  • the protective outer frame 13 has been eliminated; Instead, only the two right and the two left arms 14 are connected at their ends remote from the central region 16 by a strip of material 34.
  • the arms are wider at the same outer dimensions of the diaphragm spring and thus stiffer than that of the spring of Fig. 2. The operation does not differ from that of the diaphragm spring of FIG. 3.

Abstract

A drive unit for a linear compressor comprises a frame (21, 29, 30) and an oscillating body (24, 10). Said oscillating body is mounted in the frame (21, 29, 30) via at least one diaphragm spring (8) and can be moved back and forth in one direction. The diaphragm spring (8) comprises a plurality of limbs (14), fastened with one end to the frame (21, 29, 30) and with the other end to the oscillating body (24), which are associated with respective readjusting springs (31) that counteract a deformation of the arm (14).

Description

Linearverdichter und Antriebsaggregat dafür Linear compressor and drive unit for it
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Linearverdichter, insbesondere für den Einsatz zum Verdichten von Kältemittel in einem Kältegerät, und insbesondere ein Antriebsaggregat zum Antreiben einer oszillierenden Kolbenbewegung für einen solchen Linearverdichter.The present invention relates to a linear compressor, in particular for use for compressing refrigerant in a refrigerator, and in particular a drive unit for driving an oscillating piston movement for such a linear compressor.
Aus US 6 596 032B2 ist ein Linearverdichter bekannt, dessen Antriebsaggregat ein Gestell und einen in dem Gestell über eine Membranfeder gelagerten Schwingkörper umfasst. Der Schwingkörper umfasst einen Permanentmagneten, eine mit dem Permanentmagneten starr verbundene Kolbenstange und einen an die Kolbenstange angelenkten Kolben, der in einem Zylinder hin- und her beweglich ist. Die Bewegung des Kolbens ist angetrieben durch einen rings um den Zylinder angeordneten Elektromagneten, der mit dem Permanentmagneten wechselwirkt. Eine scheibenförmige Membranfeder ist mittig an der Kolbenstange verschraubt, und der äußere Rand der Membranfeder ist einem Joch verbunden, das den Zylinder, den Elektromagneten und den Permanentmagneten umgibt.From US Pat. No. 6,596,032B2 a linear compressor is known, the drive unit of which comprises a frame and a vibrating body mounted in the frame via a diaphragm spring. The oscillating body comprises a permanent magnet, a piston rod rigidly connected to the permanent magnet, and a piston articulated to the piston rod and reciprocable in a cylinder. The movement of the piston is driven by an electromagnet arranged around the cylinder, which interacts with the permanent magnet. A disc-shaped diaphragm spring is bolted to the center of the piston rod, and the outer edge of the diaphragm spring is connected to a yoke surrounding the cylinder, the electromagnet and the permanent magnet.
Der Schwingkörper und die Membranfeder bilden ein schwingfähiges System, dessen Eigenfrequenz durch die Masse des Schwingkörpers und der Membranfeder sowie die Steifigkeit der Membranfeder bestimmt ist. Die Membranfeder lässt nur kleine Schwingungsamplituden zu, da jede Auslenkung des Schwingkörpers mit einer Dehnung der Membranfeder verbunden ist. Aufgrund der geringen Schwingungsamplitude ist es schwierig, das Totvolumen des Zylinders zuverlässig klein zu machen. Je größer aber das Totvolumen ist, um so schlechter ist der Wirkungsgrad des Verdichters. Der kleine Hub zwingt ferner dazu, den Zylinder mit in Verhältnis zur Länge großem Durchmesser auszubilden, um einen gegebenen Durchsatz zu erreichen. Es ist aufwändig, den entsprechend großen Umfang des Kolbens hinreichend abzudichten.The oscillating body and the diaphragm spring form a vibratory system whose natural frequency is determined by the mass of the oscillating body and the diaphragm spring and the stiffness of the diaphragm spring. The diaphragm spring allows only small vibration amplitudes, since each deflection of the vibrating body is associated with an expansion of the diaphragm spring. Due to the low vibration amplitude, it is difficult to reliably make the dead volume of the cylinder small. However, the larger the dead volume, the worse the efficiency of the compressor. The small stroke also forces the cylinder to be proportionate to the large diameter length to achieve a given throughput. It is complicated to adequately seal the correspondingly large circumference of the piston.
Da der Schwingkörper in radialer Richtung nur durch seine Verbindung mit der Feder gehalten ist, besteht die Möglichkeit, dass der den Kolben tragende Kopf der Kolbenstange hin- und herpendelt und an der Zylinderwand schleift. Um dies zu verhindern, ist eine Druckgaslagerung für den Kolben vorgesehen, d. h. die von dem Kolben überstrichene Zylinderwand weist Öffnungen auf, die mit dem Hochdruckauslass des Linearverdichters verbunden sind, um ein Gaskissen zwischen der Innenwand des Zylinders und dem Kolben zu bilden. Ein solches Druckgaslager funktioniert jedoch nur, wenn an dem Auslass der Linearverdichters der erforderliche Überdruck vorhanden ist, also nicht beim Anfahren bzw. Auslaufen des Verdichters. Zu diesen Zeiten besteht die Gefahr, dass der Kolben an der Zylinderwand schleift, so dass der Verdichter vorzeitig verschleißt.Since the vibrating body is held in the radial direction only by its connection with the spring, there is a possibility that the head of the piston rod carrying the piston reciprocates and grinds on the cylinder wall. To prevent this, a gas pressure bearing for the piston is provided, that is, the swept by the piston cylinder wall has openings that communicate with the high pressure outlet of the Linear compressor are connected to form a gas cushion between the inner wall of the cylinder and the piston. However, such a compressed gas bearing only works if the required overpressure is present at the outlet of the linear compressor, that is not when the compressor starts or runs out. At these times, there is a risk that the piston grinds on the cylinder wall, so that the compressor wears prematurely.
Ein Linearverdichter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2 ist aus US 6 641 377 B2 bekannt. Bei diesem Koppelkolben-Linearverdichter ist jeder Kolben durch zwei jeweils zweiarmige Membranfedern gehalten.A linear compressor according to the preamble of claim 2 is known from US 6 641 377 B2. In this coupling piston linear compressor, each piston is held by two respective two-armed diaphragm springs.
Aufgrund der Krümmung der Arme ist ein vergrößerter Kolbenhub möglich. Die Arme sind in Längsrichtung des Kolbens leichter verformbar als quer dazu, so dass sie einem Kontakt des Kolbens mit der Zylinderwand entgegenwirken.Due to the curvature of the arms, an enlarged piston stroke is possible. The arms are easier to deform in the longitudinal direction of the piston than transversely thereto, so that they counteract contact of the piston with the cylinder wall.
Um einen gewünschten Durchsatz des Verdichters zu erreichen, darf die Schwingfrequenz des Kolbens nicht zu niedrig sein. Diese Schwingfrequenz ist um so höher, je steifer die Membranfeder ist. Eine zu steife Membranfeder läuft jedoch Gefahr, bei großen Schwingungsamplituden zu ermüden.In order to achieve a desired throughput of the compressor, the oscillation frequency of the piston must not be too low. This oscillation frequency is higher, the stiffer the diaphragm spring is. However, too stiff a diaphragm spring runs the risk of becoming tired at high vibration amplitudes.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Antriebsaggregat für einen Linearverdichter mit einem Gestell und einem in dem Gestell über eine Membranfeder gelagerten Schwingkörper zu schaffen, bei dem die Membranfeder ohne Gefahr von Ermüdung einen großen Hub des Schwing körpers erlaubt, so dass ein hoher Durchsatz bei geringen Kolbendurchmesser erreicht werden kann.Object of the present invention is to provide a drive unit for a linear compressor with a frame and mounted in the frame via a diaphragm spring vibrating body in which the diaphragm spring without risk of fatigue allows a large stroke of the vibrating body, so that a high throughput at low Piston diameter can be achieved.
Um ohne Gefahr von Materialermüdung einen großen Hub zu ermöglichen, sollten die Arme der wenigstens einen Membranfeder aus einem sehr dünnen Material gefertigt sein. Dessen Stärke kann so knapp bemessen sein, dass sie lediglich ausreicht, um ein seitliches Ausweichen des Schwing körpers zu verhindern. Eine solche schwache Membranfeder würde jedoch zu einer niedrigen Eigenfrequenz des Antriebsaggregates und damit bei vorgegebenem Hub zu einem geringen Durchsatz eines von dem Antriebsaggregat angetriebenen Verdichters führen. Um eine für einen benötigten Durchsatz ausreichende Eigenfrequenz des Antriebsaggregates zu erzielen, ist daher erfindungsgemäß jedem Arm eine Rückstellfeder zugeordnet, die einer Verformung des Armes entgegenwirkt, so dass die Membranfeder zusammen mit den Rückstellfedern jeweils ein elastisches System bildet, dessen Steifigkeit deutlich größer ist als die der Membranfeder allein.In order to enable a large stroke without the risk of material fatigue, the arms of the at least one diaphragm spring should be made of a very thin material. Its strength can be so tight that it is sufficient only to prevent lateral deflection of the vibrating body. However, such a weak diaphragm spring would lead to a low natural frequency of the drive unit and thus at a given stroke to a low throughput of a driven by the drive unit compressor. In order to achieve sufficient for a required throughput natural frequency of the drive unit is therefore According to the invention, each arm is associated with a return spring, which counteracts a deformation of the arm, so that the diaphragm spring together with the return springs each forms an elastic system whose rigidity is significantly greater than that of the diaphragm spring alone.
Im einfachsten Fall hat jeder Arm einen einzigen in eine Richtung gekrümmten Abschnitt. Ein solcher Arm übt beim Auslenken auch ein Drehmoment auf den von ihm getragenen Schwingkörper aus, so dass zusammen mit der Hin- und Herbewegung auch eine Drehschwingung des Schwingkörpers angeregt wird. Um zu verhindern, dass eine solche Drehschwingung störend wirkt, kann ein rotationssymmetrischer Aufbau zumindest von Teilen des Verdichters erforderlich sein.In the simplest case, each arm has a single unidirectional curved section. Such an arm also exerts a torque on the oscillating body carried by it during deflection, so that, together with the reciprocating movement, a torsional vibration of the oscillating body is also excited. In order to prevent such a torsional vibration from interfering, a rotationally symmetrical design of at least parts of the compressor may be required.
Es können aber auch Paare von jeweils in entgegengesetzte Richtungen gekrümmten Armen vorgesehen werden. Bei einem solchen Aufbau kompensieren die an den unterschiedlich gekrümmten Armen induzierten Drehmomente einander, so dass der Schwingkörper in Verbindung mit seiner Hin- und Herbewegung gar nicht oder nur schwach drehschwingt.But it can also be provided pairs of each curved in opposite directions arms. In such a construction, the torques induced at the differently curved arms compensate each other, so that the oscillating body in connection with its reciprocating motion does not swing or only weakly oscillates.
Vorzugsweise hat jeder Arm zwei in unterschiedliche Richtungen gekrümmte Abschnitte. Da auch hier die unterschiedlich gekrümmten Abschnitte Drehmomente in entgegengesetzte Richtungen hervorrufen, kann so dass das Drehmoment jedes einzelnen Armes sehr klein gemacht oder zum Verschwinden gebracht werden.Preferably, each arm has two portions curved in different directions. Again, since the different curved portions cause torques in opposite directions, so that the torque of each arm can be made very small or made to disappear.
Vorteilhaft ist auch, wenigstens eine zweite Membranfeder vorzusehen, deren Arme an einem Bereich des Schwingkörpers angreifen, der vom Angriffsbereich der ersten Membranfeder in Richtung der Schwingbewegung beabstandet ist. Durch die zwei Membranfedern ist der Schwingkörper zuverlässig linear in Richtung der gewünschten Schwing bewegung geführt, und eine seitliche Ausweichbewegung, die zu einem Kontakt zwischen einem von dem Schwingkörper getragenen Kolben und einem den Kolben umgebenden Zylinder führen könnte, kann vermieden werden.It is also advantageous to provide at least a second diaphragm spring, the arms of which act on a region of the oscillating body which is spaced from the engagement region of the first diaphragm spring in the direction of the oscillating movement. Due to the two diaphragm springs, the oscillating body is guided reliably linearly in the direction of the desired oscillating motion, and a lateral evasive movement, which could lead to contact between a piston carried by the oscillating body and a piston surrounding the piston, can be avoided.
Die Arme einer gleichen Membranfeder hängen vorzugsweise an ihren am Gestell angreifenden Enden und/oder an ihren an den Schwingkörper angreifenden Enden jeweils - A -The arms of a same diaphragm spring preferably hang at their attacking ends on the frame and / or at their attacking on the vibrating body ends respectively - A -
einteilig zusammen. Die am Gestell angreifenden Enden können durch einen mit den Blattfedern einteiligen Rahmen verbunden sein.in one piece together. The frame engaging ends may be connected by a frame integral with the leaf springs.
Die effektive Federkonstante der Kombination von Membranfeder und Rückstellfeder kann verstellbar gemacht sein, um die Eigenfrequenz des Antriebsaggregates nach Bedarf abstimmen zu können.The effective spring constant of the combination of diaphragm spring and return spring can be made adjustable in order to tune the natural frequency of the drive unit as needed.
Als Rückstellfeder wird vorzugsweise eine Schraubenfeder verwendet.As a return spring, a coil spring is preferably used.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Linearverdichter mit einer Arbeitskammer, einem in der Arbeitskammer zum Verdichten eines Arbeitsfluids hin- und her beweglichen Kolben und einem zum Antreiben der Hin- und Herbewegung an den Kolben gekoppelten Antriebsaggregat der oben beschriebenen Art.The invention also relates to a linear compressor having a working chamber, a reciprocating in the working chamber for compressing a working fluid piston and a coupled to drive the reciprocating motion to the piston drive unit of the type described above.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments with reference to the accompanying figures. Show it:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Linearverdichters;Fig. 1 is a partially sectioned side view of a linear compressor;
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Membranfeder zur Verwendung in dem Linearverdichter der Fig. 1 gemäß der Erfindung; undFig. 2 is a plan view of a diaphragm spring for use in the linear compressor of Fig. 1 according to the invention; and
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine zweite Ausgestaltung einer Membranfeder.Fig. 3 is a plan view of a second embodiment of a diaphragm spring.
Fig. 1 zeigt eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Linearverdichters. Der Verdichter hat ein Gestell mit einer zentralen Kammer 21 , bei der in zwei gegenüberliegenden Wänden, hier unter Bezugnahme auf die Darstellung in der Fig. der Anschaulichkeit halber als Decke 22 und Boden 23 bezeichnet, Öffnungen gebildet sind, durch die sich spielhaltig eine stabförmige Schwingmasse 24 erstreckt. Die Kammer 21 ist vorgesehen, um nicht dargestellte Elektromagnete zum Antreiben einer Hin- und Herbewegung eines in die Schwingmasse 24 eingefügten Permanentmagneten aufzunehmen. Die Enden der Schwingmasse 24 sind an zentralen Bereichen 16 von zwei Membranfedern 8 mit Hilfe von Schrauben oder Nieten 25 befestigt.Fig. 1 shows a partially sectioned side view of a linear compressor. The compressor has a frame with a central chamber 21, wherein in two opposite walls, here with reference to the illustration in FIG. For the sake of clarity, referred to as ceiling 22 and bottom 23, openings are formed, through which play a rod-shaped oscillating mass 24 extends. The chamber 21 is provided to receive unillustrated electromagnets for driving a reciprocating motion of a permanent magnet inserted into the oscillating mass 24. The ends of the oscillating mass 24 are fastened to central regions 16 of two diaphragm springs 8 by means of screws or rivets 25.
Eine der Membranfedern 8 ist in Fig. 2 in Draufsicht gezeigt. Die Membranfeder 8 hat einen geschlossenen äußeren Ring oder Rahmen 13 von rechteckiger Gestalt, der sie vor dem Einbau in den Verdichter stabilisiert und vor Verbiegung schützt. Von den Ecken des Rahmens 13 aus erstrecken sich vier Arme 14 zum zentralen Bereich 16 hin, die jeweils aus drei gradlinigen Abschnitten 17 und zwei die Abschnitte 17 verbindenden gekrümmten Abschnitten 18, 19 aufgebaut sind. Die zwei Abschnitte 18, 19 jedes Armes 14 haben jeweils entgegengesetzte Krümmungsrichtung. Vier Bohrungen 20 zur Befestigung der Membranfeder 8 befinden sich an den Ecken des Rahmens 13.One of the diaphragm springs 8 is shown in Fig. 2 in plan view. The diaphragm spring 8 has a closed outer ring or frame 13 of rectangular shape, which stabilizes it prior to installation in the compressor and protects against bending. From the corners of the frame 13, four arms 14 extend toward the central region 16, each of which is composed of three straight sections 17 and two curved sections 18, 19 connecting the sections 17. The two sections 18, 19 of each arm 14 each have opposite direction of curvature. Four holes 20 for attachment of the diaphragm spring 8 are located at the corners of the frame thirteenth
Der Rahmen 13 jeder Membranfeder 8 ruht auf von der Decke 22 bzw. dem Boden 23 der zentralen Kammer 21 abstehenden Stegen 26. Die Membranfedern 8 sind an den Stegen 26 jeweils durch Schrauben oder Nieten 27 gehalten, die jeweils ein Fußstück 28 eines oberen bzw. unteren Jochs 29, 30 und eine der Bohrungen 20 in den Ecken des Rahmens 13 kreuzen und in die zentrale Kammer 21 eingreifen. Die Höhe der Stege 26 legt den maximalen Hub der Bewegung der Schwingmasse 24 fest; wird dieser maximale Hub überschritten, stoßen die zentralen Bereiche 16 der Membranfeder 8 gegen Decke 22 bzw. Boden 23 an.The frame 13 of each diaphragm spring 8 rests on projecting from the ceiling 22 and the bottom 23 of the central chamber 21 webs 26. The diaphragm springs 8 are held on the webs 26 respectively by screws or rivets 27, each having a foot 28 of an upper or lower yoke 29, 30 and one of the holes 20 in the corners of the frame 13 intersect and engage in the central chamber 21. The height of the webs 26 determines the maximum stroke of the movement of the oscillating mass 24; If this maximum stroke is exceeded, the central regions 16 of the diaphragm spring 8 abut against the ceiling 22 or floor 23.
Wenn der zentrale Bereich 16 ausgelenkt wird, führt dies zu einer leichten Aufbiegung der gekrümmten Abschnitte 18, 19. Aufgrund der entgegengesetzten Krümmungsrichtungen der zwei Abschnitte 18, 19 jedes Armes resultieren aus der Aufbiegung jeweils entgegengesetzte Drehmomente, so dass das von jedem einzelnen Arm 14 auf den zentralen Bereich 16 ausgeübte Drehmoment gering ist. Darüber hinaus kompensieren sich die Drehmomente jeweils benachbarter Arme 14, da jeweils einer von ihnen das Spiegelbild des anderen ist und die von ihnen ausgeübten Drehmomente daher entgegengesetzt gleich. Der zentrale Bereich 16 und folglich auch eine daran befestigte Kolbenstange 10 sind somit exakt linear und verdrehungsfrei geführt.By deflecting the central portion 16, this results in a slight bowing of the curved portions 18, 19. Due to the opposite curvature directions of the two portions 18, 19 of each arm, the buckling results in opposing torques, respectively, so that from each individual arm 14 the central region 16 applied torque is low. In addition, the torques of adjacent arms 14 each compensate each other because each one of them is the mirror image of the other and the torques exerted by them therefore equal opposite. The central region 16 and consequently also a piston rod 10 fastened thereto are thus guided exactly linearly and without torsion.
Das untere Joch 30 trägt zwei Schraubenfedern 31 , die jeweils so platziert sind, dass freie Kopfstücke 32 von ihnen, wie auch als strichpunktierter Umriss in Fig. 2 angedeutet, jeweils die gekrümmten Abschnitte 18 von zwei Armen 14 berühren, wenn diese nach unten ausgelenkt sind, und sich so einer Auslenkung der Schwingmasse 24 nach unten widersetzen. Entsprechende Schraubenfedern 31 , die die gekrümmten Abschnitte 18 von Armen der oberen Membranfeder 8 berühren und einer Auslenkung der Schwingmasse nach oben entgegenwirken, sind am oberen Joch 29 vorgesehen.The lower yoke 30 carries two coil springs 31, each of which is placed so that free headers 32 of them, as indicated as a dash-dotted outline in Fig. 2, each contact the curved portions 18 of two arms 14, if after deflected down, and thus resist a deflection of the oscillating mass 24 down. Corresponding coil springs 31, which contact the curved portions 18 of arms of the upper diaphragm spring 8 and counteract upward deflection of the oscillating mass, are provided on the upper yoke 29.
Das obere Joch 29 trägt ferner einen Zylinder 33, in den ein mit der Schwingmasse 24 über eine Kolbenstange 10 verbundener, in der Fig. nicht sichtbarer Kolben hin und her beweglich ist. Da die Schwingmasse 24 durch die zwei Membranfedern 8 exakt linear geführt ist, kann die Kolbenstange 12 und mit ihr der von ihr getragene Kolben nicht quer zur Bewegungsrichtung ausweichen, und ein Schleifen des Kolbens an der Innenwand des Zylinders 33 kann vermieden werden. Durch die Bewegung des Kolbens wird Fluid über einen Saugstutzen 34 des Zylinders 33 angesaugt, verdichtet und über einen Druckstutzen 35 wieder ausgestoßen.The upper yoke 29 also carries a cylinder 33 into which a piston connected to the oscillating mass 24 via a piston rod 10, which is not visible in the figure, can be moved back and forth. Since the oscillating mass 24 is guided exactly linearly by the two diaphragm springs 8, the piston rod 12 and with it the piston carried by it can not move transversely to the direction of movement, and grinding of the piston on the inner wall of the cylinder 33 can be avoided. As a result of the movement of the piston, fluid is sucked in via a suction port 34 of the cylinder 33, compressed and expelled again via a pressure port 35.
Wenn sich die Schwingmasse 24 an einem der Umkehrpunkte ihrer Bahn befindet, ist ihre gesamte Bewegungsenergie in Form von Verformungsenergie in den Membranfedern 8 und den Schraubenfedern 31 gespeichert, wobei sich die Verteilung der Energie auf dieWhen the oscillating mass 24 is located at one of the reversal points of its path, all its kinetic energy is stored in the form of deformation energy in the diaphragm springs 8 and the coil springs 31, wherein the distribution of energy to the
Federtypen nach deren jeweiligen Federkonstanten richtet. Die Membranfedern können daher sehr dünn und leicht verformbar gemacht werden, so dass auch bei lang andauerndem Betrieb keine Materialermüdung auftritt, denn die Energie, die die Membranfedern mangels ausreichender Steifigkeit nicht zu speichern im Stande sind, kann von entsprechend dimensionierten Schraubenfedern 31 aufgenommen werden.Fed types according to their respective spring constants. The diaphragm springs can therefore be made very thin and easily deformable, so that no material fatigue occurs even with long-term operation, because the energy that can not store the diaphragm springs for lack of sufficient rigidity, can be absorbed by appropriately sized coil springs 31.
Außerdem können mit einem gleichen Modell von Membranfeder Verdichter mit unterschiedlichem Durchsatz realisiert werden, indem die Membranfedern jeweils mit Schraubenfedern mit unterschiedlichen Federkonstanten kombiniert werden, die jeweils unterschiedliche Eigenfrequenzen des schwingfähigen Systems ergeben.In addition, with a same model of diaphragm spring compressors with different throughput can be realized by the diaphragm springs are each combined with coil springs with different spring constants, each resulting in different natural frequencies of the oscillatory system.
Denkbar ist auch, die Eigenfrequenz eines Antriebsaggregates abstimmbar zu machen, indem die Schraubenfedern 31 jeweils verschiebbar an den Jochen 29, 30 montiert werden. Je näher der von den Kopfstücken 32 der Schraubenfedern 31 berührte Bereich der Arme 14 am zentralen Bereich 16 der Membranfedern 8 liegt, um so steifer ist das Gesamtsystem aus Membranfeder und Schraubenfedern, und um so höher ist die Eigenfrequenz des resultierenden Antriebsaggregates. Im Extremfall ist es möglich, die zwei Schraubenfedern 31 jedes Jochs 29, 30 jeweils durch eine einzige Schraubenfeder zu ersetzen, die unmittelbar den zentralen Bereich 16 berührt.It is also conceivable to make the natural frequency of a drive assembly tunable by the coil springs 31 are each slidably mounted on the yokes 29, 30. The closer the area of the arms 14 touched by the head pieces 32 of the coil springs 31 to the central area 16 of the diaphragm springs 8, the stiffer the overall system of diaphragm spring and coil springs, and the higher the natural frequency of the resulting drive unit. In the extreme case, it is possible to replace the two coil springs 31 of each yoke 29, 30 each with a single helical spring which directly contacts the central region 16.
Fig. 3 zeigt eine Abwandlung der Membranfeder 8 aus Fig. 3, die an deren Stelle in dem Verdichter der Fig. 4 einsetzbar ist. Bei der Membranfeder der Fig. 5 ist der schützende äußere Rahmen 13 weggefallen; statt dessen sind nur noch die zwei rechten bzw. die zwei linken Arme 14 an ihren von dem zentralen Bereich 16 abgewandten Enden durch einen Materialstreifen 34 verbunden. Die Arme sind hier bei gleichen Außenabmessungen der Membranfeder breiter und damit steifer als die der Feder aus Fig. 2. Die Funktionsweise unterscheidet sich nicht von derjenigen der Membranfeder aus Fig. 3. Fig. 3 shows a modification of the diaphragm spring 8 of Fig. 3, which is used in their place in the compressor of FIG. In the diaphragm spring of Figure 5, the protective outer frame 13 has been eliminated; Instead, only the two right and the two left arms 14 are connected at their ends remote from the central region 16 by a strip of material 34. The arms are wider at the same outer dimensions of the diaphragm spring and thus stiffer than that of the spring of Fig. 2. The operation does not differ from that of the diaphragm spring of FIG. 3.

Claims

Patentansprüche claims
1. Antriebsaggregat für einen Linearverdichter mit einem Gestell (21 , 29, 30) und einem in dem Gestell (21, 29, 30) über wenigstens eine Membranfeder (8) gelagerten, in einer Richtung hin und her beweglichen Schwingkörper(24, 10), wobei die Membranfeder (8) mehrere Arme (14) aufweist, die mit einem Ende am Gestell (21 , 29, 30) und mit einem anderen Ende am Schwingkörper (24) angreifen, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Arm (14) eine Rückstellfeder (31) zugeordnet ist, die einer Verformung des Arms (14) entgegenwirkt.1. Drive unit for a linear compressor with a frame (21, 29, 30) and in the frame (21, 29, 30) via at least one diaphragm spring (8) mounted, in a direction reciprocally movable oscillating body (24, 10) in that the diaphragm spring (8) has a plurality of arms (14) which engage with one end on the frame (21, 29, 30) and with another end on the oscillating body (24), characterized in that each arm (14) has a return spring (31) is associated, which counteracts a deformation of the arm (14).
2. Antriebsaggregat nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Arme (14) zwischen den zwei Enden einen gekrümmten Verlauf aufweisen.2. Drive unit according to claim 1, characterized in that the arms (14) between the two ends have a curved course.
3. Antriebsaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Arm (14) zwei in unterschiedliche Richtungen gekrümmte Abschnitte (18, 19) aufweist.3. Drive unit according to claim 2, characterized in that each arm (14) has two curved portions in different directions (18, 19).
4. Antriebsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens eine zweite Membranfeder (8) umfasst, und dass die erste und die zweite Membranfeder (8) an in Richtung der Schwingbewegung beabstandeten Bereichen des Schwing körpers (24, 10) angreifen.4. Drive unit according to one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises at least a second diaphragm spring (8), and that the first and the second diaphragm spring (8) in the direction of the oscillating movement spaced portions of the oscillating body (24, 10th attack).
5. Antriebsaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arme (14) einer gleichen Membranfeder (8) an ihren am Schwingkörper (24, 10) angreifenden Enden (16) einteilig zusammenhängen.5. Drive unit according to one of the preceding claims, characterized in that the arms (14) of a same diaphragm spring (8) at their on the oscillating body (24, 10) engaging ends (16) are integrally connected.
6. Antriebsaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arme (14) einer gleichen Membranfeder (8) an ihren am Gestell (21, 29, 30) angreifenden Enden einteilig zusammenhängen. 6. Drive unit according to one of the preceding claims, characterized in that the arms (14) of a same diaphragm spring (8) at their on the frame (21, 29, 30) engaging ends integrally related.
7. Antriebsaggregat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die am7. Drive unit according to claim 6, characterized in that the am
Gestell (21 , 29, 30) angreifenden Enden durch einen mit den Armen (14) einteiligen Rahmen (13) verbunden sind.Frame (21, 29, 30) engaging ends by a with the arms (14) integral frame (13) are connected.
8. Antriebsaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeit der Membranfeder (8) in der8. Drive unit according to one of the preceding claims, characterized in that the rigidity of the diaphragm spring (8) in the
Verformungsrichtung kleiner als die der Rückstellfeder (31) istDeformation direction is smaller than that of the return spring (31)
9. Antriebsaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine effektive Federkonstante der Kombination von Membranfeder (8) und Rückstellfeder (31 ) verstellbar ist.9. Drive unit according to one of the preceding claims, characterized in that an effective spring constant of the combination of diaphragm spring (8) and return spring (31) is adjustable.
10. Antriebsaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfeder (31) eine Schraubenfeder ist.10. Drive unit according to one of the preceding claims, characterized in that the return spring (31) is a helical spring.
11. Antriebsaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse des Schwingkörpers (24, 10) größer ist als die Masse aller Federn (8, 31).11. Drive unit according to one of the preceding claims, characterized in that the mass of the oscillating body (24, 10) is greater than the mass of all springs (8, 31).
12. Linearverdichter mit einer Arbeitskammer, einem in der Arbeitskammer zum Verdichten eines Arbeitsfluids hin und her beweglichen Kolben und einem zum12. A linear compressor with a working chamber, a in the working chamber for compressing a working fluid reciprocally movable piston and a for
Antreiben der Hin- und Herbewegung an den Kolben gekoppelten Antriebsaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Driving the reciprocating motion to the piston coupled drive unit according to one of the preceding claims.
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