VERDICHTER FÜR EIN KÄLTEGERÜT

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät mit einem Linearverdichter zum Verdichten von Kältemittel mit einer Kammer, einem in der Kammer beweglichen Kolben und zwischen der Kammer und einem Sauganschluss bzw. einem Druckanschluss angeordneten Ventilen, die die Flussrichtung durch den Verdichter vom Sauganschluss zum Druckschluss festlegen.

[0002] Ein derartiger Linearvedichter ist z. B. aus der EP 1 450 472 A1 bekannt. Derartige Verdichter sollen Lebensdauern von bis zu 15 Jahren erreichen. Dies bedeutet, dass über diese gesamte Zeit die Ventile hinreichend dicht bleiben müssen, um einen nennenswerten Rückfluss von Kältemittel vom Druckanschluss in die Kammer oder von der Kammer zum Sauganschluss des Verdichters zu verhindern.

[0003] Bei dem Verbrennungsmotor der US 5,186,137 ist für ein Schieberventil ein keramikbeschichteter Chrom-Stahl verwendet.

[0004] Beim Taumelscheibenkompressor der EP 15 86 774 A1 ist für eine Verbesserung des Ventilsitzes dessen Ventilplatte mit PTFE überzogen.

[0005] Die US 4,966,789 gibt als Beschichtungsmaterial für Ventile einen Überzug aus der Gruppe der Siliziumcarbide, Metallcarbide, Metallnitride an.

[0006] Aufgabe der Erfindung ist, ein Kältegerät mit einem Linearverdichter anzugeben, dessen Ventile eine besonders hohe Lebensdauer aufweisen.

[0007] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass an beweglichen Teilen der Ventile des Linearverdichters eine Beschichtung angebracht ist, die härter als besagte bewegliche Teile ist, und dass die Beschichtung durch oberflächliches Umsetzen des Werkstoffs der beweglichen Teile gebildet ist.

[0008] Ein besonders enger Verbund zwischen dem beweglichen Teil und der darauf gebildeten Beschichtung, insbesondere keramischen Schicht wird erhalten, wenn die Beschichtung durch oberflächliches Umsetzen des Werkstoffs der beweglichen Teile gebildet ist.

[0009] Als harte Beschichtung kommt insbesondere eine keramische Beschichtung in Betracht.

[0010] Als Material der keramischen Beschichtung kommen insbesondere Oxide, Nitride, Carbide oder ein Gemisch von mehreren dieser Stoffe in Betracht.

[0011] Als Werkstoff für die beweglichen Teile wird vorzugsweise ein Federstahl verwendet.

[0012] Die Erfindung ist besonders vorteilhaft anwendbar bei einem Verdichter, der ein direkt auf den Kolben wirkendes Linearantriebsaggregat umfasst, denn derartige Verdichter, wie sie z.B. aus US 6 641 377 B2 bekannt sind, haben im Vergleich zum rotatorisch angetriebenen Verdichtern einen relativ geringen Kolbenhub und müssen daher mit einer hohen Bewegungsfrequenz und dementsprechend häufigem Schalten der Ventile arbeiten, um einen benötigten Durchsatz zu erzielen.

[0013] Des weiteren ist die Erfindung vorteilhaft anwendbar, wenn der Kolben in der Kammer ölfrei gelagert ist. Während nämlich bei ölgelagerten Kolben in der Regel ein dünner Ölfilm das gesamte Innere der Kammer einschließlich der Ventile überzieht, der die Wärmeableitung von den beweglichen Teilen der Ventile begünstigt, ist die Wärmeableitung von den beweglichen Teilen bei ölfreiem Betrieb in der Regel deutlich schlechter, und dementsprechend groß ist die thermische Belastung und folglich auch die Verschleißneigung dieser beweglichen Teile.

[0014] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Figuren beschrieben: Es zeigen:

Fig. 1

einen erfindungsgemäßen Verdichter teils in einer schematischen Seitenansicht, teils im Schnitt; und

Fig. 2

eine Draufsicht auf eine Membranfeder des Verdichters aus Fig. 1.

[0015] Den unteren Bereich des in der Fig. gezeigten Linearverdichters bildet ein Antriebsaggregat 1. Es umfasst einen permanentmagnetischen Schwingkörper 2, dessen Längsenden jeweils entgegengesetzte Magnetpole bilden. Der Schwingkörper 2 erstreckt sich durch zwei gegenüberliegende Öffnungen 3 einer Kammer 4, die vorgesehen ist, um ein Paar von Elektromagneten 8 aufzunehmen. Die einander beiderseits des Schwingkörpers 2 diametral gegenüberliegenden Elektromagneten 8 sind mit einem Wechselstrom von kontrollierter Frequenz beschaltbar, um alternierende Magnetfelder mit jeweils einander gegenüberliegenden gleichnamigen Polen zu erzeugen. Die Elektromagnete 8 haben einen Eisenkern 9 mit E-förmigem Querschnitt mit drei parallelen, an einem Ende verbundenen Schenkeln 11, 12. Eine Wicklung 10 umgibt jeweils den mittleren Schenkel 11 jedes Eisenkerns. Die Spitze des mittleren Schenkels 11 einerseits und die der zwei äußeren Schenkel 12 andererseits bilden jeweils verschiedennamige Pole jedes Elektromagneten 8.

[0016] Je nach Richtung des Erregerstroms der Elektromagneten 8 ziehen die Pole an den Spitzen der Schenkel 12 jeweils abwechselnd einen der Pole des Schwingkörpers 2 an und den anderen ab und lenken dadurch den Schwingkörper 2 abwechselnd in entgegengesetzte Richtungen aus.

[0017] Die Längsenden des Schwingkörpers 2 sind jeweils an einer Membranfeder 5 befestigt, die von den Wänden der Kammer 4 durch Stege 6 beabstandet gehalten ist. Aus jeder Membranfeder 5 sind, wie in der Draufsicht der Fig. 2 gezeigt, vier in etwa z-förmige Arme 7 ausgestanzt, die jeweils in Höhe des von der betreffenden Membranfeder 5 gehaltenen Endes des Schwingkörpers 2 einteilig zusammenhängen. In der Draufsicht nimmt jeder Arm 7 einen von der Längsachse des Schwingkörpers 2 ausgehenden 90°-Sektor ein, und jeder Arm 7 ist spiegelbildlich zu den zwei benachbarten Armen 7 geformt. In Fig. 1, die den Schwingkörper 2 aus seiner Ruhestellung leicht nach oben ausgelenkt zeigt, sind jeweils zwei dieser Arme 7 zu sehen. Die spiegelbildliche Anordnung kompensiert ein Drehmoment, das einer der Arme 7 möglicherweise im Laufe der Bewegung des Schwingkörpers 2 auf diesen ausübt, durch das entgegengesetzt gleiche Drehmoment des benachbarten Arms.

[0018] Eine Verdichterkammer ist mit der Kammer 4 des Elektromagneten über einen Bogen 21 verbunden, der über die vom Schwingkörper abgewandten Enden der Arme 7 der oberen Membranfeder 5 an den Stegen 6 der Oberseite der Kammer 4 befestigt ist. Eine Kolbenstange 22 verbindet einen in der Verdichterkammer 20 hin- und her beweglichen Kolben 23 mit dem Schwingkörper 2, so dass beide ein schwingfähiges System bilden, dessen Eigenfrequenz im wesentlichen durch die Masse des Schwingkörpers 2, des Kolbens 23 und der Kolbenstange 22 sowie die Federkonstante der Membranfedem 5 festgelegt ist.

[0019] Ein Sauganschluss 24 und ein Druckanschluss 25 münden jeweils über ein Einlassventil 26 bzw. ein Auslassventil 27 in die Verdichterkammer 20. Die Ventile 26, 27 sind hier exemplarisch als Plattenventile dargestellt, jeweils mit einem Federblatt 28, das an einem Ende an der Wand der Verdichterkammer 20 verlötet oder in anderer geeigneter Weise befestigt ist und in seinem beweglichen Abschnitt einen Dichtkörper 29 trägt, der in der in Fig. 1 gezeigten Konfiguration jeweils einen hohlkegelförmigen Ventilsitz 30 berührt, der in der Wand der Verdichterkammer 20 geformt ist. Das Federblatt 28 ist jeweils aus Federstahl gebildet. Der Dichtkörper 29 kann vollständig als eine an dem Federblatt 28 befestigte Keramikschicht realisiert sein; er kann auch im Kern aus Federstahl bestehen und lediglich mit einer äußeren Beschichtung versehen sein, die zu dünn ist, um in der Figur darstellbar zu sein. Im letzteren Fall ist der Dichtkörper 29 vorzugsweise durch Prägen einteilig aus dem Material des Federblatts 28 herausgeformt.

[0020] Während das Federblatt 28 des Einlassventils 26 direkt in der Verdichterkammer 20 angeordnet ist und in deren Inneres hinein zurückweichen kann, wenn sich der Kolben 23 abwärts bewegt und Fluid vom Sauganschluss 24 in die Verdichterkammer 20 gesogen wird, befindet sich das Auslassventil 27 in einer separaten Kammer 31 innerhalb der Wand der Verdichterkammer, in die es zurückweichen kann, um vom sich aufwärts bewegenden Kolben 23 verdrängtes Fluid zum Druckanschluss strömen zu lassen. Von der Kammer 31 geht ein Durchgang 32 aus, der einen die Verdichterkammer 20 ringförmig umgebenden Hohlraum 33 mit verdichtetem Fluid speist. Der Hohlraum 33 kommuniziert mit dem Inneren der Verdichterkammer 20 über eine Vielzahl von radialen Bohrungen 24, durch die ein Teil des vom Kolben 23 verdrängten Fluids in die Verdichterkammer 20 zurückströmen kann. Dabei bildet es einen Gleitfilm zwischen der Innenwand der Verdichterkammer 20 und der Umfangsfläche des Kolbens 23, der diesen weitgehend reibungsfrei gleiten lässt und es erlaubt, auf eine Ölschmierung des Kolbens 23 zu verzichten.

[0021] Die verschleißmindernde harte Oberflächenschicht kann auf diejenigen Oberflächenbereiche des Dichtkörpers 29 beschränkt sein, die tatsächlich mit dem Ventilsitz 30 in Kontakt geraten; sie kann sich aber auch über den gesamten Dichtkörper oder, vor allem wenn dieser einteilig aus dem Federblatt 28 geformt ist, über die gesamte Oberfläche des Federblatts 28 oder zumindest dessen dem Ventilsitz 30 zugewandte Seite erstrecken. Sie kann erzeugt werden durch Umsetzen einer Oberflächenschicht des Dichtkörpers in einer reaktiven, z.B. sauerstoffhaltigen Atmosphäre oder in einem Sauerstoff, Stickstoff und/oder Kohlenstoff enthaltenden Plasma zu einem Oxid, Nitrid oder Carbid, wobei die umzusetzende Oberflächenschicht ein Teil des Federstahls des Dichtkörpers 29 selbst oder vorab zum Ziele der Umsetzung darauf aufgebrachtes Material sein kann, oder es wird unmittelbar das gewünschte keramische Material wie etwa Aluminiumoxid oder Zirkoniumoxid z.B. in Form einer Suspension oder eines Gels auf die betreffende Oberfläche aufgestrichen oder -gesprüht und anschließend darauf gesintert.

Ansprüche

1. Kältegerät mit einem Linearverdichter (1, 20) zum Verdichten von Kältemittel mit einer Kammer (20), einem in der Kammer (20) beweglichen Kolben (23) und zwischen der Kammer (20) und einem Sauganschluss (24) bzw. einem Druckanschluss (25) angeordneten Ventilen (26, 27), die die Flussrichtung durch den Verdichter vom Sauganschluss zum Druckschluss festlegen, dadurch gekennzeichnet, dass an beweglichen Teilen (19) der Ventile (26, 27) des Linearverdichters eine Beschichtung angebracht ist, die härter als besagte bewegliche Teile ist, dass die harte Beschichtung eine keramische Beschichtung ist, und dass die Beschichtung durch oberflächliches Umsetzen des Werkstoffs der beweglichen Teile (19) gebildet ist.

2. Kältegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die keramische Beschichtung ein Oxid, ein Nitrid, ein Carbid oder ein Gemisch von diesen ist.

3. Kältegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff der beweglichen Teile ein Federstahl ist.

4. Kältegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearverdichter ein direkt auf den Kolben wirkendes Linearantriebsaggregat (1) umfasst.

5. Kältegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (23) in der Kammer (20) ölfrei gelagert ist.

6. Kältegerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (23) durch vom Druckanschluss (25) abgezweigtes, verdichtetes Fluid gelagert ist.

Claims

1. Refrigerating appliance with a linear compressor (1, 20) for compressing refrigerant, comprising a chamber (20), a piston (23) movable in the chamber (20) and valves (26, 27), which are arranged between the chamber (20) and a suction connection (24) or a pressure connection (25) and which determine the flow direction through the compressor from the suction connection to the pressure connection, characterised in that arranged at movable parts (19) of the valves (26, 27) of the linear compressor is a coating which is harder than the said movable parts, that the hard coating is a ceramic coating and that the coating is formed by surface conversion of the material of the movable parts (19) at the surface.

2. Refrigerating appliance according to claim 1, characterised in that the ceramic coating is an oxide, a nitride, a carbide or a mixture thereof.

3. Refrigerating appliance according to claim 1 or 2, characterised in that the material of the movable parts is a spring steel.

4. Refrigerating appliance according to any one of the preceding claims, characterised in that the linear compressor comprises a linear drive unit (1) acting directly on the piston.

5. Refrigerating appliance according to any one of the preceding claims, characterised in that the piston (23) is journalled in oil-free manner in the chamber (20).

6. Refrigerating appliance according to claim 5, characterised in that the piston (23) is journalled by compressed fluid branched off from the pressure connection (25).

Revendications

1. Appareil frigorifique comprenant un compresseur linéaire (1, 20) destiné à comprimer un agent frigorifique, doté d'une chambre (20), d'un piston (23) déplaçable dans la chambre (20) et de soupapes (26, 27) disposées entre la chambre (20) et un raccord d'aspiration (24) resp. un raccord de pression (25), lesquelles soupapes déterminent la direction d'écoulement du raccord d'aspiration vers le raccord de pression à travers le compresseur, caractérisé en ce qu'un revêtement est appliqué sur les parties mobiles (19) des soupapes (26, 27) du compresseur linéaire, lequel revêtement est plus dur que lesdites pièces mobiles, en ce que le revêtement dur est un revêtement céramique, et en ce que le revêtement est formé par transformation en surface du matériau des pièces mobiles (19).

2. Appareil frigorifique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement céramique est un oxyde, un nitrure, un carbure ou un mélange de ceux-ci.

3. Appareil frigorifique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le matériau des pièces mobiles est un acier à ressorts.

4. Appareil frigorifique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le compresseur linéaire comprend un agrégat d'entraînement linéaire (1) agissant directement sur le piston.

5. Appareil frigorifique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le piston (23) est logé dans la chambre (20) de manière autolubrifiante.

6. Appareil frigorifique selon la revendication 5, caractérisé en ce que le piston (23) est logé par du fluide compressé, dérivé par le raccord de pression (25).

Zeichnung