LINEARVERDICHTER MIT CARBONFASERVERSTÄRKTER FEDER

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Linearverdichter umfassend ein Kolbengehäuse und einen darin entlang einer Achse hin und her beweglichen Verdichterkolben umfassend ein Mittel zur Führung des Verdichterkolbens in einer Richtung quer zur Achse und ein Mittel zur Zwischenspeicherung der kinetischen Energie des hin und her beweglichen Verdichterkolbens; ein Kältegerät, insbesondere einen Kühl- und/oder Gefrierschrank oder eine Klimaanlage; sowie ein Verfahren zum Kühlen von Waren und ein Verfahren zum Verdichten eines Fluids.

[0002] Bei einem Linearverdichter muss der entlang einer Achse zwischen einem ersten und einem zweiten Umkehrpunkt hin und her bewegliche Verdichterkolben in einer Richtung quer zur Achse gelagert bzw. geführt werden. Darüber hinaus muss die kinetische Energie des hin und her bewegenden Verdichterkolbens an den Umkehrpunkten, d.h. an den Punkten, an denen sich die Bewegungsrichtung des Verdichterkolbens umkehrt, zwischengespeichert werden, um eine möglichst verlustarme Umkehr der Bewegungsrichtung des Verdichterkolbens zu ermöglichen. Durch die Umkehr der Bewegungsrichtung führt der Verdichterkolben in einem Kolbengehäuse eine oszillierende, im Wesentlichen translatorische Hin- und Herbewegung durch. Mit Hilfe der Hin- und Herbewegung wird ein Verdichtungsvorgang ausgeführt.

[0003] Es ist bekannt, die bewegenden Teile, insbesondere den Verdichterkolben, berührend oder mit Hilfe eines Gasdrucklagers zu lagern. Bei diesen Systemen werden üblicherweise eine oder mehrere Schraubenfedern zur Zwischenspeicherung der Bewegungsenergie der bewegenden Teile verwendet. Systeme mit offener Bauweise, d.h. einer seriell angeordneten Motor-Pumpe-Anordnung, nutzen ein Federpaket aus einer oder mehreren sehr dünnen Membranfedern oder Membranfederpaketen und einer oder mehreren Schraubenfedern oder Schraubenfederpaketen zur Lagerung des Verdichterkolbens in einer radialen Richtung, d.h. quer zur Achse, und Speicherung der Bewegungsenergie. Derartige Federn werden aus Metall, insbesondere Federstahl, gefertigt. Dabei sind die Membranfedern so dünn und weich ausgelegt, dass die Federn in der Summe ihrer Quersteifigkeiten die senkrecht zur Schwingungsrichtung entstehenden Kräfte des Gesamtsystems hinreichend sicher aufnehmen können. Zur Erreichung einer optimalen Längssteifigkeit sind deranordnungen bekannt, bei denen Membranfedern durch eine oder mehrere Schraubenfedern oder Schraubenfederpakete unterstützt werden.

[0004] Die Druckschrift WO 02/35093 nächster Stand der Technik offenbart einen Linearverdichter umfassend einen Kolben, welcher in einer zylindrischen Bohrung hin- und her bewegbar ist. Der Kolben ist mittels einer Kolbenstange mit einer Feder verbunden.

[0005] Die Druckschrift US 200210164255 A1 zeigt eine Membranpumpe umfassend eine Membran, welche eine Verdichterkammer hermetisch abschließt. Die Membran wird mittels eines Kolbens derart betätigt wird, dass sich das Volumen der Verdichterkammer abhängig von der Membranstellung ändert.

[0006] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Linearverdichter bzw. ein Kältegerät anzugeben, bei denen eine Hin- und Herbewegung eines verwendeten Verdichterkolbens bei der Verdichtung auf eine einfache Weise zuverlässig und energiesparend realisiert werden kann.

[0007] Weiterhin ist es Aufgabe, ein Verfahren zum Verdichten eines Fluids sowie ein Verfahren zum Kühlen von Waren anzugeben, wobei ein Verdichtungs- bzw. Kühlvorgang mit hoher Zuverlässigkeit besonders energiesparend durchgeführt werden kann.

[0008] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Linearverdichter und durch das Kältegerät sowie durch das Verfahren zum Verdichten eines Gases und durch das Verfahren zum Kühlen von Waren, wie in den unabhängigen Ansprüchen angegeben, gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen, die jeweils einzeln angewandt oder beliebig miteinander kombiniert werden können, sind Gegenstand der jeweilig abhängigen Ansprüche.

[0009] Der erfindungsgemäße Linearverdichter umfasst ein Kolbengehäuse und einen darin entlang einer Achse hin und her beweglichen Verdichterkolben umfassend ein Mittel zur Führung des Verdichterkolbens in einer Richtung quer zur Achse und ein Mittel zur Zwischenspeicherung der kinetischen Energie des hin und her beweglichen Verdichterkolbens, wobei das Mittel zur Führung und/oder das Mittel zur Zwischenspeicherung ein elastisches Element aus Verbundwerkstoff aufweist.

[0010] Durch die Verwendung eines Verbundwerkstoffs kann die Struktur des Linearverdichters erheblich vereinfacht werden und der Betrieb des Linearverdichters kann zuverlässiger, energiesparender und effizienter gestaltet werden.

[0011] Der Verdichterkolben kann ölfrei, beispielsweise mittels einer Gasdrucklagerung, in dem Kolbengehäuse gelagert sein.

[0012] Durch das Mittel zur Führung wird der Verdichterkolbens in einer Richtung quer zur Achse im Gehäuse derart geführt, dass die Reibung zwischen den Verdichterkolben und dem Kolbengehäuse möglichst klein ist, um den Verschleiß des Verdichterkolbens bzw. des Kolbengehäuses gering zu hatten. Das Mittel zur Führung des Verdichterkolbens führt den Verdichterkolben in einer radialen Richtung und verhindert, dass der Verdichterkolben sich in dem Kolbengehäuse verkantet. Ein übermäßiges Reiben des Verdichterkolbens an den Gehäusewänden oder ein unkontrolliertes Anschlagen wird so verhindert.

[0013] Mit Hilfe des Mittels zur Zwischenspeicherung der kinetischen Energie des hin und her beweglichen Verdichterkolbens wird die Bewegungsenergie der im Linearverdichter befindlichen hin und her beweglichen Teile, insbesondere des Verdichterkolbens, zwischenzeitlich aufgenommen, wobei die beweglichen Teile während ihrer Hinbewegung kurz vor einem Umkehrpunkt abgebremst und während ihrer Herbewegung kurz nach dem Umkehrpunkt beschleunigt werden.

[0014] Das Mittel zur Zwischenspeicherung ist in der Lage, mindestens die Bewegungsenergie der beweglichen Teile aufzunehmen, die die beweglichen Teile bei einer Hin- und Herbewegung aufnehmen können. Hierbei wird insbesondere die Bewegungsenergie auf einer Strecke von mindestens 5 %, vorzugsweise mindestens 10 %, beispielsweise auf einer Strecke von 30 %, des gesamten Hubes des Verdichterkolbens in potentielle Energie, etwa durch Kompression einer Feder, umgesetzt. Durch das Mittel zur Zwischenspeicherung können sich die beweglichen Teile oszillatorisch hin- und herbewegen. Das Mittel zur Zwischenspeicherung bildet somit einen Teil eines schwingungsfähigen Systems. Das schwingungsfähige System kann näherungsweise als harmonischer Oszillator betrachtet werden, mit dem ein oszillatorischer Verdichtungsvorgang ausgeführt werden kann. Mit dem Mittel zur Zwischenspeicherung kann mindestens 85 %, insbesondere mindestens 95%, vorzugsweise mindestens 98%, besonders bevorzugt im wesentlichen 100%, der Bewegungsenergie des Verdichterkolbens vor einem Umkehrpunkt aufgenommen und anschließend wieder an den Verdichterkolben abgegeben werden.

[0015] Das Mittel zur Zwischenspeicherung der kinetischen Energie wird durch ein elastisches Element, insbesondere eine Feder, vorzugsweise eine Membranfeder, aus Verbundwerkstoff gebildet. Durch diese Wahl sind im Vergleich zum Stand der Technik erhebliche Vereinfachungen der Bauweise des Linearverdichters möglich. Darüberhinaus kann damit der Betrieb des Linearverdichters vereinfacht werden und energiesparsamer gestaltet werden. Weiterhin kann der Linearverdichter kompakter und leichter konstruiert werden, welches insbesondere weitere Einsatzmöglichkeiten des Linearverdichters, insbesondere für mobile Anwendungen, bietet.

[0016] Ein Verbundwerkstoff ist ein Konstruktionswerkstoff, der aus 2 oder mehreren unterschiedlichen Materialien besteht, z. B. Fasern, Kunststoff, Metall, Keramik. In die Grundstruktur, eine sogenannte Matrix, wird mindestens eine Komponente, beispielsweise Fasern eingelagert. Dabei wird versucht, die unterschiedlichen Vorteile der einzelnen Werkstoffe im Endwerkstoff zu kombinieren und deren Nachteile auszuschließen. Als Verbundwerkstoff können kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK), glasfaserverstärkter Kunststoff (GfK), TiGr-Composit, d. h. eine Verbindung aus Titan, Graphit und Epoxidharz, und andere zum Einsatz kommen.

[0017] Mit Hilfe des Verbundwerkstoffs kann eine Federkonstante des elastischen Elements präzise vorgegeben werden. Allein aufgrund der Möglichkeit, die Eigenschaften des Verbundwerkstoffs maßschneidern zu können, können die Federeigenschaften positiv, insbesondere richtungsabhängig, beeinflusst werden.

[0018] Insbesondere kann auch das Verhältnis der Axial- zur Quersteifigkeit vorgegeben und maßgeschneidert werden. Hierbei werden möglichst große Quersteifigkeiten angestrebt, um eine möglichst auslegungsarme Bewegung der beweglichen Teile, insbesondere des Verdichterkolbens in einer Richtung quer zur Achse zu bewirken. Die Axialsteifigkeit des elastischen Elements entlang der Achse ist so zu bemessen, dass die Bewegungsenergie der beweglichen Teile vollständig aufgenommen werden kann. Das Verhältnis der Axialzur Quersteifigkeit liegt insbesondere in einem Bereich von 1:20 bis 1:200, insbesondere in einem Bereich von 1:40 bis 1:100.

[0019] Durch die Verwendung von Verbundwerkstoff ist es möglich, ein Federelement herzustellen, das die Eigenschaften aller verschiedenen Federelemente eines Linearverdichters in sich vereinigt. Das Federelement kann sowohl die Funktion einer seitlichen Führung der beweglichen Teile im Linearverdichter als auch die Funktion der Zwischenspeicherung der Bewegungsenergie während einer Bewegungsrichtungsumkehr besitzen. Hierdurch wird der Aufbau des Linearverdichters deutlich vereinfacht und es werden die Anzahl der Teile, die Kosten und der Montageaufwand erheblich reduziert. Neben den geringen Gesamtkosten des Linearkompressors verringern sich so auch die Außenmaße so wie das Gewicht erheblich.

[0020] Das elastische Element ist vorteilhafterweise faserverstärkt, wobei insbesondere Carbonfasern, Glasfasern und/oder Aramidfasern zum Einsatz kommen können. Aramidfasern, die unter dem Markennamen Kevlar vertrieben werden, sind Fasern aus aromatischen Polyamiden, wobei zwischen Meta-Aramiden sowie Para-Aramiden unterschieden wird. Als Aramide oder aromatische Polyamide (Poly-Aramide) werden nicht Polyamide mit aromatischen Gruppen in der Hauptkette per se bezeichnet, sondern, nach einer Definition der US Federal Trade Commission nur solche langkettigen synthetischen Polyamide, bei denen mindestens 85 % der Amidgruppen direkt an 2 aromatische Ringe gebunden sind. Beispielsweise können Polyphenylenterephthalamide verwendet werden.

[0021] Das elastische Element kann weiterhin einen Kunststoff, insbesondere ein Polymer, wie z. B. ein Kunstharz oder Expoxidharz, enthalten.

[0022] Das elastische Element ist vorteilhafterweise dazu geeignet, die kinetische Energie des hin und her beweglichen Verdichterkolbens zu speichern und wieder abzugeben. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn das elastische Element die kinetische Energie der hin und her beweglichen Teile im Wesentlichen vollständig aufnehmen kann, jedoch ist es auch möglich, das Aufnahmevermögen der Feder kleiner auszugestalten und einen Teil der kinetischen Energie mit Hilfe eines dem Verdichterkolben zugeordneten mit Hilfe eines weiteren elastischen Elements oder mit Hilfe eines Antriebs aufzufangen. Im letzteren Fall kann ein Teil der Bewegungsenergie des Verdichterkolbens elektrisch, z.B. mit Hilfe eines Kondensators und/oder einer Spule zwischengespeichert werden.

[0023] Das elastische Element gibt einen Großteil der von ihm gespeicherten Energie, insbesondere mindestens 80 %, insbesondere mindestens 90 %, vorzugsweise mindestens 98 %, wieder ab. Durch eine möglichst geringe innere Dämpfung des elastischen Elements wird ein verbesserter Wirkungsgrad des Linearverdichters erreicht.

[0024] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Verdichterkolben durch das elastische Element, insbesondere durch die Feder, in einer Richtung quer zur Achse führbar.

[0025] Hierdurch wird bewirkt, dass das elastische Element zwei Funktionen erfüllt, nämlich zum einen eine Führung in einer radialen Richtung bewirkt, zum anderen einen Energiespeicher bildet. Das Mittel zur Führung des Verdichterkolbens in einer Richtung quer zur Achse und das Mittel zur Zwischenspeicherung der kinetischen Energie des hin und her beweglichen Verdichterkolbens werden somit mit demselben Bauteil realisiert. Hierdurch wird die Konstruktion des Linearverdichters erheblich vereinfacht.

[0026] Die Masse des hin und her beweglichen Verdichterkolbens kann zwischen 20 und 200 g, insbesondere zwischen 40 und 60 g, liegen. Der Verdichterkolben wird in dem Kolbengehäuse mit einer Frequenz in dem Bereich von 20 Hz bis 200 Hz, insbesondere zwischen 40 Hz und 60 Hz, betrieben. Hierbei wird die Frequenz der Hin- und Herbewegung entsprechend des im Betrieb des Linearverdichters auftretenden Resonanzmaximums gewählt. Dabei bilden die beweglichen Teile und die Mittel zur Zwischenspeicherung ein Schwingungssystem, welches an das Fluid gekoppelt ist und welches Eigenfrequenzen mit entsprechenden Resonanzkurven aufweist. Die Arbeitsfrequenz des Linearverdichters liegt vorteilhafterweise in der Nähe einer Resonanzfrequenz. In einer derartigen Resonanz ist der Wirkungsgrad des Linearverdichters besonders hoch. Der Verdichterkolben kann in dem Kolbengehäuse mit Hilfe einer mindestens eine Öffnung aufweisenden Gehäusewand und eines durch die Öffnung strömenden Fluids, insbesondere eines Kühlmittels, geführt werden. Durch das strömende gasförmige Fluid wird ein Gaspolster zwischen dem Kolbengehäuse und der Gehäusewand geschaffen, welches eine berührungslose Führung des Verdichterkolbens im Kolbengehäuse ermöglicht. Grundsätzlich kann das Prinzip der Gasdrucklagerung auch auf flüssige Fluide angewendet werden.

[0027] In einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung weist das elastische Element eine Federkonstante im Bereich von 2000 kg/s² bis 20000 kg/s², insbesondere im Bereich von 3000 kg/s² bis 6000 kg/s² auf. Derartige Federkonstanten sind vorteilhaft für Linearverdichter, die in Kühl- und/oder Gefrierschränken oder in einer Klimaanlage, insbesondere in einer Klimaanlage für Kraftfahrzeuge, eingesetzt werden sollen.

[0028] Das Verhältnis der Axial- zur Quersteifigkeit des elastischen Elements beträgt mindestens 1:20, insbesondere mindestens 1:50, vorzugsweise mindestens 1:100. Das elastische Element ist in einer Richtung parallel zur Achse sehr weich, so dass der Verdichterkolben einen Hub über eine Strecke im Bereich von 5 mm bis 50 mm, insbesondere im Bereich von 10 mm bis 30 mm, ausführen kann. Durch die hohe Quersteifigkeit des Elements ist die seitliche Bewegung des Verdichterkolbens in einer Richtung quer zur Achse stark eingeschränkt und beträgt insbesondere weniger als 0,2 mm, insbesondere weniger als 0,1 mm, vorzugsweise weniger als 0,05 mm. Hierdurch wird eine präzise seitliche Führung des Verdichterkolbens realisiert, durch welche die Reibung zwischen dem Verdichterkolben und dem Kolbengehäuse hinreichend begrenzt, so dass ein übermäßiger Verschleiß des Linearverdichters vermieden wird.

[0029] Vorteilhafterweise bildet das elastische Element sowohl das Mittel zur Führung als auch das Mittel zur Zwischenspeicherung. Das elastische Element weist somit eine Doppelfunktion auf, welches vorteilhaft vor dem Hintergrund einer möglichst einfachen Bauweise des Linearverdichters ist.

[0030] Das erfindungsgemäße Kältegerät, insbesondere ein Kühl- und/oder Gefrierschrank oder eine Klimaanlage, insbesondere eine Klimaanlage für Kraftfahrzeuge, umfasst den erfindungsgemäßen Linearverdichter. Aufgrund der einfachen Bauweise des erfindungsgemäßen Linearverdichters kann das Kältegerät einfacher und preiswerter hergestellt werden. Durch die Verwendung eines Verbundwerkstoffs kann die Struktur des Linearverdichters und damit auch des Kältegeräts einfach strukturiert werden und das Kältegerät kann zuverlässig, energiesparend und effizient betrieben werden.

[0031] Das erfindungsgemäße Verfahren zum Kühlen von Waren verwendet das erfindungsgemäße Kältegerät und/oder den erfindungsgemäßen Linearverdichter und das erfindungsgemäße Verfahren zum Verdichten eines Fluids verwendet den erfindungsgemäßen Linearverdichter. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Kältegeräts und/oder des erfindungsgemäßen Linearverdichters wird ein besonders zuverlässiges, energiesparendes und schnelles Kühlen von Waren bzw. Verdichten von Fluiden ermöglicht.

[0032] Weitere Vorteile und besondere Weiterbildungen der Erfindung werden anhand der folgenden Zeichnung, welche die Erfindung nicht einschränken sondern lediglich exemplarisch illustrieren soll, näher erläutert. Es zeigen schematisch:

Fig. 1

einen bekannten Linearverdichter in perspektivischer Ansicht,

Fig. 2

einen erfindungsgemäßen Linearverdichter in perspektivischer Ansicht;

Fig. 3

ein erfindungsgemäßes Kältegerät, und

Fig. 4

einen Ausschnitt eines weiteren erfindungsgemäßen Linearverdichter in einer Schnittansicht.

[0033] Fig. 1 zeigt einen bekannten Linearverdichter 1 in perspektivischer Ansicht mit einem Antrieb 13, der über eine Koppelstange 14 mit einem Kolbengehäuse 2 des Linearverdichters 1 verbunden ist. In dem Kolbengehäuse 2 bewegt sich ein Verdichterkolben (nicht dargestellt) hin und her. Bei der Umkehr der Bewegungsrichtung wird die kinetische Energie des Verdichterkolbens bzw. der bei der Hin- und Herbewegung beweglichen Teile mit Hilfe von Zylinderfedern 16 und Membranfedern 15 aufgenommen. Der Verdichterkolben bewegt sich entlang einer Achse 3 hin und her.

[0034] Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Linearverdichter 1 in perspektivischer Ansicht mit einem Antrieb 13, der über eine Koppestange 14 mit einem Verdichterkolben 4 (siehe Fig. 4) verbunden ist. Kolben 4 wird mit Hilfe eines elastischen Elements 7, welches als eine mit Karbonfaser verstärkte Federn 8 ausgebildet ist, sowohl ein einer Richtung quer zu einer Achse 3 geführt als auch in einer Richtung entlang der Achse 3 abgebremst bzw. beschleunigt. Die Feder 8 nimmt die Bewegungsenergie des Verdichterkolbens 4 zwischenzeitlich auf und gibt sie nach der Umkehr der Bewegungsrichtung wieder an diesen ab.

[0035] Fig. 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Kühlgerät 17, welches als Kühlschrank ausgebildet ist und den erfindungsgemäßen Linearverdichter 1 aufweist, um Waren 18 möglichst schnell, energiesparend und zuverlässig abzukühlen bzw. kühl zu halten.

[0036] Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Linearversdichters 1, bei dem ein Verdichterkolben 4 entlang einer Achse 3 mit Hilfe eines Antriebs 13 hin und her bewegt wird. Der Verdichterkolben 4 wird mit Hilfe einer Öffnungen 10 aufweisenden Gehäusewand 11 in dem Kolbengehäuse 2 gelagert wird, wobei ein gasförmiges Fluid 21 aus einer Versorgungsleitung 20 durch die Öffnungen 10 zum Verdichterkolben 4 gedrückt wird, so dass der Verdichterkolben 4 durch das hierbei erzeugte Gaspolster 19 vor der Gehäusewand 11 berührungslos gelagert wird. Der Verdichterkolben 4 wird darüber hinaus durch eine hohe Quersteifigkeit des elastischen Elements 7 in einer Richtung 22 quer zur Achse 3. geführt. Das elastische Element 7 ist eine Feder, die mit Karbonfasern verstärkt ist. Die Feder 8, weiche mit ihren Enden einerseits an dem Kolbengehäuse 2 andererseits an einer den Antrieb 13 mit dem Verdichterkolben 4 verbindenden Kuppelstange 14 befestigt ist, nimmt die Bewegungsenergie des Verdichterkolbens 4 im Wesentlichen vollständig auf, damit der Verdichterkolben 4 seine Bewegungsrichtung entlang der Achse 3 ändert. Die Feder 8 wird darüber hinaus auch dazu verwendet, den Verdichterkolben 4 in einer Richtung quer zur Achse 3 zu lagern. Damit weist die Feder 8 eine Doppelfunktion auf und bewirkt einerseits eine seitliche Lagerung des Verdichterkolbens 4, anderseits eine Zwischenspeicherung der Bewegungsenergie des Verdichterkolbens 4 in Form potentieller Energie, um eine Bewegungsrichtungsumkehr zu erleichtern. Durch diese Doppelfunktion entfallen weitere Führungselemente, wie z. B. eine zweite Membranfeder, die Zylinderfedern oder weitere Kupplungen.

[0037] Die Erfindung betrifft einen Linearverdichter 1 umfassend ein Kolbengehäuse 2 und einen darin entlang einer Achse 3 hin und her beweglichen Verdichterkolben 4 umfassend ein Mittel 5 zur Führung des Verdichterkolbens 4 in einer Richtung quer zur Achse 3 und ein Mittel 6 zur Zwischenspeicherung der kinetischen Energie des hin und her beweglichen Verdichterkolbens 4 für eine Bewegungsrichtungsumkehr des Verdichterkolbens 4, wobei das Mittel 5 zur Führung und/oder das Mittel 6 zur Zwischenspeicherung ein elastisches Element 7 aus Verbundwerkstoff aufweist, welches insbesondere durch eine Karbonfaser verstärkte Feder 8 gebildet ist; ein Kältegerät 17 wie z. B. ein Kühlschrank umfassend den erfindungsgemäßen Linearverdichter 1; sowie ein Verfahren zum Verdichten eines Fluids und ein Verfahren zum Kühlen von Waren 18. Die Erfindung ermöglicht den Bau eines einfach strukturierten Linearverdichters 1 bzw. Kältegeräts 17 und stellt energiesparende, effiziente und zuverlässig arbeitende Verfahren zur Kühlung von Waren 18 bzw. zum Verdichten eines Fluids bereit.

Bezugszeichenliste

[0038] 

1

Linearverdichter

2

Kolbengehäuse

3

Achse

4

Verdichterkolben

5

Mittel zur Führung des Verdichterkolbens 4

6

Mittel zur Zwischenspeicherung der kinetischen Energie des hin und her beweglichen Verdichterkolbens 4

7

elastisches Element

8

Feder

9

Richtung quer zur Achse 3

10

Öffnungen

11

Gehäusewand

12

Kühlmittel

13

Antrieb

14

Kuppelstange

15

Membranfeder

16

Zylinderfeder

17

Kältegerät

18

Waren

19

Gaspolster

20

Versorgungsleitung

21

Fluid

22

Richtung quer zur Achse 3

Ansprüche

1. Linearverdichter (1) umfassend ein Kolbengehäuse (2) und einen darin entlang einer Achse (3) hin und her beweglichen Verdichterkolben (4) umfassend ein Mittel (5) zur Führung des Verdichterkolbens (4) in einer Richtung quer zur Achse (3) und ein Mittel (6) zur Zwischenspeicherung der kinetischen Energie des hin und her beweglichen Verdichterkolbens (4), dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (5) zur Führung und/oder das Mittel (6) zur Zwischenspeicherung ein elastisches Element (7) aus Verbundwerkstoff aufweist.

2. Linearverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (7) eine Feder (8), insbesondere eine Membranfeder, ist.

3. Linearverdichter (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (7) faserverstärkt ist.

4. Linearverdichter (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (7) Carbonfasern aufweist.

5. Linearverdichter (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (7) Glasfasern aufweist.

6. Linearverdichter (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (7) Aramidfasern aufweist.

7. Linearverdichter (1) nach einem der vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (7) einen Kunststoff, insbesondere ein Polymer, enthält.

8. Linearverdichter (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (7) die kinetische Energie des hin und her beweglichen Verdichterkolbens (4) speichern und wieder abgeben kann.

9. Linearverdichter (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichterkolben (4) durch das elastische Element (7), insbesondere die Feder (8), in einer Richtung (9) quer zur Achse (3) führbar ist.

10. Linearverdichter (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichterkolben (4) in dem Kolbengehäuse (2) mit Hilfe einer Öffnungen (10) aufweisenden Gehäusewand (11) und eines durch die Öffnungen (10) strömenden gasförmigen Fluids (12), insbesondere ein Kühlmittel, geführt wird.

11. Linearverdichter (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das elastische Element (7) eine Federkonstante im Bereich von 2000 kg/s² bis 20000 kg/s², insbesondere im Bereich von 3000 kg/s² bis 6000 kg/s², aufweist.

12. Linearverdichter (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Quer- zur Axialsteifigkeit des elastischen Elements (7) mindestens 1:20, insbesondere mindestens 1:50, vorzugsweise mindestens 1:100, beträgt.

13. Linearverdichter (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (5) zur Führung und das Mittel (6) zur Zwischenspeicherung durch das elastische Element (7) gebildet sind.

14. Kältegerät (17), insbesondere ein Kühl- und/oder Gefrierschrank oder eine Klimaanlage, umfassend einen Linearverdichter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.

15. Verfahren zum Kühlen von Waren (18) mit Hilfe eines Kältegeräts (20) nach Anspruch 14 und/oder zum Verdichten eines Fluids (21) mit Hilfe eines Linearverdichters (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.

Claims

1. Linear compressor (1) comprising a piston housing (2) and a compressor piston (4), which is reciprocatingly movable therein along an axis (3), comprising a means (5) for guidance of the compressor piston (4) in a direction transverse to the axis (3) and a means (6) for intermediate storage of the kinetic energy of the reciprocatingly movable compressor piston (4), characterised in that the means (5) for guidance and/or the means (6) for intermediate storage comprises or comprise a resilient element (7) of compound material.

2. Linear compressor according to claim 1, characterised in that the resilient element (7) is a spring (8), particularly a diaphragm spring.

3. Linear compressor (1) according to claim 1 or 2, characterised in that the resilient element (7) is fibre-reinforced.

4. Linear compressor (1) according to any one of the preceding claims, characterised in that the resilient element (7) comprises carbon fibres.

5. Linear compressor (1) according to any one of the preceding claims, characterised in that the resilient element (7) comprises glass fibres.

6. Linear compressor (1) according to any one of the preceding claims, characterised in that the resilient element (7) comprises aramide fibres.

7. Linear compressor (1) according to any one of the preceding claims, characterised in that the resilient element (7) contains a synthetic material, particularly a polymer.

8. Linear compressor (1) according to any one of the preceding claims, characterised in that the resilient element (7) can store and again deliver the kinetic energy of the reciprocatingly movable compressor piston (4).

9. Linear compressor (1) according to any one of the preceding claims, characterised in that the compressor piston (4) is guidable in a direction (9) transverse to the axis (3) by the resilient element (7), particularly the spring (8).

10. Linear compressor (1) according to any one of the preceding claims, characterised in that the compressor piston (4) is guided in the piston housing (2) with the help of a housing wall (11) having openings (10) and a gaseous fluid (12), particularly a coolant, flowing through the openings (10).

11. Linear compressor (1) according to any one of the preceding claims, characterised in that the resilient element (7) has a spring constant in the range of 2,000 kg/s² to 20,000 kg/s², particularly in the range of 3,000 kg/s² to 6,000 kg/s².

12. Linear compressor (1) according to any one of the preceding claims, characterised in that the ratio of the transverse to axial stiffness of the resilient element (7) is at least 1:20, particularly at least 1:50, preferably at least 1:100.

13. Linear compressor (1) according to any one of the preceding claims, characterised in that the means (5) for guidance and the means (6) for intermediate storage are formed by the resilient element (7).

14. Refrigerating appliance (17), particularly a refrigerator and/or freezer or an air-conditioning installation, comprising a linear compressor (1) according to any one of claims 1 to 13.

15. Method of cooling articles (18) with the help of a refrigerating appliance (20) according to claim 14 and/or for compressing a fluid (21) with the help of a linear compressor (1) according to any one of claims 1 to 13.

Revendications

1. Compresseur linéaire (1) comprenant un carter de piston (2) et un piston compresseur (4) pouvant effectuer un mouvement de va-et-vient dans le carter le long d'un axe (3), comprenant un moyen (5) de guidage du piston compresseur (4) dans une direction perpendiculaire à l'axe (3) et un moyen (6) d'accumulation intermédiaire de l'énergie cinétique du piston compresseur (4) pouvant effectuer un mouvement de va-et-vient, caractérisé en ce que le moyen (5) de guidage et/ou le moyen (6) d'accumulation intermédiaire est un élément élastique (7) en matériau composite.

2. Compresseur linéaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément élastique (7) est un ressort (8), en particulier un ressort à diaphragme.

3. Compresseur linéaire (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément élastique (7) est renforcé par des fibres.

4. Compresseur linéaire (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément élastique (7) comporte des fibres de carbone.

5. Compresseur linéaire (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément élastique (7) comporte des fibres de verre.

6. Compresseur linéaire (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément élastique (7) comporte des fibres aramides.

7. Compresseur linéaire (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément élastique (7) contient une matière plastique, en particulier un polymère.

8. Compresseur linéaire (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément élastique (7) est apte à accumuler et à restituer l'énergie cinétique du piston compresseur (4) pouvant effectuer un mouvement de va-et-vient.

9. Compresseur linéaire (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le piston compresseur (4) peut être guidé par l'élément élastique (7), en particulier le ressort (8), dans une direction (9) perpendiculaire à l'axe (3).

10. Compresseur linéaire (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le piston compresseur (4) est guidé dans le carter de piston (2) à l'aide d'une paroi de carter (11) comportant des ouvertures (10) et d'un fluide gazeux (12) traversant les ouvertures (10), en particulier un réfrigérant.

11. Compresseur linéaire (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément élastique (7) a une constante d'élasticité comprise entre 2000 kg/s² et 20000 kg/s², en particulier comprise entre 3000 kg/s² et 6000 kg/s².

12. Compresseur linéaire (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport entre la rigidité transversale et la rigidité axiale de l'élément élastique (7) est au moins de 1:20, en particulier au moins de 1:50, de préférence au moins de 1:100.

13. Compresseur linéaire (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen (5) de guidage et le moyen (6) d'accumulation intermédiaire sont formés par l'élément élastique (7).

14. Appareil de réfrigération (17), en particulier un réfrigérateur et/ou congélateur ou un système de climatisation, comprenant un compresseur linéaire (1) selon l'une des revendications 1 à 13.

15. Procédé de réfrigération de produits (18) à l'aide d'un appareil de réfrigération (20) selon la revendication 14 et/ou de compression d'un fluide (21) à l'aide d'un compresseur linaire (1) selon l'une des revendications 1 à 13.

Zeichnung