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Elektromagnetisdier Schwingkompressor mit NUtteln zur Begrenzung des
Hubes Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Schwingkompressor, wie er
insbesondere für Kälteanlagen benutzt wird, mit Mitteln zur Begrenzung des Hubes,
vorzugsweise in der Kompressionsendlage.
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Bei elektromagnetischen Kompressoren wird der Kompressorkolben durch
dieBewegung eines Schwingankers in einem wechselnden Magnetfeld hin und her bewegt,
wobei entweder beide Bewegungen durch die elektromaanetischen Kräfte erzeugt werden
oder auch "J el nur eine, während die andere Bewegung durch eine Federkraft bewirkt
wird. Da der Hub bei allen diesen Systemen in der Regel stark belastungsabhängig
ist, ist seine Begrenzung und damit auch die Erzielung eines möglichst kleinen schädlichen
Rai.iiiies mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden.
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Zur Behebung dieser Schwierigkeiten sind bereits verschiedene Anordnungen
bekanntgeworden, die eine mechanische Hubbegrenzung vorsehen. Der Einbau von den
Hub begrenzenden Anschlägen ist fertigungsgemäß nur schwer durchführbar und in Kälteanlagen
geräuscbmäßig meist nicht tragbar. Es wurden besondere kraftübertragende Teile zwischen
dein Anker und den zu bewegenden Teilen eines Kompressors vorgeschlagen, wie Gelenkwellen,
die den Hub des Kompressorkolbens begrenzen. Auch eine Hubbegrenzung durch Verbindung
des Ankers mit dem feststellenden Teil des Antriebes über ein nicht der Kraftübertragung
dienendes Gelenk ist bereits bekannt. Solche Anordnungen sind meist recht kompliziert,
sie stellen eine unerwünschte Vermehrung der beweglichen Teile dar und bewirken
schlag- und ruckartige Beaiispruchungen der kraftübertragenden Teile, die sich ungünstig
auf die Festigkeit der Anlage auswirken und lästige Geräusche erzeugen.
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Es ist auch bereits bekannt, die Amplitude des Schwingankers bei geringem
Gegendruck durch Schwächung des elektromagnetischen Antriebssysteins zu verkleinern,
um so ein Anschlagen des Schwingkolbens gegen die Ventile bzw. den Zylinderdeckel
zu vermeiden. Dies wird durch eine zusätzliche Kammer erreicht, welche mit der Druckleitung
verbunden und durch eine Membran verschlossen ist. Diese Membran trägt einen 1,Z-ontalithebel,
welcher als Gleitkontakt je
nach dem Druck in der Druckleitting eine größere
oder kleinere Anzahl von Windungen eines Widerstandes dem Antriebssystem vorschaltet.
Die Funktion dieser Membran kann auch von einem in der Druckkammer geführten Kolben
übernommen werden.
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Diese Mittel zur Verkleinerung der Schwingungsamplitude bestehen aus
mehreren beweglichen, aufeinander abgestimmten Einzelteilen. Diese stellen eine
zusätzliche Störungsquelle dar und beeinträchtigen die Betriebssicherheit eines
solchen Verdichters. Die Verkleinerung der Schwingamplitude verhindert zwar das
Anschlagen des Schwingkolbens an die Ventile bzw. den Zylinderdeckel, vermindert
jedoch gleichzeitig die Ansaugleistung des Verdichters.
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Die Erfindung stellt sich zur Aufgabe, die bei diesen bekannten Mitteln
zur Hubbegrenzung oder Verkleinerung auftretenden Schwierigkeiten zu beheben und
eineHubbegrenzung zu schaffen, welche stoß- und geräuschfrei arbeitet und eine hohe
Betriebssicherheit gewährleistet.
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Uni dies zu erreichen, wird erfin-dungsgemäß außerhalb des elektrischen
Antriebssystems ein zusätzliches magnetisches Bremssystem derart angeordnet, daß
ein mit dem Schwinganker starr verbundenes Element aus magnetischem Werkstoff gerade
dann aus dem Feld eines Permanentmagneten des Bremssystems heraustritt, wenn der
Kompressorkolben die gewünschte Totpunktlage erreicht.
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Ein elektromagnetisches Antriebssystem beliebiger bekannter Art bewegt
einen Schwinganker und einen mit ihm gekoppelten Kompressorkolben. Das Antriebssystem
ist so ausgebildet, daß die Antriebskraft kurz vor Erreichen des Hubmaximums des
Kompressorkolbens stark abnimmt. Die Schwingankerachse ist nach unten verlängert
und mit einem Element von elektromagnetischem Weichmaterial, wie einer Weicheisennianschette
versehen, die in einem vorzugsweise ringförinigen Permanentmagneten schwingt. Solange
sich dieses Element längs der Achse im permanenten Magnetfeld bewegt, sind die auf
sie wirkenden Bremskräfte klein und beinahe unabhängig von der Stellung der Auflage
im Magnetfeld, also praktisch konstant und stellen nur eine kleine Dämpfung des
Antriebssystems dar. Das Element und der Permanentmagnet sind so bemessen und angeordnet,
daß das Element sich längs der Achse im permanenten Magnetfeld bewegt und gerade
dann aus dem Magnetfeld nach oben austritt, wenn der mit dem Schwinganker gekoppelte
Kompressorkolben
seine öbere Totpunktlage kurz unterhalb des Zylinderdeckels erreicht u nd die den
Kompressorkolben bewegende Antriebskraft.stark abgenommen hat. Solange das Element
sich im Magnetfeld be-,vegt, sind die auf das Element wirkenden Bremskräfte nur
klein und gegenüber der Antriebskraft zu vernachlässigen. Kommt das Element jedoch
in den Bereich der Polkanten, so steigt die auf das Element wirkende Anzugskraft,
bedingt durch die Tendenz, die Feldenergie möglichst klein zu halten, stark an und
versucht, das Element in den Permanentmagneten zurückzuziehen.
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Die Brernskraft des Elementes auf der Schwingankerachse kann also
so eingestellt sein, daß sie den Kompressorkolben kurz vor dem Anschlagen an die
Ventilplatte bzw. an den Zylinderdeckel, in der oberen Totpunktlage, bei konstantem,
möglichst kleinem schädlichen Raum abbremst.
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Um den beim Austreten des Elementes aus dern Magnetfeld auftretenden
Anstieg der Bremskraft noch steiler zu gestalten, kann der Permanentmagnet oder
das Element bzw. können beide so ausgebildet sein, daß der magnetische Leitwert
sich beim Austritt des Elementes aus dem Permanentmagneten sehr rasch ändert. Zu
diesem Zweck kann das Element vorteilhaft an seinem unteren Ende eine sich zu einer
Spitze verjüngende Querschnittsvergrößerung erhalten, und ebenso kann auch die Bodenfläche
des Elementes mit einer vorzugsweise schalenförmigen Vertiefung versehen sein. Durch
die so gebildete scharfe Kante des Elementes wird eine starke Änderung des magnetischen
Leitwertes beim Austritt des Elementes aus dein Permanentmagneten erreicht.
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Bei einem Doppelkolbenkompressor, dessen Kompressorkolben beiderseits
des Schwingankers und gleichachsig mit diesem angeordnet sind, wird das rnagnetischeBremssystem
dann vorteilhaft so ausgebildet, daß sowohl beim Austritt des Elementes aus dem
Magnetfeld nach oben als auch nach unten eine starke Änderung des magnetischen Leitwertes
eintritt und damit auf beide Kompressorkolben in deren oberer Totpunktlage eine
Gegenkraft einwirkt. So kann das Element mit einer spitzwinkligen Auflage senkrecht
zur Bewegungsrichtung des Schwingankers versehen sein, deren scharfe Kante eine
große magnetischeLeitwertänderung beim Austritt aus dem Magnetfeld nach oben und
nach unten bewirkt.
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Die Anordnung nach der Erfindung erübrigt die Verwendung von den Hub
begrenzenden mechanischen Teilen, zeigt einen sehr einfachen Aufbau und sichert
einen praktisch störungsfreien Betrieb. Sie arbeitet ohne Materialverschleiß, geräuschlos
und bedingt keinerlei ruck- oder stoßartige Belastungen, da die Bremskraft zwar
mit steilem Anstieg, jedoch nicht ruckartig angreift.
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Fig. 1 zeigt einen Schwinganker 1 und Schwingankerachse
la mit einem elektromagnetischen Antriebssystem 2 und einem Kompressor, bestehend
aus einem Kompressorkolben 3 und einem Zylinder 4 mit Ventilen
5. Am unteren Ende der Schwingankerachse la befindet sich das magnetische
Bremssystem, bestehend aus einem auf der Schwingankerachse aufgebrachten Element
6, das als Weicheisenmanschette -ausgebildet ist, die in einem Permanentmagneten
7
schwingt. Die gegenseitige Lage des Elementes 6 und des Permanentmagneten
7 ist so abgestimmt, daß die Unterkante des Elementes mit der oberen Kante
des Permanentma-gneten etwa in einer Ebene liegen, wenn der Kompressorkolben seinen
oberen Totpunkt erreicht.
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Fig. 2 a zeigt die Schwingankerachse la mit einem als Manschette ausgebildeten
Element 6 in einem ringförmigen Permanentmagneten 7 im unteren Totpunkt
gestrichelt und im oberen Totpunkt ausgezeichnet.
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Fig. 2 b zeigt die auf das Element 6 wirkende ma-Bremskraft
P in Abhängigkeit von dem Weges des Elementes im Permanentmagneten zwischen unterem
und oberem Totpunkt.
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Fig. 3a zeigt ein als Manschette mit spitzwinkliger Polkante ausgebildetes
Element 6 im Permanentmagneten 7 im unteren Totpunkt gestrichelt und
im oberen Totpunkt ausgezeichnet.
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Fig. 3b zeigt die auf das Element 6 wirkende Bremskraft
P in Abhängigkeit vom Weg s des Elementes mit spitzwinkliger Polkante im
Permanentmagneten zwischen unterem und oberem Totpunkt.