DE69413038T2

DE69413038T2 - Verdichter

Info

Publication number: DE69413038T2
Application number: DE69413038T
Authority: DE
Inventors: Michael Alan Hayling Island Hampshire Po11 0Jl Mcgrath
Original assignee: Pegasus Airwave Ltd
Current assignee: Pegasus Ltd
Priority date: 1993-06-02
Filing date: 1994-06-02
Publication date: 1999-03-04
Anticipated expiration: 2014-06-03
Also published as: DE69412869T2; EP0704023B1; EP0704023A1; WO1994028308A1; EP0770779A2; ATE157430T1; AU6803894A; DE69412869D1; ATE171515T1; AU6804094A; DK0706613T3; AU6803994A; ATE170263T1; DE69413565D1; ATE170598T1; EP0796995A2; EP0706613B1; WO1994028307A1; EP0706613A1; US5597294A

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft elektromagnetische Kolbenverdichter oder Pumpen, insbesondere Verdichter zum Pumpen von Gas, wie Luft. Derartige Vorrichtungen können auch als Vakuumpumpen fungieren, aber aus Gründen der Zweckmäßigkeit wird in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen allgemein der Begriff "Verdichter" verwendet.

STAND DER TECHNIK

Derartige Verdichter, die bei geringer Kompression relativ große Luftmengen pumpen können, weisen einen sich axial hin- und herbewegenden Kolben auf, der einen Anker trägt, der durch ein von einer oder mehreren Spulen erzeugtes Magnetfeld bewegt wird. Der Rückstellhub des Kolben wird typischerweise durch eine Druckfeder verursacht. Nach dem Stand der Technik gibt es viele Beispiele für solche Verdichter, und als Beispiele wird auf die folgenden Patentbeschreibungen verwiesen, die in bezug auf die vorliegende Erfindung von besonderem Interesse sind:
GB-A-1529597, GB-A-2041092, GB-A-2206931, US-A-4090816, US-A-4718832, US-A- 4867656 und US-A-5100304.
Solche Verdichter müssen ohne Schmierung und mit so wenig Wartung wie möglich für lange Zeiträume arbeiten. Ihre typische Betriebsrate ist die Netzfrequenz, z. B. 50 Hz oder 60 Hz. Als Folge muß der Verdichter so konstruiert sein, daß eine durch den beweglichen Kolben verursachte Abnutzung minimiert wird, um das Entstehen von undichten Strecken zu vermeiden, die zu verringertem Wirkungsgrad führen. Ein weiteres Problem sind Geräusche, insbesondere, wenn der Verdichter in einer ruhigen Umgebung wie in einem Krankenhaus zu verwenden ist. Geräusche können als Ergebnis der Abnutzung des Kolbens oder einer Oberfläche, die er berührt, entstehen, oder durch Kontakt des Kolbens mit dem Zylinderkopf.
Die einfachste und zuverlässigste Form von Rückstellfeder für den Kolben bei einem solchen elektromagnetischen linearen Kompressor ist eine Schraubenfeder, die an einem Ende am beweglichen Kolben und am anderen Ende an einem feststehenden Widerlager anliegt. Eine Schraubenfeder kann wegen ihrer radialen Ausdehnung und Kontraktion während des Zusammendrückens und Entspannens lateral nicht voll eingeschränkt werden. Aufgrund von Asymmetrie in der Feder oder ihrer Montage neigt sie dazu, aus einer wirklich axialen Position ausgelenkt zu werden, wodurch laterale Kraft auf den Kolben ausgeübt wird, was zu ungleichmäßiger Abnutzung führen kann. Das Zusammendrücken einer Schraubenfeder bewirkt auch, daß eine Torsionskraft zwischen ihren Enden angelegt wird. Es ist vorgeschlagen worden (in der japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung 55-45094, wie in der US-A-5100304 zusammengefaßt), die Schraubenfeder mit einer Federhalterung, die auf einem kugelförmigen Ball aufsitzt, drehbar an einem Ende gegen das Pumpengehäuse zu halten, so daß die Feder bewirkt, daß sich der Kolben durch Torsionskräfte, die erzeugt werden, wenn die Feder in ihren entspannten Zustand zurückkehrt, allmählich dreht. Das genannte Ziel besteht darin, ungleichmäßige Abnutzung des Kolbens zu verhindern. Die US-A-5100304 selbst schlägt eine Modifikation des gleichen Prinzips vor, bei dem die Federhalterung von einem Kugellager getragen wird, das eine Vielzahl von Kugeln aufweist, die von der Achse beabstandet sind. Das Ziel besteht erstens darin, das allmähliche Drehen des Kolbens während der Hin- und Herbewegung des Kolbens als Ergebnis der Torsionskräfte der Feder zu bewirken, und zweitens aufgrund der Montage der Federhalterung zu verhindern, daß sich die Schraubenfeder von ihrer Mittelachse weg biegt und radiale Vorspannkräfte auf den Kolben ausübt. Aus diesen Offenbarungen geht nicht klar hervor, wie der Einsatz einer reibungsarmen oder im wesentlichen reibungslosen Lagerung eines Endes der Schraubenfeder zu einem allmählichen Drehen des Kolbens auf beständige Weise in eine Richtung führen kann. Es scheint wahrscheinlicher, daß die Wirkung eine geringe hin- und hergehende Rotation des Kolbens um seine Achse ist, was das Problem der ungleichmäßigen Abnutzung nicht löst. Das wird nachstehend detaillierter erörtert.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Wirkungen der durch die von der Feder ausgeübten Torsionskräfte und die Tendenz der Feder, von ihrer Achse abzuweichen, zu verringern oder zu minimieren.
Gemäß vorliegender Erfindung wird ein elektromagnetischer linearer Verdichter bereitgestellt, wie in Anspruch 1 dargelegt. Ein erster Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß im Vergleich zur Verwendung einer einzelnen Druckfeder jede Feder kürzer ist, so daß die Tendenz zum Abweichen von der gewünschten axialen Ausrichtung geringer ist, und die Kräfte aufgrund einer solchen Tendenz zur Abweichung geringer sind. Zweitens können die äußeren Enden des Federsystems durch Bereitstellen des Rotationslagers zwischen den beiden Federn und nicht an einem Ende einer einzelnen Feder, wie nach dem oben erörterten Stand der Technik, die Außenenden des Federnsystems präziser in axialer Ausrichtung auf der Kolbenachse angeordnet werden.
Vorzugsweise sind die beiden Federn in entgegengesetzte Richtung gewunden. Auf diese Weise können die Rotationswirkungen aufgrund der Torsionskräfte, die von den Federn ausgeübt werden, zum Großteil oder vollständig ausgeschaltet werden. Es kann auch sein, daß die Tendenz des Federnsystems, axial abzuweichen, durch den Einsatz von in entgegengesetzte Richtungen gewundenen Federn verringert oder ausgeschaltet wird. Vorzugsweise weisen die beiden Federn im wesentlichen die gleiche Federnkonstante und im wesentlichen die gleiche Anzahl an Windungen auf.
Das Rotationslager zwischen den Federn kann ein Kugellager sein oder reibungsarme Lagerflächen aufweisen, z. B. aus frei drehbaren Beilagscheiben aus reibungsarmem Material bestehen.
Die Verwendung eines Federsystem mit zwei Federn und einem Rotationslager dazwischen ist besonders vorteilhaft, wenn sie mit dem als nächstes beschriebenen fakultativen Merkmal der Erfindung kombiniert wird.
Wie oben erwähnt, ist nicht klar, wie bei Vorrichtungen nach dem Stand der Technik, bei denen ein Rotationslager für ein Ende der Feder verwendet wird, die gewünschte Wirkung der allmählichen Drehung des Kolbens erreicht wird. Wenn die Feder eine Rotationskraft ausübt, wäre dies eine in zwei Richtungen wirkende Kraft. Von den Erfindern des vorliegenden Anmeldungsgegenstandes durchgeführte Versuche deuten darauf hin, daß in der Praxis bei einer solchen Konstruktion keine allmähliche Drehung des Kolbens stattfindet. Wie erwähnt, ist eine allmähliche Drehung während des Betriebs, die sehr langsam sein kann, wünschenswert, um die Wirkungen von ungleichmäßiger Abnutzung aufgrund ungleichmäßiger lateraler Kräfte auf den Kolben auszuschalten.
Vorzugsweise weist der Verdichter eine Einrichtung zum Ausüben einer in eine Richtung wirkenden Rotationskraft auf, um den Kolben bei seiner Hin- und Herbewegung während des Betriebs allmählich um die Achse zu drehen. Diese Einrichtung zum Ausüben einer in eine Richtung wirkenden Kraft umfaßt keine Schraubenfeder oder -federn. Vorzugsweise wirkt die Einrichtung zum Ausüben von in eine Richtung wirkender Rotationskraft durch einen Turbineneffekt, beispielsweise ist zumindest eine Oberfläche des Kolbens in bezug auf das Strömen von Gas angeordnet, daß vom Verdichter verdichtet wird, so daß der Gasstrom die Rotationskraft ausübt. Bei einer solchen Oberfläche kann es sich um eine Rippe oder Rippen auf dem Kolben handeln, oder um eine abgewinkelte Öffnung oder Öffnungen im Kolbenkopf. Alternativ dazu ist eine Magnetanordnung vorstellbar, um die gewünschte Rotationswirkung in eine Richtung zu erreichen.
Im allgemeinen sollte darauf geachtet werden, daß die Einrichtung, die die in eine Richtung wirkende Rotationskraft ausübt, keine laterale Kraft auf den Kolben ausübt, was die Abnutzung erhöhen könnte.
Da der Kolben durch ein Schraubenfedersystem vorgespannt ist, das zwei Federn und ein Rotationslager dazwischen aufweist, wie oben beschrieben, wird die allmähliche Drehung des Kolbens durch die in eine Richtung wirkende Rotationskraft ausübende Einrichtung vereinfacht, da jegliche Hemmung der Drehung des Kolbens aufgrund ungleichmäßiger lateraler Kräfte oder ungleichmäßiger Kraft in einem Rotationslager aufgrund der Reduktion oder Neutralisation von Rotationskräften vermieden werden, die durch das Federnsystem ausgeübt werden.
Die allmähliche Drehung des Kolbens in eine Richtung verbessert die Lebensdauer des Kolbens, indem die Kolbenstellung in bezug auf die Ablenkkräfte geändert wird, die durch die Feder oder durch den elektromagnetischen Antrieb ausgeübt werden. Das Ergebnis ist die Minimierung von ungleichmäßiger Abnutzung.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Nun wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand eines nicht-einschränkenden Beispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen:
ist Fig. 1 eine axiale Querschnittsansicht der Ausführungsform eines elektromagnetischen linearen Verdichters gemäß vorliegender Erfindung;
ist Fig. 2 ein Querschnitt entlang Linie A-A von Fig. 1;
ist Fig. 3 eine Querschnitt entlang Linie B-B von Fig. 1;
ist Fig. 4 eine teilweise aufgeschnittene Endansicht des Hauptkörpers des Verdichters von Fig. 1, wobei der Zylinderkopf, die Kopfdichtung und das Kolbenklappenventil entfernt sind;
ist Fig. 5 eine Endansicht in der gleichen Richtung wie Fig. 4, wobei die Kopfdichtung und das Kolbenklappenventil in Position angeordnet sind;
ist Fig. 6 ein Teilschnitt entlang Linie C-C von Fig. 5, wobei der Zylinderkopf in Position angeordnet ist, und
ist Fig. 7 ein Querschnitt einer modifizierten Form des in Fig. 6 gezeigten Zylinderkopfs.

BESTE ART DER DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Der in den Zeichnungen gezeigte Verdichter weist einen Körper auf, der aus einem Hauptkörper 1 mit quadratischem Außenquerschnitt quer zur Achse und einem hinteren Körper 2 besteht, die durch Bolzen 4 (Fig. 2) mit Unterlegscheiben 5 aneinander befestigt sind. Die Körper 1, 2 sind zum Kühlen und zur Verstärkung gerippt. Ein Zylinderkopf 3 ist durch Bolzen 3a (Fig. 6) in Gewindelöchern 3b am Hauptkörper 1 befestigt, wobei eine einstückige abdichtende Kopfdichtung 6 aus dünnem flexiblem Kunststoffmaterial, in diesem Fall MelanexTM, dazwischen angeordnet ist.
Der hintere Körper 2 weist eine ringförmige Ausnehmung auf, in der ein Filter 7 für durch den Verdichter strömende Luft untergebracht ist, der von einer durch Mutter und Bolzen 8a oder auf ähnliche Weise am hinteren Körper befestigten Endplatte 8 abgedeckt ist.
Axial innerhalb des Verdichters hin- und herbewegbar befindet sich ein Kolben 10 mit einem Kolbenkopf 11, der innerhalb eines Zylinders 12 im Körper 1 angeordnet ist, sowie ein hinterer Führungskolben 13, der gleitend in einer Kolbenführung 14 angeordnet ist, die im Hauptkörper 1 montiert ist, wie nachstehend beschrieben. Die äußerste Umfangsfläche des Kolbenkopfs 11 ist mit einem in situ geformten kontinuierlichen Band 15 aus Kunststoffmaterial versehen, um das Austreten von Luft am Kolben vorbei zu minimieren.
Innerhalb des Hauptkörpers 1 befinden sich elektromagnetische Antriebsspulen 22 (Fig. 2), und zwischen dem Hauptkörper 1 und dem hinteren Körper 2 befindet sich ein Stator 23 aus einem herkömmlichen Stapel magnetisch permeabler Lamellen. Der Kolben 10 trägt einen Anker 24, der auf bekannte Weise linear von den Spulen 22 und dem Stator 23 angetrieben wird, so daß der Kolben 10 vom so gebildeten Linearmotor in einer Richtung und von der Rückstellkraft einer nachstehend beschriebenen Federanordnung 20 in die andere Richtung hin- und herbewegt wird. Die Frequenz der Hin- und Herbewegung entspricht der Frequenz der angelegten Wechselspannung. Die Details dieser Antriebsanordnung müssen nicht weiter beschrieben werden, da sie wohlbekannt sind.
Fig. 1 zeigt, daß sich die Zylinderoberfläche 12a des Zylinders 12 als Innenflächen 25a zweier nach hinten ragender Arme 25 des Körpers 1 kontinuierlich nach hinten erstreckt, wobei diese Arme durch den Stator 23 hindurchragen. Die Innenflächen 25a dieser Arme 25 sind so teilzylindrische Oberflächen mit dem gleichen Durchmesser wie die Zylinderfläche 12a und werden im gleichen Bearbeitungsvorgang gebildet wie die Zylinderfläche 12a, so daß sie einen sehr hohen Grad an Konzentrizität und Koaxialität mit der Zylinderfläche 12a aufweisen. Ein typisches Formungsverfahren für diese zylindrischen Oberflächen 12a, 25a ist ein erster Bohrvorgang des Körperteils 1, gefolgt vom Eloxieren der Oberflächen 12a, 25a, und dann ein hochpräzises Feinschleifen der Oberflächen 12a, 25a in einem einzigen Schleifvorgang unter Bezug auf eine gemeinsame Achse.
Die hinteren Enden der Oberflächen 25a bilden Paßflächen für die äußere zylindrische Umfangsfläche 14a der Kolbenführung 14. Diese äußere zylindrische Oberfläche 14a der Führung 14 ist ebenfalls hochpräzise bearbeitet, um einen präzisen Sitz innerhalb der Oberflächen 25a zu bilden, wodurch die Kolbenführung 14 mit einem hohen Grad an Konzentrizität mit der Zylinderfläche 12a angeordnet ist. Dadurch wird präzise radiale Anordnung der Kolbenführung 14 erreicht. Die axiale Anordnung der Kolbenführung 14 anliegend an den Stator 23 wird bei dieser Ausführungsform durch einen elastischen Gummianpreßkörper 27 und eine Federhalterung 19 bewirkt, die nachstehend beschrieben werden und sich zwischen der Kolbenführung 14 und einer gegenüberliegenden Endwand 27a des hinteren Körpers 2 befinden. Elektrische Isolierung der Kolbenführung 14 gegenüber dem Hauptkörper 1 wird durch das Eloxieren der einander berührenden Oberflächen 14a, 25a dieser Teile erreicht.
Die endseitige Lamelle 23a des Stators 23, an der die Kolbenführung 14 anliegt, ist keine Metall-Lamelle, sondern eine dünne Platte aus einem elektrisch isolierenden Material, wie einem Kunststoffmaterial, um die Kolbenführung 14 elektrisch vom Stator 23 zu isolieren. Durch das Anliegen der Kolbenführung 14 an dieser letzten Lamelle des Stators ist die Kolbenführung 14 axial positioniert. Die Kolbenführung 14 ist so von der Endwand 27a durch den elastischen Körper 27 elastisch gegen den starren Stator 23 eingespannt.
Wie oben erwähnt, weist der Kolbenkopf 11 ein in situ geformtes kontinuierliches Band 15 aus reibungsarmem Kunststoffmaterial auf, das als Kolbenring fungiert. Der Führungskolben 13 weist ebenfalls um seinen Umfang ein in situ geformtes kontinuierliches Band 13a aus Kunststoffmaterial auf, das als Gleitfläche für den Führungskolben 13 auf der Kolbenführung 14 fungiert. Es können Ausnehmungen in Form kurzer Schraubengewinde auf dem Führungskopf 13 bzw. dem Kolbenkopf 11 vorhanden sein, in der diese Bänder 13a, 15 eingeformt sind, da solche Schraubengewinde für gute Verkeilung für das Kunststoffmaterial sorgen und leicht zu bilden sind. Das bei dieser Ausführungsform der Erfindung für die Bänder 13a, 15 verwendete reibungsarme Kunststoffmaterial wird im Spritzguß bis zu einer Dicke von etwa 1 mm geformt. Das verwendete Material ist PPS (Polyphenylensulphid), das mit einem Prozentsatz an Schmiermedium und einem Prozentsatz Verstärkungsfaser vermischt ist. Dieses Material wird nach dem Formen bearbeitet, um hochpräzise Konzentrizität mit dem Kolbenkopf oder Führungskolben zu erreichen. Ein besonderer Vorteil dieses Materials besteht darin, daß es beinahe den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie Aluminium aufweist, aus dem der Kolbenkopf 11 und der Führungskolben 13 zweckmäßig hergestellt sind. Der Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Kolbenkopf oder Führungskolben und dem Material der Kolbenringbänder 13a, 15 beträgt vorzugsweise weniger als 2 · 10&supmin;&sup6;/K.
In Fig. 1 und 2 ist zu sehen, daß die Abschnitte der Kolbenführung 14, die die Oberflächen 25a der Körpervorsprünge 25 nicht berühren, dünnwandiger sind, um den Spulen 22 auszuweichen.
Der Kolben 10 hat mehrere Teile, die durch einen Bolzen 16 aneinander befestigt sind. Der Bolzen 16 geht durch den Führungskolben 13 und den Anker 24 und befindet sich im Gewindeschraubeingriff in einem Abstandshalterteil 17. Nachdem der Teil 17 fest auf den Bolzen 16 geschraubt worden ist, wird auch der Kolbenkopf 11 am Bolzen 16 festgeschraubt. Schließlich wird nach dem Anordnen eines Klappenventils 31 auf der Kolbenfläche eine Mutter 70 am Bolzen 16 befestigt, um die Klappe 31 in Position zu halten.
Fig. 3 zeigt einen Lufteinlaßdurchgang 50 im hinteren Körperteil 2, in dem sich ein Strömungsregelventilkörper 51 befindet, der sich mit einem Schraubengewinde 52 in der Wand des Durchgangs 50 in Gewindeeingriff befindet und so entlang dieses Schraubengewindes 52 in Position einstellbar ist. Ein Luftdurchgang 53 ermöglicht es, daß die Luft durch den Ventilkörper 51 gelangt, und der Luftstrom in den Verdichter wird durch die Anordnung eines konischen vorderen Endes 54 des Ventilkörpers 51 relativ zu einem gegenüberliegenden Ansatz 50a des Durchgangs 50 reguliert. Eine Feder 55 wirkt auf den Ventilkörper 51, um seine ungewollte Drehung beispielsweise aufgrund von Vibration zu verhindern.
Der Durchgang 50 führt zur Außenfläche des Filters 7. Luft, die durch den Filter 7 gelangt, gelangt in einen schmalen Zwischenraum 56 (Fig. 1) zwischen der Endplatte 8 und dem hinteren Körper 2, und dann über Durchgänge 57 im hinteren Körper 2 in das Innere des Verdichters, wo sie über die Spulen 22 strömt, um diese zu kühlen, und dann die Rückfläche des Kolbenkopfs 11 erreicht. Dieser kurvige Einlaßweg für die Luft trägt dazu bei, vom Verdichter abgegebene Geräusche zu verringern.
Fig. 4 zeigt, daß der Kolbenkopf 11 vier (in den Fig. 1 und 2 nicht gezeigte) durch ihn hindurchgehende Öffnungen 30 aufweist, die an der Kopffläche des Kolbenkopfs 11 durch die flexible Klappe 31 (Fig. 1) bedeckt sind, um ein herkömmliches Klappenventil zu bilden, damit beim Rückhub des Kolbens Luft von innerhalb des Körpers des Verdichters zum Zylinderraum vor dem Kolben gelassen wird. Diese Öffnungen 30 im Kolbenkopf 11 sind in Bezug auf die Achse des Kolbens im Winkel angeordnet. Die Achse einer jeden Öffnung 30 steht vorzugsweise etwa 30º zur Achse des Verdichters. Ein geeigneter Bereich für diesen Winkel liegt zwischen 10 und 45º. Die Wirkung dieser Winkelanordnung der Öffnungen 30 besteht darin, daß die Luft, die sich während des Rückhubs des Kolbens rasch durch diese Öffnung bewegt, durch einen Turbineneffekt eine unidirektionale Drehantriebskraft auf den Kolben ausübt, wodurch er leicht um seine Achse gedreht wird. Diese kontinuierliche allmähliche Drehung in eine Richtung um die Achse minimiert die Ungleichmäßigkeit etwaiger Abnutzung des Kolbens und der Zylinderflächen des Verdichters, d. h. macht eine solche Abnutzung so gleichmäßig wie möglich. In Kombination mit dem Fehlen von Ablenkkräften und Torsionskräften vom nachstehend beschriebenen Federsystem 20, kann eine vorbestimmte und erwünschte allmähliche Drehung des Kolbens aufgrund der Turbinenwirkung der Luft in den Öffnungen 30 erreicht werden. Da die Torsions- und Ablenkwirkungen der Federn vernachlässigt werden können, ist die gewünschte Drehwirkung auf den Kolben durch den Turbineneffekt bei der Massenherstellung des Verdichters reproduzierbar. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Rotationsgeschwindigkeit des Kolbens von etwa 30 Umin erreicht worden (der Kolben bewegt sich mit 50 Hz hin und her).
Statt der Löcher 30 auf schrägen Achsen können abgesetzte Löcher (d. h. Löcher mit Abschnitten, die um die Kolbenachse im Umfang abgesetzt sind) verwendet werden, um die Wirkung eines schrägen Luftstroms durch den Kolben zu erreichen, der seine Drehung verursacht.
Nun auf die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Druckfederanordnung 20 Bezug nehmend weist diese zwei Schraubenfedern 20a und 20b mit in zueinander entgegengesetztem Windungssinn auf, die in Serie mit einem Rotationslager 40 angeordnet sind, das zwischen ihren einander gegenüberliegenden Enden montiert ist. Das Lager 40 wird nur von den Federn 20a, 20b gehalten und besteht aus einem Körper 41 mit axial vorragenden Zapfen 43, die die Enden der Federn 20a, 20b radial in Position halten. Um die Zapfen 43 herum befinden sich reibungsarme Unterlegscheiben 42, auf denen die Enden der Federn 20a, 20b aufliegen. Diese Unterlegscheiben sind um die Achse des Lagers 40 frei drehbar und bestehen aus geformtem PPS, das ein Schmiermedium und Verstärkungsfasern enthält. Die Außenenden der Federn 20a und 20b werden auf einem axialen Vorsprung 19a auf der Federhalterung 19 bzw. einem axialen Vorsprung 44 des Führungskolbens 13 aufgenommen.
Das Drehlager 40 ist radial und axial frei beweglich, so daß es das Biegen des Federsystem nicht einschränkt. Es ermöglicht freie relative Drehbewegung der Innenenden der Federn 20a und 20b, damit durch die Federn keine Nettodrehkraft auf den Kolben 10 ausgeübt wird. Die entgegengesetzten Windungssinne der beiden Federn 20a und 20b bedeuten tendenziell, daß ihre Torsionskräfte aufgehoben werden. Weil sie relativ kurz sind, ist ihre Tendenz, sich von der Achse wegzubiegen, gering, und die freie Drehung eines Endes eines jeden davon verringert auch diese Tendenz zum Durchbiegen.
Die Federhalterung 19 ist relativ zur Kolbenführung 14 durch einen Ansatz 19b radial angeordnet, der eine Passung mit dem hinteren Ende der Kolbenführung 14 herstellt.
Fig. 1 zeigt eine Montageklammer 60 des Verdichters und elektrische Leitungen 61, wobei diese Teile aus Gründen der Einfachheit aus den anderen Zeichnungen weggelassen sind.
Nun werden das Zylinderauslaßventil und die Luftstromanordnungen am Zylinderkopfende beschrieben.
Die Fig. 1, 2 und 4 zeigen, daß der Zylinderkörper 1 darin an seiner vorderen Endfläche acht tiefe Ausnehmungen 62 aufweist, die in Paaren angeordnet sind, wobei die beiden Elemente eines jeden Paares in jedem Fall durch eine von vier seichteren Ausnehmungen 63 in der Körperendfläche verbunden sind. Eine dieser seichteren Ausnehmungen 63 steht mit dem Auslaß 64 des Verdichters in Verbindung. Um für Verbindung zwischen diesen jeweiligen Gruppen von Ausnehmungen 62, 63 zu sorgen, weist der Zylinderkopf 3 vier Ausnehmungen 65 in seiner dem Hauptkörper 1 gegenüberliegenden Fläche auf. Die Ausnehmungen 65 weisen geneigte oder abgeschrägte Rückflächen 66 auf (zwei dieser Ausnehmungen sind in Fig. 6 zu sehen). Jede dieser Ausnehmungen 65 hat eine solche Größe, daß für Verbindung zwischen zwei benachbarten nichtkommunizierenden tiefen Ausnehmungen 62 des Hauptkörpers 1 gesorgt wird. Daher befindet sich um das Kopfende des Zylinders herum ein kontinuierlicher Gang für die Luftbewegung, der von den Ausnehmungen 62, 63 und 65 geschaffen wird. Dieser Gang ist kurvig geformt, was die vom Verdichter abgegebenen Geräusche verringert. Das Volumen des Gangs sorgt auch für ausgleichende Wirkung, wodurch der Druckpulsierungseffekt des sich rasch bewegenden Kolbens des Verdichters verringert wird.
Der soeben beschriebene Gang kommuniziert mit dem Inneren des Zylinders 12 über einen Durchgang 67, der sich in eine Seitenwand des Zylinders 12 öffnet und an einem Auslaßende 68 in der Endfläche des Körpers 1 endet, an einer Position, die einer der Ausnehmungen 65 des Zylinderkopfs 3 entspricht. Wie Fig. 5 zeigt, weist die Kopfdichtung 6, die zwischen dem Zylinderkopf 3 und dem Hauptkörper 1 liegt und um das Kopfende des Zylinders 12 abdichtet, vier nach innen gerichtete einstückige Klappenabschnitte 69 auf, von denen einer das Auslaßende 68 des Durchgangs 67 abdeckt, wodurch ein Klappenventil gebildet wird, das das Strömen der komprimierten Luft aus dem Zylinder 12 zuläßt, aber das Zurückströmen durch den Durchgang 67 in den Zylinder verhindert. Dieser Klappenabschnitt 69 bewegt sich innerhalb der Ausnehmung 65 des Zylinderkopfs 3 zwischen seiner geschlossenen und seiner offenen Position, und die Länge seines Wegs zwischen diesen Positionen ist durch den Winkel der abgeschrägten Rückfläche 66 der Ausnehmung 65 bestimmt.
Aus Fig. 5 ist zu entnehmen, daß die Dichtung 6 in einer von vier verschiedenen, in einem Winkelabstand von 90º zueinander versetzten Positionen montiert sein kann, wobei in jeder davon einer der einstückigen Klappenabschnitte 69 das Klappenventil darstellt, das den Luftstrom im Durchgang 67 reguliert. Ebenso kann der Zylinderkopf 3 auch in einer von vier Positionen am Körper 1 befestigt sein, die ebenfalls einen Winkelabstand von 90º zueinander aufweisen. Die vier verschiedenen Ausnehmungen 65 des Zylinderkopfs 3 weisen jeweils verschiedene Abschrägungswinkel der abgeschrägten Rückflächen 66 auf. Als Folge ist die Beschaffenheit der Klappenventilanordnung am Auslaß des Durchgangs 67 bei jeder der vier Positionen des Zylinderkopfs eine andere, weil der Weg des Ventilelements 69 ein anderer ist und auch das Volumen der Ausnehmung 65 in jedem Fall ein anderes ist.
Weiters ist der Zylinderkopf 3 in der in Fig. 7 gezeigten Modifikation umkehrbar, so daß jede seiner Hauptflächen dem Hauptkörper 1 des Verdichters zugewandt sein kann. Zu diesem Zweck weist er vier der Ausnehmungen 65 an jeder seiner beiden Hauptflächen auf und verfügt auch über zwei verschiedene mittlere Ausnehmungen 71, so daß das tatsächliche Volumen des Zylinders 12 an seinem Kopfende anders ist, je nachdem, welche der beiden umgekehrten Positionen des Zylinderkopfs 3 gewählt wird. Das ermöglicht wieder eine gewisse Einstellung der Beschaffenheit des Verdichters. Fig. 7 zeigt auch verschiedene Abschrägungswinkel der Rückflächen der Ausnehmungen 65.
Diese Möglichkeiten zum Einstellen der Beschaffenheit des Verdichters ermöglichen es, ihn an seine spezielle Verwendung anzupassen, je nach der Beziehung zwischen dem Luftstromvolumen und dem Druck der abgegebenen Luft.
In Fig. 6 ist zu sehen, daß, wenn sich der Kolbenkopf 11 dem Ende des Wegs zum Zylinderkopf 3 hin nähert, sein Ringband 15 den Auslaßdurchgang 67 verschließt. Das bedeutet, daß während des letzten Abschnitts des Wegs des Kolbens Luft zwischen dem Kolbenkopf und dem Zylinderkopf komprimiert wird, was bewirkt, daß der Kolben stehenbleibt, bevor er auf den Zylinderkopf aufprallt. Da das Band 15 eine einteilig geformte Konstruktion ist und kontinuierlich um den Kolbenkopf 11 angeordnet ist, gibt es in keiner Rotationsposition des Kolbens eine Undichtheit zwischen dem Raum vor dem Kolben und dem Durchgang 67, nachdem das Band 15 in eine Stellung längsseits des Durchgangs 67 gelangt ist.

Claims

1. Elektromagnetischer linearer Verdichter, der einen linear hin- und hergehenden Kolben (10), der von einer Schraubenfeder in eine Richtung vorgespannt wird, und ein Rotationslager (40) aufweist, das ein Ende der Feder (20a, 20b) trägt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (10) durch ein Federsystem in die eine Richtung vorgespannt wird, das zwei Schraubenfedern (20a, 20b) umfaßt, die in Serie wirken, um den Kolben (10) vorzuspannen, und das Rotationslager (40) Schub zwischen den beiden Federn überträgt, wobei relative Drehung der beiden Federn um ihre Achse zugelassen wird.

2. Verdichter nach Anspruch 1, worin die beiden Schraubenfedern (20a, 20b) in entgegengesetzte Richtung gewunden sind.

3. Verdichter nach Anspruch 1 oder 2, worin die beiden Schraubenfedern (20a, 20b) im wesentlichen die gleiche Federkonstante aufweisen.

4. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der weiters Mittel (30) zum Ausüben einer Rotationskraft in eine Richtung aufweist, um den Kolben (10) während des Betriebs des Verdichters allmählich um seine Achse zu drehen.

5. Verdichter nach Anspruch 4, worin die Mittel (30) zum Ausüben von Rotationskraft in eine Richtung zumindest eine Oberfläche sind, auf die Gas einwirkt, das im Verdichter verdichtet wird.

6. Verdichter nach Anspruch 5, worin die Oberfläche eine Oberfläche einer Öffnung (30) im Kolben (10) ist.

7. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, der Mittel (30) aufweist, die eine Rotationskraft in eine Richtung ausüben, um den Kolben (10) während des Betriebs allmählich um seine Hin- und Herbewegungsachse zu drehen.

8. Verdichter nach Anspruch 7, worin die Mittel (30) zum Ausüben von Rotationskraft in eine Richtung zumindest eine Oberfläche sind, auf die Gas wirkt, das im Verdichter verdichtet wird.

9. Verdichter nach Anspruch 8, worin die Oberfläche eine Oberfläche einer Öffnung (30) im Kolben (10) ist.