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Schmiermittelpumpe für Schwingmotoren mit elastisch gelagertem Stator,
insbesondere für gekapselte Schwingkolbenverdichter von Kleinkältemaschinen Die
Erfindung betrifft eine Schmiermittelpumpe für Schwingmotoren mit elastisch gelagertem
Stator, insbesondere für gekapselte Schwingkolbenverdichter von Kleinkältemaschinen,
bei denen der Verdichterblock über Federn auf der Kapsel abgestützt ist, damit das
Gesamtaggregat nach außen hin möglichst vibrationsfrei arbeitet.
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Es gibt Schwingkolbenverdichter mit nur einem einzigen gleitenden
Flächenpaar, nämlich bei dem in einem Zylinder geführten Kolben. In den meisten
Fällen ist eine Schmierung dieses Flächenpaares zur Verminderung der Reibungskräfte,
insbesondere beim Auftreten elektrischer Querkräfte wie beim elektromagnetischen
Schwingverdichter, und zur Erhöhung der Dichtwirkung zwischen Kolben- und Zylinderwandung
erforderlich. Andererseits muß besonders darauf geachtet werden, daß das Kältemittel
nicht durch Öldämpfe verunreinigt wird, weil die Öldämpfe, wenn nicht besondere
Vorkehrungen getroffen werden, sich an unerwünschter Stelle niederschlagen. Dies
kann sogar dazu führen, daß nicht genügend Schmiermittel im Sumpf zur Verfügung
steht und dadurch die normale Schmierung unterbrochen wird.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin,
dem gleitenden Flächenpaar an Kolben und Zylinder eine zwar ausreichende, aber nicht
zu große Schmiermittelmenge zuzuführen und in weiterer Ausgestaltung der Erfindung
sicherzustellen, daß möglichst wenig Schmiermittel als Dampf mit dem Kältemittel
vermischt wird. Dies schließt nicht aus, daß das erfindungsgemäße Vorgehen auch
für andere Schwingmotorensysteme geeignet ist.
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Diese vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
in den Schmiermittelsumpf eine mit Rückschlagventil versehene Leitung taucht, die
mit dem Stator starr verbunden ist.
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Es ist für den Fachmann äußerst verwunderlich, daß bei dieser Konstruktion
überhaupt eine Pumpwirkung auftritt. Wenn man eine Pumpwirkung erzielen wollte,
hat man bisher, wenn kein gesondertes Pumpaggregat vorgesehen war, die Pumpe mit
den »bewegten« Teilen der Gesamtanordnung verbunden, beispielsweise bei einem Kolbenverdichter
mit dem Kolben oder dessen Kurbelwelle. Im Gegensatz dazu wird erfindungsgemäß die
Pumpe starr mit einem »feststehenden« Teil der Gesamtanordnung verbunden. Zumindest
hat man bislang auch den elastisch gelagerten Stator eines Schwingmotors zu diesen
»feststehenden« Teilen gerechnet.
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Für die Erfindung war die Erkenntnis wesentlich, daß die Reaktionsschwingungsbewegung,
die der Stator eines Schwingmotors, also beispielsweise der Verdichterblock eines
Schwingkolbenverdichters, ausführt, die auftritt, wenn das Aggregat vollständig
oder wenigstens teilweise nach außen hin vibrationsfrei gelagert ist und deren Amplitude
in der Größenordnung von einigen Zehntelmillimetern liegt, voll und ganz ausreicht,
um ein Pumpensystem in Betrieb zu halten. Besonders vorteilhaft hierbei ist die
Tatsache, daß die geförderte Schmiermittelmenge im Vergleich zu anderen Pumpen mit
der gleichen Arbeitsfrequenz relativ klein ist, wie es für den Erfindungszweck gewünscht
ist. Außerdem ist zu beachten, daß infolge der kleinen Amplitude kein Aufrühren
oder Aufschäumen des Schmiermittels im Sumpf stattfindet, wie es bei anderen Systemen
mit im Sumpf bewegten Teilen der Fall ist. Auch die infolge der Pumpwirkung hinsichtlich
der Reaktionsschwingungsbewegung des Stators hervorgerufene Dämpfung ist in manchen
Fällen erwünscht.
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Vorzugsweise wird das Rückschlagventil in einem Kopf untergebracht,
der das in den Schmiermittelsumpf tauchende Leitungsende bildet. Auf diese Weise
ist sichergestellt, daß sofort vom Start des Schwingmotors an die Schmiermittelförderung
einsetzt.
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Die vom Schmiermittel zu bewegenden Ventilteile sollten nicht zu schwer
sein. Daher sind als Rückschlagventile besonders Plattenventile, Kugelventile oder
Flatterventile zu empfehlen.
Da die Schmiermittelförderung allein
auf Grund der Massenträgheit des in der Leitung und im Ventil eingefangenen Öles
erfolgt, kann man die Pumpenleitung in einen oben offenen Behälter münden lassen.
Dies hat den Vorteil, daß im Schmiermittel gelöste Gase, z. B. das Kältemittel,
ausgasen können und nicht im Schmiermittelsystem stören. Vorteilhaft ist ferner,
daß das Schmiermittel den zu schmierenden Flächen nahezu drucklos zugeführt werden
kann, überschüssiges Öl also aus dem offenen Behälter abfließen kann und somit eine
übermäßige Schmierung des gleitenden Flächenpaares mit den eingangs geschilderten
Nachteilen vermieden wird.
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Eine weitere Maßnahme zur Erzielung einer einwandfreien Schmierung
des gleitenden Flächenpaares unter gleichzeitiger Verhinderung eines zu großen Schmiermittelübertritts
in den Hubraum besteht darin, daß die Schmiermittelzuleitung in der Kolbenzylinderbohrung
an einer solchen Stelle mündet, daß die von dieser Mündung beaufschlagte Kolbenfläche
beim oberen und unteren Totpunkt noch innerhalb des durch den Hubraum und das offene
Bohrungsende begrenzten Bereichs liegt. Man kann die beaufschlagte Kolbenfläche
vergrößern, wenn die Schmiermittelzuleitung in einer Ringnut endet. Besonders vorteilhaft
ist es, wenn der Kolben eine Ringnut trägt, die im oberen und unteren Totpunkt außer
Kontakt mit der Schmiermittelzuleitung steht.
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Bei dieser Anordnung verteilt der Kolben das von der Mündung der Zuleitung
mitgenommene Schmiermittel über den größten Teil seiner Gleitfläche, läßt aber gegenüber
dem Hubraum im unteren Totpunkt und gegenüber dem außerhalb des offenen Bohrungsendes
liegenden Verdichtergehäuseraum noch Dichtflächen stehen, die verhindern, daß das
Schmiermittel durch den vom Kolben erzeugten überdruck oder Unterdruck in den Hubraum
gesogen oder in den Gehäuseinnenraum geblasen wird. Die verbleibenden Dichtflächen
erhalten natürlich im Wege der Sekundärverteilung ebenfalls noch genügend, aber
nicht übermäßige Schmiermittelmengen.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung mehrerer
Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit der Zeichnung, in der Fig. 1 einen Längsschnitt
durch einen gekapselten Schwingkolbenverdichter, Fig. 2 einen Pumpenkopf mit Plattenventil,
Fig. 3 einen Pumpenkopf mit Kugelventil und Fig.4 einen Pumpenkopf mit Flatterventil
zeigt. Bei dem in Fig. 1 veranschaulichten Ausführungsbeispiel eines Schwingkolbenverdichters
ist in einer Kapsel 1 auf Federn 2 der Verdichterblock 3, also der Stator, aufgestellt.
Dieser besteht aus dem Magnetsystem mit den Teilen 4, 5, 6, 7 und einem Joch 8 mit
der Zylinderbohrung 9 und mit dem Hubraum 10, wobei beide über eine Ummantelung
11 und Säulen 12 miteinander verbunden sind. Der schwingende Teil des Systems weist
die stromdurchflossene Spule 13, ein Joch 14; das mit der Spule über
einen Mantel 15 verbunden und auf dem Stator mittels einer Feder 16 abgestützt
ist, sowie den Kolben 17, der in der Zylinderbohrung 9 geführt ist, auf.
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Unten im Gehäuse 1 befindet sich der Ölsumpf 18. Im Stator 3 verläuft
eine Ölleitung 19, die unten in einem Kopf 20 endet, der in den Ölsumpf
18 eintaucht und ein Rückschlagventi121 enthält. Nach oben endet die Leitung
19 in einem offenen Behälter 22. Im Betrieb schwingt der Stator 3 und damit
auch der Kopf 20 in Reaktion zu dem aus Spule 13, Joch 14 und Kolben
17 bestehenden System mit einer Amplitude, die entgegengesetzt proportional den
beiderseitigen Massen ist. Für eine durchschnittliche Ausführungsform ist die Kolben-Schwingungsamplitude
15 mm und die Statorschwingungsamplitude 1 bis 2 mm. Diese geringe Schwingung reicht
aber erfindungsgemäß aus, um beim Abwärtshub infolge der Massenträgheit des Öls
etwas Öl durch das Ventil in die Leitung 19 zu drücken und dieses Öl beim Aufwärtshub
festzuhalten, weil das Ventil 21 sich schließt. Bei einer Schwingung von 50 Hz ergibt
sich eine kontinuierliche Ölforderung in den Behälter 22.
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über die Zuleitung 23 gelangt das Öl in die Ringnut 24 in der Wand
des Kolbens 17. Die Lage der Zuleitung 23 und die axiale Erstreckung der Ringnut
24
sind so bemessen, das bei der Kolbenbewegung in den oberen Totpunkt
to und den unteren Totpunkt t" die Ringnut einerseits weder in den Hubraum
noch in den freien Gehäuseraum eindringt, also weder die Linie tu noch die Grenzfläche
25 überschreitet, und andererseits in der oberen und unteren Totpunktstellung des
Kolbens außer Eingriff mit der Zuleitung 23 steht.
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Für die Ausbildung des Kopfes 20 sind verschiedene Variationen
möglich. Fig. 2 zeigt einen Ventilkopf 20, bei dem eine frei bewegliche Platte
26 auf dem Ventilsitz 27 zur Auflage kommt, wobei die Platte gegen seitliche
Verschiebung gesichert sein muß. Fig. 3 zeigt ein Rückschlagventil mit Kugel
28,
deren Ventilsitz 29 durch eine Einbördelung des einschließenden Gehäuses
gebildet ist, wobei die obere Begrenzung der Kugelbewegung durch am Rohr 19 angebrachte
Anschläge 30 gegeben sein kann. Fig. 4 zeigt ein Rückschlagventill in Form
einer Flatterplatte 31, die fest eingespannt ist und deren elastischer Mittelteil
32 die Ventilbewegung vollführt.
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Die Erfindung eignet sich nicht nur für Schwingmotoren mit senkrechter
Schwingung, sondern auch für solche mit anders gerichteten Schwingbewegungen, sei
es eine horizontale oder eine kreisbogenförmige Schwingbewegung; Voraussetzung ist
lediglich, daß die Eintrittsöffnung der Förderleitung in den Schmiermittelsumpf
eintaucht und in Richtung der Schwingbewegung geöffnet ist.