DE4218631C2 - Kühlungskompressor mit einem profilierten Kolben - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Kompressoren und insbesondere auf hermetische Kompressoren von Kleinstmotoren, die bei Haushaltsanwendungen, wie z. B. in Kühlschränken und Gefriertruhen verwendet werden.

Die Notwendigkeit eines gesteigerten energetischen Wir­ kungsgrades für Haushaltsanwendungen ist für diese Typen zum Teil sehr groß, da bei diesen Maschinen eine sehr große Menge der gesamten Energie verbraucht wird, der in einem typischen Haushalt anfällt. Einer der Berei­ che, wo viele Verbesserungen bei diesen Einheiten erreicht wurden, ist der Bereich des hermetischen Kompressors, dessen energetischer Wirkungsgrad in den letzten Jahren erheblich verbessert wurde. Während viele dieser Verbesserungen in den elektrischen Motoren der Kompressoren erfolgten, stehen immer noch Möglich­ keiten im Bereich der Volumetrik und des Kom­ pressionswirkungsgrades bei einem Kompressor mit hin- und herbewegbaren Kolben zur Verfügung.

Einer der Faktoren, der den volumetrischen Wirkungsgrad bzw. die volumetrische Leistung dieser Kompressoren bestimmt, ist der Abstand oder Zwischenraum bzw. das Reexpansionsvolumen des Pumpzylinders, das definiert wird als das Volumen des Raums innerhalb des Pumpzylin­ ders, wenn der Kolben am oberen Totpunkt ist oder sich am Ende seines Pumphubes befindet. Dieser Raum besteht im wesentlichen aus dem Raum zwischen der Kolbenstirn­ fläche und der Ventilplatte, auf der Saug- und Ausströmblattventile montiert sind, sowie des Volumens der Ausströmöffnung in der Ventilplatte, da sich das Ausströmventil auf der Außenseite der Ventilplatte befindet, während das Saugventil auf der Innenseite der Ventilplatte angeordnet ist, so daß das Volumen der Saugöffnung nicht zum Zwischenraumvolumen dazu gerech­ net wird. Der ideale Kompressor würde kein Zwischen­ raumvolumen haben, wobei allgemein gesagt werden kann, daß je größer das Zwischenraumvolumen ist, desto geringer ist der Wirkungsgrad des Kompressors. Der Grund dafür, daß das Zwischenraumvolumen sich entgegengesetzt zum Wirkungsgrad des Kompressors verhält, liegt darin, daß dieses Volumen Gas aufnimmt, das zusätzliche Arbeit oder Energie für die Kompression beim Arbeitshub des Kolbens erfordert, und diese Energie nur teilweise beim Saughub zurückgewonnen wird, wenn der Zylinder durch die Saugöffnung wieder gefüllt wird. Daher wird eine Verringerung des Zwischenraumvolumens eine Erhöhung des Wirkungsgrads des Kompressors bedingen, solange sich nicht andere Faktoren gegenteilig auswirken.

Da das Zwischenraumvolumen im wesentlichen von den beiden genannten Komponenten bestimmt wird, wurden in der Vergangenheit eine Vielzahl von Bemühungen unter­ nommen, dieses Volumen durch die Minimierung des Abstandes zwischen der Kolbenstirnfläche und der Ventilplatte oder genauer des Ventilblattes einschließ­ lich des Saugventilblattes zu reduzieren. Bezüglich des Volumens der Ausströmöffnung wurde festgestellt, daß der Durchmesser nicht unterhalb eines bestimmten Mini­ mums reduziert werden kann, da dies zu einer Drosselung oder Beschränkung des Ausströmflusses des Gases führen würde, wobei die Länge der Öffnung ebenfalls nicht veränderbar ist und ausreichend sein muß, so daß eine bestimmte Dicke der Ventilplatte gewährleistet wird, die notwendig ist, um den Kräften und Drücken zu widerstehen, welche sich aufgrund des komprimierten Kühlmittels ergeben. Während eine gewisse Öffnungslängenverkürzung durch Aussparung des Aus­ strömventils in der Ventilplatte erreicht wurden, wie dies aus dem US-Patent Nr. 4 723 896 bekannt ist, das am 9. Februar 1988 für J. F. Fritchman erteilt und auf den Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen wurde, machen es Festigkeitsüberlegungen weiterhin erforderlich, eine ausreichende Menge bzw. Dicke an Ventilplattenmaterial zur Verfügung zu stellen, so daß die Ausströmöffnung schließlich doch ein wesentlicher Teil des gesamten Zwischenraumvolumens bleibt.

Aufgrund der Probleme der Toleranzen bei verschiedenen Teilen wird das Zwischenraumvolumen aufgrund des Abstandes zwischen der Kolbenstirnfläche und des Ventilblattes durch eine selektive Dickenpassung für die Dichtung sorgfältig überwacht, die zwischen der Stirnfläche oder Fläche auf dem Zylinderblock und dem Ventilblatt angeordnet ist. Es wurde herausgefunden, daß, wenn dieser Abstand zu sehr reduziert wird, der Kompressionswirkungsgrad tatsächlich verschlechtert wird. Dies wurde als Ergebnis des Umstandes heraus­ gefunden, daß die Ausströmöffnung nicht nur ein Bruch­ teil der Größe der Zylinderbohrung ist, sondern auch gewöhnlich außerhalb der Zylinderachse ange­ ordnet ist. Wenn der Kolben nämlich das Ende des Kompressionshubes erreicht und sich der Abstand des Zwischenraumes seinem Minimum nähert, muß das kompri­ mierte Kühlmittelgas seitlich über die Kolbenfläche strömen, um die Ausströmöffnung zu erreichen. Wenn der Abstand zwischen der Kolbenfläche und dem Ventilblatt zu sehr reduziert wird, führt dies zu einer erheblichen Verringerung der Kompressornutzleistung, da ein Teil des komprimierten Gases in dem Zwischenraum gefangen wird, da keine ausreichende Zeit aufgrund der hohen Geschwindigkeit des Kompressors zur Verfügung steht, zur Ausströmöffnung hin zu strömen und diese zu errei­ chen, bevor der Kolben seine Richtung ändert. Daraus folgt als Ergebnis, daß, wenn der Zwischenraumabstand an der Kolbenfläche unter ein bestimmtes Minimum redu­ ziert wird, dies tatsächlich zu einer Reduzierung der Kompressionsnutzleistung des Kompressors durch Erhöhung der Masse des Gases führt, das zwar komprimiert worden ist, dann aber in dem Zwischenraumvolumen reexpandiert.

Die DE 32 15 586 zeigt einen hermetisch gekapselten Kühlkompressor, bei dem an einem Zylinderkopf eine Einlaßkammer mit einer Einlaßöffnung, die über das Ansaugventil mit den Inneren einer Zylinderbohrung verbunden ist, vorgesehen ist. Der Zylinderkopf enthält ferner eine Auslaßkammer, in der sich das Auslaß­ ventil befindet. Nachteilig an dieser Anordnung ist, daß keine optimale Abströmung des zwischen der Kolbenstirnfläche und der Ventilplatte befindlichen Gases die Austrittsöffnung erreichen kann.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Verbesserung der volumetrischen Nutzleistung des Kompressors zu erzielen, wobei möglichst gute Strömungsver­ hältnisse innerhalb des Kompressors erhalten werden sollen.

Die Aufgabe wird mit einem hermetischen Kühlungskompressor mit den Merk­ malen des Anspruchs 1 gelöst.

Die vorliegende Erfindung stellt eine erhebliche Ver­ besserung der volumetrischen Nutzleistung des Kompressors durch die Reduzierung des Zwischenraumvolumens des Kompressors zur Verfügung, während die wirksame Gas­ strömung selbst am Ende des Kompressionshubes auf­ rechterhalten bleibt.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der wirksame Gasstrom über die Kolbenfläche zur Ausströmöffnung hin aufrecht erhalten, wenn der Kolben sich am Ende des Kompressionshubes befindet. Dies erfolgt durch Zurverfügungstellung eines flach oder muldenförmig pro­ filierten Rezesses im Kolbenkopf in dem Bereich, der der Ausströmöffnung benachbart ist, um eine verbesserte Gasströmung in diesem Bereich zu ermöglichen, während es den Bereichen des Kolbenkopfes, die sich weiter von der Ausströmöffnung weg befinden, möglich ist, sich näher zur Ventilplatte und dem Ventilblatt hin zu bewe­ gen, als dies sonst möglich wäre, ohne die Gasströmung von diesen Bereichen aus zur Öffnung hin nachteilig zu beeinflussen. Die Kontur ist derart ausgebildet, daß der Zwischenraum bzw. Abstand zwischen dem Kolben und dem Ventilblatt um so mehr ansteigt, je näher die Ausströmöffnung ist bis zu einem Maximum an einer Stelle, die in der Nähe, vorzugsweise gegenüberliegend der Ausströmöffnung ist. Dieser profilierte Bereich ist begrenzt auf einen zentralen Bereich des Kolbenkopfes, während der äußere Bereich des Kolbenkopfes, der sich am nähesten der Zylinderwandung befindet, in einer parallelen Ebene zur Ventilplatte bleibt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Zwischenraumvolumen weiter durch die Zurverfü­ gungstellung eines Vorsprungs auf der Kolbenfläche reduziert, der in die Ausströmöffnung am Ende des Kom­ pressionshubes eintritt. Der Vorsprung ist in seinem Querschnitt so ausgebildet, daß er der Form der Öffnung entspricht, während die Seiten des Vorsprungs gerade oder kegelförmig bzw. konisch sein können, so daß, wenn der Vorsprung in die Öffnung eingeführt wird, dieser einen großen Teil des Zwischenraumvolumens der Öffnung einnimmt, wenn der Kolben das Ende seiner Bewegung erreicht. Die Form des Vorsprungs ist derart, daß die­ ser einen wesentlichen Bereich des Zwischenraumvolumens einnimmt, der durch die Öffnung selbst gebildet wird, ohne nachteilig den Gasstrom durch die Öffnung am Ende des Hubes zu beeinflussen.

Wenn diese beiden Merkmale des kontorierten Rezesses auf dem Zylinderkopf und des Vorsprungs in die Aus­ strömöffnung in dem gleichen Kompressor kombiniert wer­ den, kann die exakte Form und Größe von beiden opti­ miert werden, um eine maximale Reduzierung des Zwi­ schenraumvolumens und ein Minimum an Masse des gefange­ nen Gases zu erhalten. Der kontorierte Rezeß kann in Größe und Volumen vergrößert werden, während der Abstand zwischen dem Kolbenkopf und dem Ventilblatt um die äußeren Ränder des Kolbens verringert wird aufgrund der Verdrängung des Kolbenvorsprungs oder -pfeilers, der in die Ausströmöffnung eintritt. Gleichfalls kann die Größe und Form des Kolbenvorsprungs angepaßt werden, um eine optimale Strömung durch die Ausström­ öffnung am Ende des Hubes zu erreichen, um so den Strom von dem profilierten Rezeß aufzunehmen.

Weitere Ziele, Vorteile und Anwendungsmög­ lichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispie­ len anhand der Zeichnung und der Zeichnung selbst.

Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, eines hermetischen Kühlungskompressors nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine teilweise Schnittansicht des Kolbens und Zylinderkopfes des Kompressors,

Fig. 3 eine Endansicht des Kolbenkopfes, entlang der Schnittlinie 3-3 aus Fig. 2,

Fig. 4 eine teilweise Schnittansicht des Kolben­ kopfes und der Ventilplatte nach einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5 eine teilweise Schnittansicht ähnlich Fig. 4 einer anderen Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 6 eine teilweise Schnittansicht ähnlich der Fig. 4 und 5 nach einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Mit Bezug auf die Figuren zeigt Fig. 1 einen Kompressor 10 des Typs der hermetischen Kühlung, der in Haushalts­ kühlschränken und Gefriertruhen verwendet wird. Bei diesem Kompressor handelt es sich um eine Maschine mit einem einfach wirkenden Kolbentyp mit einem hin- und herbewegbaren Kolben, der über einen zweipoligen Induk­ tionsmotor angetrieben wird, welcher wiederum eine nominelle Geschwindigkeit von 3600 U/min und eine Lei­ stung im Bereich zwischen 1,6 und 1,25 PS für die mei­ sten Anwendungen hat. Der Kompressor 10 befindet sich vollständig innerhalb eines Stahlgehäuses 11, das wiederum vollständig abgedichtet ist mit Ausnahme der Kühlgasversorgungs- und Entsorgungs- oder Ausströmlei­ tungen, sowie der notwendigen elektrischen Verbin­ dungen. Das Gehäuse 11 besteht im wesentlichen aus zwei Teilen und weist eine Montierplatte 12 auf, auf der der Kompressor montiert bzw. befestigt werden kann, wobei vorzugsweise elastische Kunststoff- oder Gummihalterun­ gen auf einer passenden Rahmenschiene während des Gebrauchs verwendet werden. Das Gehäuse 11 hat einen Innenraum, der an dem Einlaßdruck anliegt und mit dem Auslaß von dem Verdampfer korrespondiert, so daß das Innengehäuse 11 im wesentlichen einen relativ geringen Druck ausgesetzt ist, verglichen mit dem Ausströmdruck des Kompressors, der in das Kühler- oder Kondensor­ system führt.

Innerhalb des Gehäuses 11 ist ein Zylinderblock 14 angeordnet, der federnd über geeignete Mittel, wie bei­ spielsweise über eine Tragklammer 16 mit Hilfe einer Feder 17 montiert oder gelagert ist. Der Zylinderblock 14 kann sich auf diese Weise über einen begrenzten Weg innerhalb des Gehäuses 11 bewegen, da dies aufgrund der nicht ausgeglichenen Kräfte erforderlich ist, die wäh­ rend des Anlassens und des Stoppens des Antriebsmotors auftreten.

Der Zylinderblock 14 weist ein zentrales Lagerteil 18 auf, welches mit einer Bohrung versehen ist, auf der eine sich vertikal erstreckende Kurbelwelle 20 gelagert ist. Oberhalb des Lagerteils 18 trägt die Kurbelwelle 20 einen Motorrotor 21, der von dem Ende des Lagerteils 18 durch ein passendes Axiallager 23 beabstandet ist. Der Rotor 21 paßt bzw. befindet sich in einem Stator 24, der auf der Oberseite des Zylinderblocks 14 fest an Ort und Stelle gehalten ist. An seinem unteren Ende weist die Kurbelwelle eine exzentrische Kurbel 26 unter dem Lagerteil 18 auf, das sich in einer Flucht mit einer sich horizontal erstreckenden Zylinderbohrung 28 befindet, die in dem Zylinderblock ausgebildet ist und dazu dient, einen Kolben 29 aufzunehmen bzw. zu lagern, der über eine Verbindungsstange 31 mit der Kurbel 26 verbunden ist, so daß die Drehung der Kurbelwelle den Kolben 29 dazu bringt, sich innerhalb der Bohrung 28 in bekannter Weise hin- und herzubewegen.

Auf der Seite weg von der Kurbel 26 weist der Zylinder­ block 14 eine flache Stirnfläche 33 auf, die sich rechtwinklig zur Achse der Zylinderbohrung 28 in einer Ebene erstreckt, die parallel zu der Stirnfläche 30 des Kolbens 29 ist, aber von dieser über einen vom bestimm­ ten Abstand beanstandet ist, wie dies im folgenden noch genauer beschrieben wird.

Eine passende Dichtung 34 befindet sich auf der Vorder­ seite bzw. Oberseite der End- oder Stirnfläche 30 und auf der Oberseite davon befindet sich eine Ventilplatte 36. Es versteht sich, daß zwischen der Platte 36 in der Dichtung 34 ein dünnes metallisches Ventilblatt ange­ ordnet werden kann, das ein Saugventil darstellt, aber, da ein derartiges Ventilblatt für die vorliegende Erfindung an sich nicht wichtig ist, ist es nicht dar­ gestellt und wird auch nicht weiter beschrieben. Die innere Fläche 37 der Ventilplatte 36 erstreckt sich planar über das Ende der Zylinderbohrung 28 parallel zu der Kolbenstirnfläche 30. Die Ventilplatte 36 weist eine Ausströmöffnung 38 auf, die sich von der Kolben­ stirnfläche 30 durch die Ventilplatte zur äußeren Fläche 39 der Ventilplatte 36 erstreckt, wo sie über ein passendes Ausströmventil 41, z. B. Blattventil, verschlossen wird. Im Regelfall befindet sich das Ausströmventil 41 während des Saughubes des Kolbens 29 in dichtendem Eingriff mit der Ventilplatte 36, wenn sich der Kolben von der Ventilplatte 36 weg bewegt und öffnet sich beim Druckhub des Kolbens, wenn dieser das Gas durch die Ausströmöffnung 38 drückt und dabei das Ausströmventil 41 öffnet. Der Zylinderkopf 43 erstreckt sich über die Ventilplatte 36 und bestimmt einen Ausström(luft)-Raum, welcher das Gas von dem Zylinder­ innenraum durch die Ausströmöffnung 38 aufnimmt. Es versteht sich, daß der Zylinderkopf 43 fest am Zylinder­ block 14 durch entsprechende Mittel, wie beispiels­ weise nicht dargestellte Bolzen befestigt ist, und daß der Ausströmraum 44 andererseits durch entsprechende Dämpfer mit einem Ausströmrohr oder einer Ausströmlei­ tung verbunden ist, das oder die mit dem äußeren Gehäuse 11 verbunden ist, so daß die Gase von dem Aus­ strömraum 44 in einem geschlossenen Kreislauf zu der Außenseite des Kompressorgehäuses geführt werden.

Wenn sich der Kolben 29 in der Zylinderbohrung 28 hin- und herbewegt, besteht sein Pumpzyklus aus einem Saug- oder nach unten gehenden Hub, wenn sich der Kolben vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt bewegt, wobei wäh­ rend dieses Zyklus sich das nicht gezeigte Saugven­ til öffnet, um es dem Kühlgas zu ermöglichen, in den Zylinder einzutreten. Nachdem der Kolben den unteren Totpunkt passiert hat, folgt wieder der Kompressionshub in Richtung der Ventilplatte 36. Da die Ventile des Kompressors nicht zwangsläufig betätigt werden, ist es dem Ausströmventil 41 nur möglich zu öffnen, wenn der Druck innerhalb der Zylinderbohrung den Druck über­ schreitet, der innerhalb des Ausströmraums 44 herrscht. Aus diesem Grunde beginnt das Ausströmventil 41 erst dann zu öffnen, wenn sich der Kolben bereits über einen wesentlichen Teil seines Kompressionshubes bewegt hat. Wenn sich jedenfalls das Ausströmventil 41 geöffnet hat, werden die Gase in der Zylinderbohrung 28 durch den Kolben 29 dazu gebracht, durch die Ausströmöffnung 38 in den Ausströmraum 44 zu strömen und, wenn der Kol­ ben das Ende seines Hubes bzw. den oberen Totpunkt erreicht hat, wenn die Fläche 30 am nähesten an der Ventilplatte 36 ist, bleibt das Ausströmventil 41 für die letzten Gase geöffnet, so daß diese die Zylinder­ bohrung 28 verlassen können, bis das Ausströmventil 41 wieder schließt, nachdem der Kolben sich in die andere Richtung bewegt und der Druck innerhalb der Zylinder­ bohrung 28 abfällt. Wenn der Kolben 29 sich an seinem oberen Totpunkt befindet, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, ergibt sich notwendigerweise ein Raum 47, der "Zwischenraum" genannt wird, der zwischen der Kolben­ stirnfläche 30 und der Ventilplatte 36 verbleibt (hier­ bei sei ein etwaiges Ventilblatt für ein Saugventil außer Acht gelassen, das für die Zwecke dieser Erörte­ rung als einteilig mit der Ventilplatte 36 betrachtet werden kann). Der Zwischenraum, zusammen mit dem Volu­ men der Ausströmöffnung 38, ergibt das gesamte Zwischenraumvolumen und verkörpert oder stellt dar die Gase, die zwar komprimiert worden sind, aber nicht den Zylinder verlassen haben und nicht in den Ausströmraum 44 gelangen. Diese Gase expandieren dann wieder, wenn der Kolben seinen Saughub wieder beginnt und, da die Kompression und die Expansion des Kühlgases keinen wirklichen adiabatischen Prozeß darstellen, ergibt sich notwendigerweise ein gewisser Energieverlust in Form von Hitze oder Wärme, die von dem umgebenden Mechanis­ mus aufgenommen wird. Da dieser Energieverlust propor­ tional zu der Gasmenge ist, die in dem Zwischenraum­ volumen gefangen ist, ist es seit langem bekannt, daß es sinnvoll ist, das Zwischenraumvolumen zu minimieren, um hierdurch den Energiewirkungsgrad des Kompressors zu erhöhen.

Aus diesem Grunde haben Kompressoren dieses Typs im allgemeinen eine flache Stirnfläche des Kolbens und, wenn der Kompressor zusammengebaut wird, wird eine Lehre o. dgl. benutzt, um die exakte Anordnung der Kol­ benstandfläche 30 im Hinblick auf die Zylinder­ blockendfläche 33 zu bestimmen, während die Dichtung 34 eine selektive Passung hat, so daß der Zwischenabstand zwischen der Kolbenstandfläche und der Ventilplatte in einem vorbestimmten Rahmen gehalten wird. Wenn dieser Abstand zu groß ist, nimmt das gesamte Zwischenraum­ volumen ersichtlich zu und der Wirkungsgrad des Kom­ pressors wird hierdurch vermindert. Wenn der Zwischen­ abstand zu klein ist, besteht das Risiko, abhängig von den Temperaturen der verschiedenen Teile des Kompres­ sors und der Variationen der thermischen Ausdehnung, das die Möglichkeit auftreten kann, daß der Kolben die Ventilplatte berühren könnte, was dann in einer sehr ernsten Beschädigung resultiert. Was bisher allgemein noch nicht erkannt worden ist, ist, daß wenn der Abstand unter ein bestimmtes Minimum reduziert wird, abhängig von den dimensionalen Faktoren des Kompres­ sors, daß die tatsächliche Masse des Kühlmittels im wesentlichen konstant bleibt, selbst wenn der Zwischen­ abstand weiter verringert wird, da es dem Kühlmittel nicht möglich ist, von den am weitesten entfernt lie­ genden Teilen der Kolbenfläche zu der Ausströmöffnung zu strömen. Dieses Problem wird dadurch weiter kompli­ ziert, daß die Notwendigkeit, große Saugöffnungen und Ventile zur Verfügung zu stellen, im Hinblick darauf, daß die Saugdifferenzdrücke viel geringer sind als die Ausströmdifferenzdrücke über die jeweiligen Ventile, es im allgemeinen erforderlich ist, daß die Ausström­ öffnung 38 erheblich außerhalb der Mittellinie der Zylinderbohrung angeordnet ist und sehr oft reichlich nahe an den Wandungen der Zylinderbohrung und dadurch am Rand der Kolbenfläche 30 angeordnet sein muß, wie dies klar in Fig. 3 erkennbar ist. Da diese Öffnung so nahe an dem einen Rand der Bohrung angeordnet ist, muß das Kühlmittelgas von dem weitesten Punkt von der Öff­ nung weg über eine beträchltiche Strecke entlang seit­ lich strömen, wenn der Kolben seinen oberen Totpunkt erreicht, damit das Gas aus der Öffnung 38 ausströmen kann. Daher gibt es einen Punkt, über den hinaus eine weitere Verminderung des Zwischenabstandes keine weitere Erhöhung des Wirkungsgrades mehr erfolgt, sondern im Gegenteil eine geringe Verminderung des Wir­ kungsgrades erfolgt, da die Gase, die in diesem Bereich gefangen sind, einer noch größeren Kompression und Reexpansion unterliegen.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Kolbenstirnfläche 30 von ihrer normalen flachen Ausbil­ dung abweichend mit einem flachen muldenförmigen Rezeß 49 versehen, der auf der Kolbenfläche benachbart der Ausströmöffnung 38 ausgebildet ist. Der Rezeß 49 kann kreisrund ausgebildet sein mit einem flachen geneigten, konischen Bereich 51 und einem flachen ausgesparten, kreisförmigen Mittelbereich 52. Vorzugsweise überdeckt wenigstens ein Teil des Mittelbereichs 52 einen Teil der Ausströmöffnung 38, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, um sicherzustellen, daß der maximale Zwischenraum oder Abstand zwischen dem Kolben und der Ventilplatte mit der Anordnung bzw. Stelle der Ausströmöffnung zusammen­ fällt bzw. übereinstimmt.

Der Rezeß 49 kann relativ flach in seiner Tiefe ausge­ bildet sein, etwa im Bereich des normalen Zwi­ schenraumabstandes der Kolbenfläche von der Ventil­ platte. Es ist festgestellt worden, daß hierdurch der Zwischenraumabstand zwischen den verbleibenden Berei­ chen der Kolbenstandfläche 30 und der Ventilplatte wei­ ter verringert werden kann und zwar unter den Abstand, der gewöhnlicherweise verwendet wird, so daß der Zwi­ schenraum zwischen dem Kolben und der Ventilplatte erheblich in seinem Volumen verringert ist. So kann z. B. bei einem Kompressor, der eine 1-inch (2,54 cm)- Bohrung hat, der Zwischenraumabstand auf 0,002 inch (0,0051 cm) reduziert werden mit einer Rezeßtiefe von 0,005 inch (0,013 cm), während bei einem bekannten Kom­ pressor der Zwischenraumabstand normalerweise etwa 0,006 inch (0,015 cm) beträgt. Der Rezeß 49 ermöglicht es den Gasen in den anderen Bereichen der Kolbenstirn­ fläche leichter in Richtung auf die Ausströmöffnung 38 zu strömen, selbst am oberen Totpunkt, so daß die Masse des komprimierten Gases verringert wird. Es wurde her­ ausgefunden, daß die bloße Hinzufügung des Rezesses zur Kolbenendstirnfläche in einer Verbesserung von mehr als 1,5% des Energiewirkungsgradverhältnissses des Kompres­ sors resultiert, wobei angenommen wurde, daß alle ande­ ren Faktoren konstant gehalten werden.

Das Zwischenraumvolumen kann weiter verringert werden, wie dies in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist durch die Hin­ zufügung eines Vorsprungs oder eines Pfeilers auf der Kolbenfläche, welcher sich in die Ausströmöffnung 38 hinein erstreckt, um einen wesentlichen Bereich des Zwischenraumvolumens, der sich durch das Volumen der Ausströmöffnung ergibt, zu verdrängen. Während dieser Pfosten oder Vorsprung auch allein verwendet werden kann, bietet es sich an, wenn der in Kombination mit dem Rezeß 49 verwendet wird. Während es möglich ist, den Pfeiler 54 einteilig mit dem Kolben 29 auszubilden, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, mag dies vom Standpunkt der Herstellung her nicht oder nur schlecht durchführbar sein, wenn zum einen der Pfosten einteilig mit dem Kol­ ben hergestellt werden soll und insbesondere dann, wenn es notwendig ist, auch den Rezeß herzustellen. Daher bietet es sich an, wenn der Pfeiler als separates Teil hergestellt wird, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Der Pfeiler 56 hat einen Schaft 57 mit einem geringeren Durchmesser, der in geeigneter Weise, beispielsweise durch einen Preßsitz, in einer Bohrung 58 befestigt ist, welche im Kolben 29 ausgebildet ist, so daß die untere Fläche 59 des Pfeilers gegen die Kolbenstirnfläche 30 anliegt. Der Pfeiler 56 ist derart zentriert, daß er koaxial mit der Ausströmöffnung 38 ist oder wenn diese nicht kreisförmig ist, einen entsprechenden Auf­ bau hat, um sicherzustellen, daß kein Bereich des Pfo­ stens oder Pfeilers 56 mit einem Bereich der Ventil­ platte 36 in Kontakt kommen kann, wenn der Kolben sich in der oberen Totpunktstellung befindet. Obwohl der Pfeiler zylindrisch mit geraden Seiten ausgebildet sein kann, bietet es sich an, diesen mit konischen Seiten 61 und einer flachen Stirnfläche 62 auszubilden, die über einen geeigneten Abstand oder Zwischenraum von dem Ausströmventil 41 entfernt bzw. beabstandet ist. Wenn die Seiten 61 des Pfeilers 56 konisch sind, tritt nur die kleinere Stirnfläche 62 des Pfeilers 56 in die Aus­ strömöffnung 38 über die innere Fläche 37 der Ventil­ platte 36 hinaus ein, bevor der Kolben seine obere Tot­ punktstellung erreicht. Aufgrund dieses geringeren Durchmessers steht noch eine ausreichende Fläche der Ausströmöffnung zur Verfügung, um es dem noch im Zylin­ der verbleibenden Gas zu ermöglichen, in die Ausström­ öffnung 38 einzutreten, wobei sowohl das Volumen als auch die Geschwindigkeit der Strömung sich verringern wird, wenn sich der Kolben der oberen Totpunktstellung nähert, wobei die konischen Seiten 61 zunehmend den Wandungen der Ausströmöffnung 38 näherkommen, um so diesen Bereich der Ausströmöffnung wesentlich zu fül­ len, der das Zwischenraumvolumen mitbestimmt. Da der Rezeß der Ausströmöffnung noch benachbart ist, unter­ stützt dieser das Auffangen und Sammeln der Gase um die äußere Peripherie des Kolbens und ermöglicht es hier­ durch, daß diese an dem Pfeiler 56 vorbei in die Aus­ strömöffnung 38 und an dem Ausströmventil 41 vorbei strömen können. Obwohl der Pfeiler auch bei einem Kol­ ben mit einer flachen Stirnfläche ohne Rezeß verwendet werden kann, ist es durch die Kombination von beiden Merkmalen, d. h. des Rezesses auf dem Kolbenkopf und des Pfeilers, der sich in Richtung des Ausströmventils erstreckt, möglich, eine weitere Steigerung des Energiewirkungsgradverhältnisses des Kompressors zu erreichen, und zwar als Ergebins des verringerten Zwischenraumvolumens und des verbesserten Strömungs­ pfades oder -weges für die Ausströmgase am Ende des Hubes.

Claims (6)

1. Hermetischer Kühlungskompressor (10) mit einem Zylinderblock (14) und einer sich darin zu einer Stirnfläche lotrecht erstreckenden Zylinderboh­ rung (28), einer Ventilplatte (36), die an der Stirnfläche befestigt ist und eine ebene Oberfläche aufweist, die sich über die Zylinderbohrung (28) er­ streckt, einem Kolben (29), der in der Zylinderbohrung (28) mit An­ triebsmitteln hin- und herbewegbar auf die Ventilplatte (36) zu und von dieser weg gelagert ist, einer Ausströmöffnung (38), die sich exzentrisch zur Kolbenachse durch die Ventilplatte (36) erstreckt und in die Zylinder­ bohrung (28) mündet, wobei der Kolben eine ebene Stirnfläche (30) auf­ weist, die sich parallel zur Oberfläche der Ventilplatte (36) erstreckt, da­ durch gekennzeichnet, daß in der Stirnfläche (30) des Kolbens (29) ein ausgesparter Bereich (49) vorgesehen ist, der einen konischen äußeren Bereich (51) und einen ebenen Mittelbereich (52) aufweist und eine Tiefe besitzt, die größer als der kleinste Abstand zwischen der verbleibenden Stirnfläche und der Ventilplatte (36) ist, und daß wenigstens ein Teil des ausgesparten Mittelbereichs (52) zu wenigstens einem Teil der Ausström­ öffnung (38) fluchtet.

2. Hermetischer Kühlungskompressor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Aussparung (49) kreisförmig ausgebildet ist und ver­ setzt zur Mittelachse der Zylinderbohrung (28) angeordnet ist.

3. Hermetischer Kühlungskompressor nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pfeiler (54, 56) auf dem Kolben (29) vorgesehen ist, der sich von der Stirnfläche (30) weg in die Ausströmöffnung (38) erstreckt, wenn der Kolben (29) sich an seinem oberen Totpunkt benachbart der Ventilplatte (36) befindet.

4. Hermetischer Kühlungskompressor nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Pfeiler (54, 56) innerhalb der Aussparung (49) ange­ ordnet ist.

5. Hermetischer Kühlungskompressor nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Pfeiler (56) als separates Teil aus­ gebildet ist und an der Stirnfläche (30) des Kolbens (29) befestigt ist.

6. Hermetischer Kühlungskompressor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausströmöffnung (38) zylindrisch und der Pfeiler (54, 56) konisch ausgebildet sind.