DE102004057467B3 - Starting process for a reciprocating compressor - Google Patents

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Abstract

The starting process for piston compressor (1) containing a piston (2) involves a returning failures creating a returning torque (AR) towards a compression point of the piston setting (S). The returning torque is held long enough for the compressor to be moved to the starting position by a fluid expelled from the compression cavity (9) through at least one leakage point (16) to overcome an inertia .to reach the starting position.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Starten eines Kolbenverdichters. Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf einen nach dem genannten Verfahren arbeitenden Kolbenverdichter.The The invention relates to a method for starting a reciprocating compressor. The invention further relates to a named after said Procedure working reciprocating compressor.

Ein Kolbenverdichter weist üblicherweise mindestens einen Kolben auf, der mittels eines Motors in einem Druckzylinder derart bewegbar ist, dass das Volumen eines zwischen dem Druckzylinder und dem Kolben gebildeten Kompressionsraums im Zuge der Kolbenbewegung periodisch expandiert und komprimiert wird. Während der Expansionsphase wird hierbei ein komprimierbares Fluid, insbesondere ein Kältemittel wie z.B. R600a, durch ein in dem Druckzylinder vorgesehenes Einlassventil in den Kompressionsraum angesaugt. Das angesaugte Fluid wird während der anschließenden Kompressionsphase komprimiert und unter erhöhtem Druck durch ein Auslassventil des Druckzylinders ausgestoßen. Diejenige Kolbenstellung, die den Übergang von einer Kompressionsphase in eine nachfolgende Expansionsphase kennzeichnet, ist nachfolgend als Kompressionspunkt bezeichnet. Diejenige Kolbenstellung, die den Übergang zwischen einer Expansionsphase und einer nachfolgenden Kompressionsphase kennzeichnet, ist analog hierzu als Expansionspunkt bezeichnet.One Piston compressor usually has at least a piston, which by means of a motor in a pressure cylinder is movable so that the volume of a between the impression cylinder and the piston formed compression space in the course of the piston movement periodically expanded and compressed. During the expansion phase is in this case, a compressible fluid, in particular a refrigerant such as. R600a, by an intake valve provided in the pressure cylinder sucked into the compression chamber. The sucked fluid is during the subsequent Compression phase compressed and under increased pressure through an outlet valve ejected from the printing cylinder. the one Piston position, the transition from a compression phase to a subsequent expansion phase is referred to below as the compression point. The piston position that marks the transition between an expansion phase and a subsequent compression phase is analogous referred to as expansion point.

Die Bezeichnung Kolbenverdichter bezieht sich sowohl auf einen Hubkolbenverdichter als auch auf einen Rotations- oder Rollkolbenverdichter. Bei einem Hubkolbenverdichter ist der Kolben in dem Druckzylinder linear beweglich. Der Kolben eines solchen Hubkolbenverdichters wird üblicherweise über einen rotierenden Exzenter angetrieben. Bei einem Rotationskolbenzylinder ist der Kolben dagegen direkt über eine Antriebswelle drehangetrieben und rotiert bezüglich des Druckzylinders. Ohne Beschränkung auf eine dieser beiden Bauformen wird nachfolgend als Maß für die Kolbenstellung die Drehstellung der Antriebswelle bzw. des Exzenters herangezogen, so dass auch die Bezugnahme auf eine bestimmte Kolbenstellung eines Hubkolbenverdichters in Form einer Winkelangabe erfolgt. Der Ablauf einer Expansionsphase und einer anschließenden Kompressionsphase, der in der Regel einer Volldrehung der Antriebswelle bzw. des Exzenters um 360° entspricht, wird als Arbeitszyklus des Kolbenverdichters bezeichnet.The Designation Piston compressor refers both to a reciprocating compressor as well as on a rotary or rotary piston compressor. At a Reciprocating compressor, the piston in the pressure cylinder is linearly movable. The piston of such a reciprocating compressor is usually over a driven by a rotating eccentric. In a rotary piston cylinder the piston is directly over a drive shaft rotates and rotates with respect to the Pressure cylinder. Without restriction On one of these two forms is below as a measure of the piston position the rotational position of the drive shaft or the eccentric used, so that the reference to a particular piston position of a Reciprocating compressor takes the form of an angle specification. The sequence an expansion phase and a subsequent compression phase, the usually a full rotation of the drive shaft or the eccentric corresponding to 360 °, will referred to as duty cycle of the reciprocating compressor.

Im Betrieb eines Kolbenverdichters tritt ein mit dem Arbeitszyklus periodisch schwankendes Lastmoment auf, das in der Regel im Verlauf der Kompressionsphase ein ausgeprägtes Maximum (nachfolgend als Lastspitze bezeichnet) durchläuft. Es ist üblich, einen elektronisch geregelten Kolbenverdichter derart auszulegen, dass das Maximalantriebsmoment des Motors den während der Lastspitze auftretenden Maximalwert des Lastmoments unterschreitet. Im Betrieb wird die Lastspitze durch die Trägheit des Kolbenverdichters, d.h. durch die in einer Schwungmasse gespeicherte kinetische Energie, überwunden.in the Operation of a reciprocating compressor occurs with the duty cycle Periodically fluctuating load torque, which usually in the course the compression phase a pronounced maximum (hereinafter referred to as Load peak denotes) passes through. It is common, to design an electronically controlled reciprocating compressor in such a way that the maximum drive torque of the motor occurring during the peak load Maximum value of the load torque falls below. In operation, the Load peak due to inertia of the reciprocating compressor, i. by the stored in a flywheel kinetic energy, overcome.

Beim Start eines Kolbenverdichters ist der hierfür nötige Schwung nicht vorhanden, so dass ein gewöhnlicher Kolbenverdichter aus eigener Kraft häufig nicht, oder zumindest nicht aus jeder Kolbenstellung, gestartet werden kann. Um den Schwungweg zu erhöhen und somit den Selbststart zu erleichtern, wird bisweilen der Kolben eines Kolbenverdichters vor dem eigentlichen Startvorgang entgegen einer Betriebsdrehrichtung zurückgedreht. Bei einem herkömmlichen Kolbenverdichter wird dieses Zurückdrehen des Kolbens spätestens bei einer Kolbenstellung beendet, bei welcher das Maximalantriebsmoment des Motors dem einer weiteren Kompression entgegenstehenden Lastmoment entspricht vgl. DE 10023523 C1 . Diese Kolbenstellung wird nachfolgend als Beharrungspunkt bezeichnet.When starting a reciprocating compressor the necessary momentum is not present, so that an ordinary reciprocating compressor by its own power often can not, or at least not from each piston position, can be started. In order to increase the swing path and thus facilitate the self-start, sometimes the piston of a reciprocating compressor is turned back against the operating direction of rotation before the actual starting process. In a conventional reciprocating compressor, this reverse rotation of the piston is terminated at the latest at a piston position, in which the maximum drive torque of the motor corresponds to the load torque opposing a further compression cf. DE 10023523 C1 , This piston position is hereinafter referred to as steady point.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mittels welchem bei einem Kolbenverdichter auf einfache Weise ein verbessertes Startverhalten erzielt wird. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, einen zur Durchführung des genannten Verfahrens geeigneten Kolbenverdichter anzugeben.Of the Invention has for its object to provide a method by means of which in a reciprocating compressor in an easy way an improved Starting behavior is achieved. The invention is still the task underlying, one to carry specify the said method suitable reciprocating compressor.

Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Danach ist vorgesehen, zunächst in einer Rücksetzphase den Kolben eines Kolbenverdichters unter Aufbringung eines Rücksetzantriebsmoments in Richtung auf einen Kompressionspunkt der Kolbenstellung anzutreiben, und das Rücksetzantriebsmoment so lange aufrechtzuerhalten, bis der Kolben unter Überschreitung eines Beharrungspunktes eine Startposition erreicht hat. Hierbei wird gezielt mindestens eine Leckstelle des Kolbenverdichters ausgenützt, durch welche das im Zuge der Rücksetzphase komprimierte Fluid aus dem Kompressionsraum entweicht, so dass sich die Kolbenstellung über den Beharrungspunkt hinaus der Startposition sukzessive annähert. In einer auf das Erreichen der Startposition folgenden Beschleunigungsphase wird der Kolben dann aus der Startposition mit einem Startantriebsmoment in eine Betriebsdrehrichtung beschleunigt. Als Leckstelle wird insbesondere das bei einem Kolbenverdichter baubedingt stets vorhandene Kolben-Zylinder-Spiel ausgenützt.Regarding the Method, the object is achieved by the features of the claim 1. Thereafter, it is intended, first in a reset phase the piston of a reciprocating compressor under application of a reset drive torque in To drive towards a compression point of the piston position, and the reset drive torque To maintain until the piston is exceeded of a persistence point has reached a start position. in this connection targeted at least one leak of the piston compressor is exploited by which in the course of the reset phase Compressed fluid escapes from the compression space, leaving itself the piston position over beyond the persistence point, the starting position gradually approaches. In an acceleration phase following reaching the start position Then the piston is from the start position with a starting drive torque accelerated in one operating direction. As a leak, in particular the construction of a piston compressor construction always present piston-cylinder game exploited.

Mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren wird bei einem Kolbenverdichter auf einfache Weise ein besonders langer Beschleunigungsweg zur Aufnahme der zur Überwindung der Lastspitze erforderlichen kinetischen Energie erzielt. Das Antriebssystem des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Kolbenverdichters kann hierdurch auf ein vergleichsweise kleines Maximalantriebsmoment ausgelegt werden. Hierdurch werden in entscheidendem Maße Herstellungskosten eingespart.With the method described above is in a reciprocating compressor to simple Way achieved a particularly long acceleration path for receiving the required kinetic energy to overcome the peak load. The drive system of the piston compressor operating according to the method of the invention can hereby be designed for a comparatively small maximum drive torque. As a result, manufacturing costs are saved to a decisive extent.

Das Rücksetzantriebsmoment ist bevorzugt der Betriebsdrehrichtung entgegengerichtet, so dass der Kolbenverdichter während der Rücksetzphase entgegen der Betriebsdrehrichtung zurückgedreht wird. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn infolge der Bauart des Kolbenverdichters bei Rückwärtsdrehung ein geringeres Lastmoment und/oder eine höhere Leckrate auftritt als bei entsprechender Vorwärtsdrehung. Insbesondere bei einem Hubkolbenverdichter verhalten sich die Leckrate und der Verlauf des Lastmoments in der Regel symmetrisch bezüglich einer Umkehr der Drehrichtung. In diesem Fall kann der Kolben während der Rücksetzphase äquivalenterweise auch in Betriebsdrehrichtung angetrieben werden.The Reset drive torque is preferably the operating direction of rotation opposite, so that the Piston compressor during the reset phase the operating direction is turned back. This is particularly useful if, due to the design of the Piston compressor during reverse rotation a lower load moment and / or a higher leak rate occurs than with appropriate forward rotation. Especially in a reciprocating compressor behave the leak rate and the course of the load torque usually symmetrical with respect to a Reversal of the direction of rotation. In this case, the piston during the Reset phase equivalently also be driven in operating direction.

Um während der Beschleunigungsphase einen möglichst langen Beschleunigungsweg zu erzielen, ist die Startposition bevorzugt derart gewählt, dass sie in der Umgebung des Kompressionspunkts liegt oder diesem in Betriebsdrehrichtung gesehen geringfügig vorgelagert ist. Zweckmäßigerweise liegt die Startposition insbesondere in einem Winkelbereich von +/– 30° um den Kompressionspunkt.Around while the acceleration phase one possible long acceleration path, the starting position is preferred chosen such that it is in the vicinity of the compression point or this in Operating direction seen slightly upstream. Conveniently, the starting position is in particular in an angular range of +/- 30 ° around the compression point.

Bezüglich des Kolbenverdichters wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 6. Der Kolbenverdichter umfasst danach einen mittels eines Antriebssystems in einem Druckzylinder bewegbaren Kolben. Das Antriebssystem umfasst einen über eine Antriebswelle auf den Kolben wirkenden elektrischen Motor und eine diesen ansteuernde elektronische Steuereinheit. Die Steuereinheit ist hierbei zur Ansteuerung des Motors gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren ausgebildet. Die Steuereinheit ist dabei insbesondere dazu ausgebildet, während der Rücksetzphase den Motor derart anzusteuern, dass der Kolben unter Wirkung des Rücksetzantriebsmoments in Richtung auf den Kompressionspunkt angetrieben wird und das Rücksetzantriebsmoment so lange aufrechtzuerhalten, bis der Kolben eine Startposition erreicht hat. Die Steuereinheit ist weiterhin dazu ausgebildet, den Motor während der Beschleunigungsphase derart anzusteuern, dass der Kolben aus der Startposition heraus unter Wirkung des Startantriebsmoments in Betriebsdrehrichtung beschleunigt wird.Regarding the Piston compressor, the above object is achieved by the invention the features of claim 6. The reciprocating compressor comprises thereafter a movable by means of a drive system in a pressure cylinder piston. The drive system comprises one via a drive shaft the electric motor acting on the piston and a motor driving it electronic control unit. The control unit is here to control of the engine according to the above formed method described. The control unit is included specially adapted during the reset phase to control the engine so that the piston under the action of the Reset drive torque is driven toward the compression point and the reset drive torque maintain until the piston reaches a start position Has. The control unit is further adapted to the engine while to control the acceleration phase such that the piston out the starting position under the effect of the starting drive torque is accelerated in operating direction.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:following is an embodiment of Invention explained in more detail with reference to a drawing. Show:

1 bis 4 jeweils in schematischer Schnittdarstellung einen Kolbenverdichter in vier aufeinander folgenden Kolbenstellungen während des Startvorgangs des Kolbenverdichters, 1 to 4 each in a schematic sectional view of a reciprocating compressor in four successive piston positions during the starting process of the reciprocating compressor,

5 in einem schematischen Diagramm einen charakteristischen Verlauf des im Betrieb des Kolbenverdichters gemäß 1 auftretenden Lastmoments in Abhängigkeit der Kolbenstellung und 5 in a schematic diagram, a characteristic course of the operation of the reciprocating compressor according to 1 occurring load torque as a function of the piston position and

6 in Darstellung gemäß 5 den Verlauf des Lastmoments während des Startvorgangs. 6 in illustration according to 5 the course of the load torque during the starting process.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.each other corresponding parts and sizes are always provided with the same reference numerals in all figures.

Der in den 1 bis 4 schematisch dargestellte Kolbenverdichter 1 ist als Hubkolbenverdichter ausgebildet. Der Kolbenverdichter 1 umfasst einen Kolben 2, der in einem Druckzylinder 3 linear (in gemäß 1 senkrechter Richtung) verschiebbar ist. Zum Antrieb des Kolbens 2 ist ein elektrischer Motor 4 vorgesehen, der insbesondere als Permanentmagnet-Synchronmotor ausgebildet und mittels einer elektronischen Steuereinheit 5 angesteuert ist. Der Motor 4 wirkt über eine lediglich angedeutete Antriebswelle 6 auf einen Antriebsexzenter 7, der wiederum über eine Pleuelstange 8 gelenkig mit dem Kolben 2 verbunden ist, so dass in bekannter Weise eine Drehbewegung des Antriebsexzenters 7 in eine lineare Schwingungsbewegung des Kolbens 2 umgesetzt wird.The in the 1 to 4 schematically illustrated reciprocating compressor 1 is designed as a reciprocating compressor. The piston compressor 1 includes a piston 2 in a printing cylinder 3 linear (in accordance with 1 vertical direction) is displaceable. To drive the piston 2 is an electric motor 4 provided, in particular, designed as a permanent magnet synchronous motor and by means of an electronic control unit 5 is controlled. The motor 4 acts via a merely indicated drive shaft 6 on a drive eccentric 7 in turn, via a connecting rod 8th articulated with the piston 2 is connected, so that in a known manner a rotational movement of the drive eccentric 7 in a linear oscillatory motion of the piston 2 is implemented.

Durch den Druckzylinder 3 und den Kolben 2 wird ein Kompressionsraum 9 begrenzt, in welchen an einem von dem Kolben 2 abgewandten Zylinderboden 10 des Druckzylinders 3 ein Einlass 11 und ein Auslass 12 für ein zu komprimierendes Fluid F münden. Bei dem Fluid F handelt es sich bevorzugt um ein Kältemittel, z.B. R600a.Through the printing cylinder 3 and the piston 2 becomes a compression space 9 limited, in which at one of the piston 2 opposite cylinder bottom 10 of the printing cylinder 3 an inlet 11 and an outlet 12 for a fluid F to be compressed. The fluid F is preferably a refrigerant, eg R600a.

An der jeweiligen Mündung des Einlasses 11 bzw. Auslasses 12 in den Kompressionsraum 9 ist ein Einlassventil 13 bzw. Auslassventil 14 vorgesehen, das, je nach Ventilstellung den Einlass 11 bzw. Auslass 12 fluiddicht sperrt oder freigibt. Jedes Ventil 13 bzw. 14 ist als Klappe ausgebildet, die durch eine elastische Kraft, insbesondere eine Feder, oder durch elastische Ausbildung der Klappe selbst in einer geschlossenen Ruhestellung vorgespannt ist. Jedes Ventil 13 bzw. 14 öffnet und schließt nach Art eines Rückschlagventils selbsttätig unter Wirkung eines entsprechenden Druckgradienten des Fluids F. Das Einlassventil 13 öffnet hierbei, wenn im Kompressionsraum 9 gegenüber dem Einlass 11 ein hinreichender Unterdruck herrscht. Analog öffnet das Auslassventil 14, wenn in dem Kompressionsraum 9 gegenüber dem Auslass 12 ein hinreichender Überdruck herrscht.At the respective mouth of the inlet 11 or outlet 12 in the compression room 9 is an inlet valve 13 or exhaust valve 14 provided that, depending on the valve position, the inlet 11 or outlet 12 fluid-tight locks or releases. Every valve 13 respectively. 14 is designed as a flap, which is biased by an elastic force, in particular a spring, or by elastic design of the flap even in a closed rest position. Every valve 13 respectively. 14 opens and closes automatically in the manner of a check valve under the action of a corresponding pressure gradient of the fluid F. The inlet valve 13 opens when in the compression room 9 opposite the inlet 11 a sufficient negative pressure prevails. Analog opens the exhaust valve 14 when in the compression room 9 opposite the outlet 12 a sufficient overpressure prevails.

Das Volumen des Kompressionsraums 9 variiert in Abhängigkeit der Kolbenstellung S. Als Maß für die Kolbenstellung S wird hierbei die Dreh- oder Winkelstellung der Antriebswelle 6 und des mit dieser drehfest verbundenen Antriebsexzenters 7 herangezogen. Bei einer Kolbenstellung S = 0° ist der Kolben 2 maximal in den Druckzylinder 3 hineingefahren, und das Volumen des Kompressionsraums 9 somit minimiert. Bei einer Kolbenstellung S = 180° ist der Kolben 2 entsprechend maximal aus dem Druckzylinder 3 herausgezogen, und das Volumen des Kompressionsraums 9 somit maximiert. Unter Drehung des Antriebsexzenters 7 in einer in 1 angedeuteten Betriebsdrehrichtung B entspricht eine Änderung der Kolbenstellung S von 0° auf 180° einer Expansionsphase E (5), im Zuge derer der Kompressionsraum 9 expandiert, und somit Fluid aus dem Einlass 11 angesaugt wird. Eine Änderung der Kolbenstellung S von 180° auf 360° = 0° entspricht einer Kompressionsphase K (5), während derer das in dem Kompressionsraum 9 enthaltene Fluid F verdichtet und durch den Auslass 12 ausgestoßen wird. Der einer Kolbenstellung S = 0° entsprechende Beginn der Expansionsphase E wird als Kompressionspunkt Sk bezeichnet, der einer Kolbenstellung S = 180° entsprechende Beginn der Kompressionsphase K wird als Expansionspunkt Se bezeichnet. Eine Volldrehung des Antriebsexzenters 7, d.h. eine Änderung der Kolbenstellung S von 0° auf 360° wird als Arbeitszyklus des Kolbenverdichters 1 bezeichnet. Der Arbeitszyklus umfasst somit die Expansionsphase E und die darauf folgende Kompressionsphase K.The volume of the compression space 9 varies as a function of the piston position S. As a measure of the piston position S is in this case the rotational or angular position of the drive shaft 6 and of the non-rotatably connected drive eccentric 7 used. With a piston position S = 0 ° is the piston 2 maximum in the impression cylinder 3 driving in, and the volume of the compression space 9 thus minimized. With a piston position S = 180 ° is the piston 2 corresponding to maximum from the impression cylinder 3 pulled out, and the volume of the compression chamber 9 thus maximized. Under rotation of the drive eccentric 7 in an in 1 indicated operating direction B corresponds to a change in the piston position S from 0 ° to 180 ° of an expansion phase E ( 5 ), in the course of which the compression space 9 expands, and thus fluid from the inlet 11 is sucked. A change in the piston position S from 180 ° to 360 ° = 0 ° corresponds to a compression phase K (FIG. 5 ), while that in the compression room 9 contained fluid F compressed and through the outlet 12 is ejected. The beginning of the expansion phase E corresponding to a piston position S = 0 ° is referred to as the compression point S k , the beginning of the compression phase K corresponding to a piston position S = 180 ° is referred to as the expansion point S e . One full turn of the drive eccentric 7 , ie a change in the piston position S from 0 ° to 360 ° is called the duty cycle of the reciprocating compressor 1 designated. The duty cycle thus comprises the expansion phase E and the subsequent compression phase K.

Während des Betriebs des Kolbenverdichters 1 tritt – im Wesentlichen bedingt durch den veränderlichen Fluiddruck im Kompressionsraum 9 – ein von dem Kolben 2 auf den Antriebsexzenter 7 ausgeübtes Lastdrehmoment (im Folgenden kurz als Lastmoment L bezeichnet) auf, das einem von dem Motor 4 auf den Antriebsexzenter 7 ausgeübten Antriebsdrehmoment (im Folgenden kurz als Antriebsmoment A bezeichnet) entgegenwirkt.During operation of the reciprocating compressor 1 occurs - mainly due to the variable fluid pressure in the compression chamber 9 - one of the piston 2 on the drive eccentric 7 applied load torque (hereinafter referred to briefly as the load torque L), which is one of the motor 4 on the drive eccentric 7 acting drive torque (hereinafter referred to as drive torque A) counteracts.

Wie in 5 exemplarisch dargestellt ist, variiert das Lastmoment L in Abhängigkeit der Kolbenstellung S periodisch. Unter gewöhnlichen Betriebsbedingungen ist der Betrag des während der Expansionsphase E auftretenden Lastmoments L gering, während das Lastmoment L im Verlauf der Kompressionsphase K ein ausgeprägtes Maximum durchläuft, das nachfolgend als Lastspitze P bezeichnet ist. Ein Maximallastmoment Lmax wird im Bereich der Lastspitze P etwa bei einer Kolbenstellung von S ≈ 270° erreicht.As in 5 is shown as an example, varies the load torque L as a function of the piston position S periodically. Under normal operating conditions, the magnitude of the load torque L occurring during the expansion phase E is low, while the load moment L undergoes a pronounced maximum during the compression phase K, which is referred to below as the load peak P. A maximum load moment L max is achieved in the region of the load peak P approximately at a piston position of S ≈ 270 °.

Der Motor 4 ist derart ausgelegt, dass ein auf den Antriebsexzenter 7 ausübbares Maximalantriebsmoment Amax kleiner als das Maximallastmoment Lmax ist. Demzufolge existiert eine Kolbenstellung S, an welcher das Lastmoment L das Maximalantriebsmoment Amax gerade überschreitet, so dass die Motorleistung zu einer weiteren Kompression nicht mehr ausreicht. Dieser so genannte Beharrungspunkt Sb tritt in der Umgebung der Lastspitze P, d.h. bei einem Antrieb des Kolbens 2 in Betriebsrichtung B bei einer 270° geringfügig unterschreitenden Kolbenstellung S auf.The motor 4 is designed so that one on the drive eccentric 7 exercisable maximum drive torque A max is smaller than the maximum load torque L max . Consequently, there is a piston position S, at which the load torque L exceeds the maximum drive torque A max straight, so that the engine power is no longer sufficient for further compression. This so-called steady point S b occurs in the vicinity of the load peak P, ie when the piston is driven 2 in operating direction B at a 270 ° slightly lower piston position S.

Bei einem Antrieb des Kolbens 2 entgegen der Betriebsdrehrichtung B tritt bei dem Kolbenverdichter 1 ein im Wesentlichen bezüglich des Kompressionspunktes Sk symmetrisch gespiegeltes Lastmoment L' (in 5 als gepunktete Linie angedeutet) mit einer zugehörigen Lastspitze P' auf. Bei Rückwärtsdrehung wird ein entsprechender Beharrungspunkt S'b bei einer 90° geringfügig übersteigenden Kolbenstellung S erreicht.With a drive of the piston 2 contrary to the operating direction of rotation B occurs in the reciprocating compressor 1 a substantially symmetrically mirrored with respect to the compression point S k load torque L '(in 5 indicated by a dotted line) with an associated load peak P '. Upon reverse rotation, a corresponding steady-state point S ' b is reached at a piston position S slightly exceeding 90 °.

Im Betrieb des Kolbenverdichters 1 wird der Beharrungspunkt Sb, und damit die Lastspitze P unter Ausnutzung der kinetischen Energie des Kolbenverdichters 1 überwunden. Diese kinetische Energie steht beim Start des Kolbenverdichters 1 jedoch noch nicht zur Verfügung, so dass der Kolbenverdichter 1 aus einer exemplarisch in 1 dargestellten initialen Kolbenstellung SI aus eigener Kraft nicht direkt gestartet werden kann. Zur Verbesserung des Startverhaltens des Kolbenverdichters 1 dient das nachfolgend anhand der 2 bis 4 sowie 6 näher beschriebene Verfahren.In operation of the reciprocating compressor 1 becomes the steady point S b , and thus the load peak P by utilizing the kinetic energy of the reciprocating compressor 1 overcome. This kinetic energy is at the start of the reciprocating compressor 1 However, not yet available, so that the reciprocating compressor 1 from an example in 1 shown initial piston position S I can not be started directly on its own. To improve the starting behavior of the reciprocating compressor 1 the following serves on the basis of 2 to 4 such as 6 closer described method.

Der Startvorgang des Kolbenverdichters 1 ist danach gegliedert in eine Rücksetzphase 15 (6) sowie eine anschließende Beschleunigungsphase 16 (6). Während der Rücksetzphase 15 wird der Kolben 2 aus der initialen Kolbenstellung SI entgegen der Betriebsdrehrichtung B mit geringem Antriebsmoment zurückgedreht, bis hinsichtlich der Kolbenstellung S eine Startposition SIV (4) erreicht ist. Der Kolbenverdichter 1 durchläuft hierbei die in den 2 und 3 dargestellten Kolbenstellungen SII bzw. SIII Kennzeichen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die Startposition SIV in der Umgebung des Kompressionspunktes Sk, und hierbei insbesondere zwischen den Beharrungspunkten Sb und S'b gewählt ist, so dass während der Rücksetzphase 15 bei Zurückdrehung des Kolbens 2 der Beharrungspunkt S'b überwunden werden muss. Ebenso müsste, wenn der Kolben 2 durch eine Vorwärtsdrehung in die Startposition SIV bewegt werden sollte, der Beharrungspunkt Sb überwunden werden.The starting process of the reciprocating compressor 1 is then broken down into a reset phase 15 ( 6 ) and a subsequent acceleration phase 16 ( 6 ). During the reset phase 15 becomes the piston 2 turned back from the initial piston position S I against the operating direction of rotation B with low drive torque until, with regard to the piston position S, a starting position S IV (FIG. 4 ) is reached. The piston compressor 1 goes through this in the 2 and 3 piston positions S shown II or S III characteristic of the method according to the invention is that the starting position S IV k in the vicinity of the compression point S, and S b and 'B is selected here in particular between steady points S, so that during the reset phase 15 on reverse rotation of the piston 2 the persistence point S ' b must be overcome. Likewise, if the piston 2 should be moved by a forward rotation in the starting position S IV , the persistence point S b are overcome.

Die Überwindung des Beharrungspunktes S'b gelingt, indem durch den Motor 4 während der Rücksetzphase 15 ein Rücksetzantriebsmoment AR ausgeübt wird, das auch und gerade dann aufrecht erhalten wird, wenn der Beharrungspunkt S'b erreicht bzw. überschritten ist. Dies wird technisch realisiert, indem das Statorfeld des Motors 4 für eine vorgegebene Zeitspanne mit einer geringen Winkelgeschwindigkeit zurückgedreht wird.Overcoming the persistence point S ' b succeeds by the engine 4 during the reset phase 15 a reset drive torque A R is exerted, which is maintained and even then, when the steady point S ' b is reached or exceeded. This is technically realized by the stator of the motor 4 is turned back for a predetermined period of time at a low angular velocity.

Hierbei werden gezielt Leckstellen des Kompressionsraums 9 ausgenützt, die baubedingt, insbesondere durch das stets in gewissem Umfang vorhandene Kolben-Zylinder-Spiel gegeben sind. Bei Aufrechterhaltung des Rücksetzantriebsmoments AR entweicht, entgegen dem gewöhnlichen Betriebsverhalten des Kolbenverdichters 1, durch diese Leckstellen 17 in nennenswertem Umfang Fluid F (3), so dass bei stationären Lastverhältnissen das Volumen des Kompressionsraums 9 weiter verringert wird und sich hierdurch die Kolbenstellung S über den Beharrungspunkt S'b hinweg an den Kompressionspunkt Sk annähert. Die Lastspitze P' wird auf diese Weise quasi „durchtunnelt".Here are targeted leaks of the compression chamber 9 exploited, the construction-related, in particular given by the always present to some extent piston-cylinder game. While maintaining the reset drive torque A R escapes, contrary to the usual performance of the reciprocating compressor 1 , through these leaks 17 to a significant extent fluid F ( 3 ), so that at steady-state load conditions the volume of the compression space 9 is further reduced and thereby the piston position S approaches about the steady-state point S ' b to the compression point S k . The load peak P 'is virtually "tunneled through" in this way.

Je nach Bauart des Kolbenverdichters 1 können zusätzlich oder alternativ zu den durch das Kolben-Zylinder-Spiel gegebenen Leckstellen 17 auch eine gegebenenfalls den Kompressionsraum 9 mit dem Einlass 11 verbindende Leckstelle herangezogen werden. Zusätzlich oder alternativ zu baubedingten Leckstellen 17 kann auch eine künstliche Leckstelle, z.B. in Form einer dünnen, das Einlassventil 13 umgehenden Bypassleitung vorgesehen sein. Dies ist insbesondere sinnvoll, wenn ein Entweichen des Fluids F an die Umwelt vermieden werden soll.Depending on the design of the reciprocating compressor 1 may additionally or alternatively to the leaks given by the piston-cylinder clearance 17 also an optionally the compression space 9 with the inlet 11 connecting leak are used. Additionally or alternatively to construction-related leaks 17 can also be an artificial leak, eg in the form of a thin, the inlet valve 13 be provided immediately bypassing. This is particularly useful if an escape of the fluid F to the environment should be avoided.

Die genaue Lage der Startposition SIV hängt geringfügig von der initialen Kolbenstellung SI ab. Die Motoransteuerung während der Rücksetzphase 15 ist hierbei derart ausgelegt, dass die Startposition SIV stets in einem Winkelbereich von +/– 30° um den Kompressionspunkt Sk liegt und bei einer initialen Kolbenstellung SI von ca. 180° im Wesentlichen mit dem Kompressionspunkt Sk übereinstimmt. Als zweckmäßig zur geeigneten Dimensionierung des Rücksetzantriebsmoments AR hat sich eine Motoransteuerung erwiesen, bei der das Statorfeld des Motors 4 für eine vorgegebene Zeitspanne zwischen 3 und 30 Sekunden mit einer Winkelgeschwindigkeit zwischen 1 und 10 Umdrehungen pro Minute, insbesondere für ca. 20 Sekunden mit ca. 4 Umdrehungen pro Minute, zurückgedreht wird.The exact position of the starting position S IV is slightly dependent on the initial piston position S I. The motor control during the reset phase 15 is here designed such that the starting position S IV is always in an angular range of +/- 30 ° to the compression point S k and at an initial piston position S I of approximately 180 ° substantially coincides with the compression point S k . As appropriate for the appropriate dimensioning of the reset drive torque A R , a motor drive has been found in which the stator of the motor 4 for a predetermined period of time between 3 and 30 seconds with an angular velocity between 1 and 10 revolutions per minute, in particular for about 20 seconds with about 4 revolutions per minute, is turned back.

Nach Erreichen der Startposition SIV wird im Zuge der Beschleunigungsphase 16 ein Startantriebsmoment AS auf den Antriebsexzenter 7, und somit auf den Kolben 2, ausgeübt, das in Betriebsdrehrichtung B wirkt und hinsichtlich seines Betrags dem Maximalantriebsmoment Amax entspricht.After reaching the starting position S IV is in the course of the acceleration phase 16 a starting drive torque A S on the drive eccentric 7 , and thus on the piston 2 , exerted, which acts in operating direction B and in terms of its amount corresponds to the maximum drive torque A max .

Wie insbesondere aus 6 erkennbar ist, durchläuft die Kolbenstellung S während der Beschleunigungsphase 16 einen Beschleunigungsbereich 18 von über 240°, in dessen Verlauf kein erhöhtes Lastmoment L auftritt, wodurch der Kolbenverdichter 1 hinreichend Schwung aufnehmen kann, um die Lastspitze P zu überwinden. Der lange Beschleunigungsbereich 18 ermöglicht somit eine besonders niedrige Auslegung des Motors 4 hinsichtlich des Maximalantriebsmoments Amax, ohne das Startverhalten des Kolbenverdichters 1 zu beeinträchtigen.As in particular from 6 can be seen, passes through the piston position S during the acceleration phase 16 an acceleration range 18 of over 240 °, in the course of which no increased load torque L occurs, whereby the reciprocating compressor 1 can take enough momentum to overcome the peak load P. The long acceleration range 18 thus allows a particularly low design of the engine 4 with respect to the maximum drive torque A max , without the starting behavior of the reciprocating compressor 1 to impair.

Die Rücksetzphase 15 und die Beschleunigungsphase 16 können zeitlich unmittelbar nacheinander ausgeführt werden. Die Rücksetzphase 15 und die Beschleunigungsphase 16 können aber auch zeitlich getrennt voneinander ausgeführt werden. Insbesondere ist optional vorgesehen, dass die Rücksetzphase 15 am Ende einer Betriebsphase des Kolbenverdichters 1 vorgenommen wird, so dass sich der Kolbenverdichter 1 bei einer anschließenden Betriebsphase bereits von Anfang an in der Startposition SIV befindet und durch Ausführung der Beschleunigungsphase 16 sofort gestartet werden kann. Optional ist alternativ hierzu vorgesehen, dass das vorstehend beschriebene Verfahren erst dann ausgeführt wird, wenn ein zuvor durchgeführter Sofortstartversuch aufgrund einer ungünstigen initialen Kolbenstellung SI missglückt ist.The reset phase 15 and the acceleration phase 16 can be executed one after the other in time. The reset phase 15 and the acceleration phase 16 but they can also be executed separately from each other. In particular, it is optionally provided that the reset phase 15 at the end of an operating phase of the reciprocating compressor 1 is made, so that the piston compressor 1 in a subsequent phase of operation already in the starting position S IV from the beginning and by execution of the acceleration phase 16 can be started immediately. Optionally, as an alternative to this, it is provided that the above-described method is not executed until a previously performed instant start attempt due to an unfavorable initial piston position S I has failed.

Bei dem in den 1 bis 4 dargestellten Kolbenverdichter kann in einer Variante des beschriebenen Startverfahrens des Weiteren auch ein in Betriebsdrehrichtung B wirkendes Rücksetzantriebsmoment AR ausgeübt werden. Des Weiteren ist das beschriebene Startverfahren auch bei einem Rotationskolbenverdichter in äquivalenter Weise anwendbar.In the in the 1 to 4 Furthermore, in one variant of the described start-up method, a reciprocating drive torque A R acting in the operating direction of rotation B can also be exerted. Furthermore, the starting method described is also applicable to a rotary piston compressor in an equivalent manner.

Das beschriebene Verfahren ist äquivalenterweise auch bei einem Kolbenverdichter mit einem anders gearteten elektronisch geregelten Motor, insbesondere einem bürstenlosen Gleichstrommotor (BLDC), einem Asynchronmotor, einem Reluktanzmotor, etc. einsetzbar.The The method described is equivalent even with a reciprocating compressor with a different kind electronically controlled motor, in particular a brushless DC motor (BLDC), an asynchronous motor, a reluctance motor, etc. can be used.

Claims (6)

Verfahren zum Starten eines Kolbenverdichters (1), bei welchem ein Kolben (2) des Kolbenverdichters (1) in einer Rücksetzphase (15) unter Aufbringung eines Rücksetzantriebsmoments (AR) in Richtung auf einen Kompressionspunkt (Sk) der Kolbenstellung (S) angetrieben wird, wobei das Rücksetzantriebsmoment (AR) solange aufrechterhalten wird, bis der Kolbenverdichter (1) infolge von Fluidverdrängung aus dem zwischen dem Kolben (2) und einem korrespondierenden Druckzylinder (3) gebildeten Kompressionsraum (9) durch mindestens eine Leckstelle (17) unter Überschreitung eines Beharrungspunktes (Sb, S'b) eine Startposition (SIV) erreicht hat, und bei welchem der Kolben (2) in einer Beschleunigungsphase (16) aus der Startposition (SIV) mit einem Startantriebsmoment (AS) in einer Betriebsdrehrichtung (B) beschleunigt wird.Method for starting a reciprocating compressor ( 1 ), in which a piston ( 2 ) of the reciprocating compressor ( 1 ) in a reset phase ( 15 ) is driven by application of a reset drive torque (A R ) towards a compression point (S k ) of the piston position (S), the reset drive torque (A R ) being maintained until the reciprocating compressor ( 1 ) due to fluid displacement from between the piston ( 2 ) and a corresponding pressure cylinder ( 3 ) compression space ( 9 ) by at least one leak ( 17 ) while exceeding a Behar point (S b , S ' b ) has reached a start position (S IV ), and in which the piston ( 2 ) in an acceleration phase ( 16 ) is accelerated from the start position (S IV ) with a starting drive torque (A S ) in an operating direction of rotation (B). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rücksetzantriebsmoment (AR) der Betriebsdrehrichtung (B) entgegen gerichtet ist.A method according to claim 1, characterized in that the reset drive torque (A R ) of the operating direction of rotation (B) is directed opposite. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Startposition (SIV) in einem Winkelbereich der Kolbenstellung (S) von +/– 30° bezüglich des Kompressionspunktes (Sk) ausgewählt ist.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the starting position (S IV ) in an angular range of the piston position (S) of +/- 30 ° with respect to the compression point (S k ) is selected. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Rücksetzantriebsmoments (AR) ein Statorfeld eines den Kolbenverdichter (1) antreibenden Motors (4) für eine vorgegebene Zeitspanne zwischen 3 und 30 Sekunden mit einer vorgegebenen Winkelgeschwindigkeit zwischen 1 und 10 Umdrehungen pro Minute angeregt wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that for generating the reset drive torque (A R ) a stator field of the reciprocating compressor ( 1 ) driving engine ( 4 ) is excited for a predetermined period of time between 3 and 30 seconds at a predetermined angular velocity between 1 and 10 revolutions per minute. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Startantriebsmoment (AS) einem vorgegebenen Maximalantriebsmoment (Amax) entspricht.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the starting drive torque (A S ) corresponds to a predetermined maximum drive torque (A max ). Kolbenverdichter (1) mit einem Kolben (2), der mittels einer durch einen Motor (4) angetriebenen Antriebswelle (6) in einem Druckzylinder (3) bewegbar ist, sowie mit einer Steuereinheit (5) zur Ansteuerung des Motors (4), wobei die Steuereinheit (5) dazu ausgebildet ist, – in einer Rücksetzphase (15) ein Rücksetzantriebsmoment (AR) vorzugeben, durch welches der Kolben (2) in Richtung auf einen Kompressionspunkt (Sk) der Kolbenstellung (S) angetrieben wird, – das Rücksetzantriebsmoment (AR) solange aufrechtzuerhalten, bis der Kolben (2) infolge von Fluidverdrängung aus einem zwischen dem Kolben (2) und dem Druckzylinder (3) gebildeten Kompressionsraum (9) durch eine Leckstelle (16) unter Überschreitung eines Beharrungspunktes (Sb, S'b) eine Startposition (SIV) erreicht hat, und in einer Beschleunigungsphase (16) ein Startantriebsmoment (AS) vorzugeben, durch welches der Kolben (2) aus der Startposition (SIV) in eine Betriebsdrehrichtung (B) beschleunigt wird.Reciprocating compressor ( 1 ) with a piston ( 2 ), which by means of a motor ( 4 ) driven drive shaft ( 6 ) in a printing cylinder ( 3 ) is movable, and with a control unit ( 5 ) for controlling the motor ( 4 ), the control unit ( 5 ) is designed to - in a reset phase ( 15 ) to specify a reset drive torque (A R ) through which the piston ( 2 ) is driven in the direction of a compression point (S k ) of the piston position (S), - the reset drive torque (A R ) is maintained until the piston ( 2 ) due to fluid displacement from one between the piston ( 2 ) and the impression cylinder ( 3 ) compression space ( 9 ) through a leak ( 16 ) has exceeded a steady-state point (S b , S ' b ) has reached a start position (S IV ), and in an acceleration phase ( 16 ) to specify a starting drive torque (A S ) through which the piston ( 2 ) is accelerated from the start position (S IV ) in an operating direction of rotation (B).
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