DE2417443A1

DE2417443A1 - Schwingender verdichter fuer kaeltemaschinen

Info

Publication number: DE2417443A1
Application number: DE2417443A
Authority: DE
Inventors: Masao Okuda; Morikazu Omura
Original assignee: Sawafuji Electric Co Ltd
Current assignee: Sawafuji Electric Co Ltd
Priority date: 1973-04-14
Filing date: 1974-04-10
Publication date: 1974-10-31
Also published as: DE2417443B2; US3886419A; DE2417443C3

Description

PATENTANWALT Dr. jur. UWE SREISS - 7 STUTTGART 1

"iplom-lngenieur, M. Sc. Schicfcstroße 2

Telefon {0711} 245734 Telegrammadresse UDEPAT

8. April 1974

Anmelder: Sawafuji Electric Co., Ltd. Mein Zeichen=

104, 6-chome, Maeno-cho ⁰^ *^SÖ

Itabashi-ku 2 4 1 ^V ^ 4

Tokyo/Japan λ»η.λ*.ζ.=

Priorität: 1) 14. April 19 7 3 2) 20. März Ij74

Japan " Japan

Sho 48-042429

Schv/ingender Verdichter für Kältemaschinen

Die Erfindung betrifft einen schwingend .-λ Verdichte?.' für Kältemaschinen, insbesondere für Kühlschränke, die von Batterien mit kleiner Kapazität betreibbar sein r.üssen, z.B. für Kühlschränke für Wohnwagen oder Boote.

Derartige Verdichter benötigen einen e"¹ jictrischen Wandler, der einen Gleichstrom in einen Wechselstrom wandeln kann. Der Verdichter und der Kühl sehr an¹-' sollten auch mit einem Wechselstrom, wie er gewöhnlich auf Campingplätzen und in Bootshäfen verfügbar ist, bet-oibbar sein, damit die Ladung der Batterie möglichst geschont v/erden kann. Außerdem sollte ein derartiger Kühlschran¹- möglichst kompakt aufgebaut sein und möglichst wenig wie:.on, damit er leicht transportiert v/erden kann.

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Um diese Erfordernisse zu erfüllen, sollten bei der Konstruktion die folgenden Richtlinien angewendet werden.

.1. Der Verdichter sollte mit hinreichend hohem Wirkungsgrad arbeiten, damit möglichst wenig der in der Batterie gespeicherten Energie verbraucht wird;

2. Der Verdichter und sein -Antriebsmechanismus sollten möglichst klein und leicht sein;

3. Der Verdichter sollte sowohl mit einer w'eehselstromquelle als auch mit einer Gleichstromquelle betreibbar sein.

Bei einem bekannten schwingenden Verdichter werden die mechanischen Schwingungen und die elektrischen Schwingungen auf Resonanz abgestimmt. Dieser Verdicht er kann jedoch nur unter Verwendung dieses Resonanzphänomens und nur mit einer Wechselstromquelle betrieben werden. Er v/eist außerdem die Nachteile auf, daß die frequenz der Energiequelle sich ändert, daß der Gasdruck an der Ansaugöffnung und an der Ausstoßöffnung aufgrund von Veränderungen der Umgebungstemperatur verschieden ist und daß .die natürliche Eigenfrequenz des mechanischen Schwingsy- ■ stems wegen der mechanischen Anordnung, z.B. wegen des mit der Schwingfeder verbundenen Gestänges, oder wegen der bei der Produktion auftretenden Unterschiede der mechanischen Eigenschaften veränderlich ist. Diese Nachteile verhindern die Erzielung eines hohen Verdichtungswirkungsgrades und einer hohen Betriebssicherheit.

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Es ist ein Halbleiterwandler bekannt', welcher den Gleichstrom einer Batterie in Wechselstrom umwandelt und mit diesem den Verdichter betreibt. Dieser bekannte Wandler kann jedoch nicht ständig regelmäßige Wellenformen erzeugen. Palis der Verdichter unabhängig von seiner Energiequelle konstruiert und ausgelegt ist, treten mehrere der erwähnten Probleme gleichzeitig auf und verstärken die Phasenverschiebung der beiden schwingenden Systeme, wodurch der Wirkungsgrad des Verdichters noch wesentlich verschlechtert wird. Der Versuch, die Verdichtungskapazität durch Erhöhung der .Antriebsenergie zu erhöhen, bringt den Nachteil mit sich, daß der Verdichter notwendigerweise schwerer ist. Um dieses Problem zu vermeiden, verbleibt lediglich die Möglichkeit, einen Verdichter mit extrem hohem Wirkungsgrad zu schaffen.

Bei dem Verdichter besteht das folgende Verhältnis zwischen der Menge des ausgestoßenen Kältemittelgases, der Eingangsleistung und einem Schwingungszyklus. Der maximale Kompresswischen
sionswirkungsgrad wird / dem maximalen Gasausstoßvolumen und der minimalen Eingangsleistung erreicht. Bei diesem maximalen Kompressionswirkungsgrad liegt der elektrische Leistungs-Srtor nahe bei 1 und der Schwingungshub ist maximal. Bei dieser Frequenz schwingen das elektrische und das mechanische Schwingsystem in Resonanz. Tatsächlich ist jedoch die !Frequenz des elektrischen Schwing syst ems beim maximalen Verdichtungswirkungsgrad wegen der oben genannten Gründe variabel·. Um diesen maximalen Verdiehtungswirkungsgrad während des Betriebs aufrecht

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zu erhalten, muß die Frequenz der Antriebsleistung derjenigen Frequenz folgen,, "bei welcher der maximale Kompressionswirkungsgrad erzielt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Verdichter zu schaffen, der mit besonders hohem Wirkungsgrad arbeitet, der mit Wechselstrom und mit Gleichstrom betreibbar ist und dessen elektrisches Schwingsystem synchron und phasengleich mit der natürlichen Eigenfrequenz des mechanischen Schwingsystems arbeitet und diesem die notwendige Energie zuführt.

Diese Aufgabe ist bei Kältemaschinen der eingangs genannten Art gekennzeichnet durch ein mechanisches Schwingsystem mit einer Treiberspule und wenigstens einer resonant mit dieser schwingenden Feder und durch ein elektrisches Schwingsystem, welches Halbleiterschalter mit Steuerelektroden umfaßt, die von einem Steuertransformator mit ungesättigtem Kern entsprechend den veränderlichen Faktoren des elektrischen Schwingsystems relativ zu der Bewegung der Sreiberspule ein- und ausgeschaltet werden, und welches entsprechend der Bewegung des mechanischen Schwingsystems synchron mit diesem mit dessen natürlicher Eigenfrequenz arbeitet und ihm die erforderliche elektrische Energie zuführt.

Das mechanische Schwingsystem und das elektrische Schwingsystem sind vorzugsweise aus miteinander verbundenen mechanischen und elektrischen Komponenten aufgebaut.

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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aua den Unter ansprächen in Verbindung mit der Beschreibung und der Zeichnung hervor. Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 Kennlinien eines elektrisch betriebenen schwingenden Verdichters, der mit einer natürlichen Eigenfrequenz betrieben wird, in Abhängigkeit von den Eingangswerten, den Ausgangswerten und dem Kompressionswirkungsgrad,

Fig., 2 Kurven, welche die Korrelation der Kennlinien eines elektrisch betriebenen Schwingkolbenverdichters mit der lingangsspannung, der gegenelektromotorischen Kraft und der Wellenform der Amplitude zeigen,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen, elektrisch betriebenen Sohwingkolbenverdichter,

Fig. 4b

bis 4g Zeitlagendiagramme, welche den Schwingungszustand des erfindungsgemäßen Schwingkolbenverdichters zeigen,

Fig. 5 ein Diagramm, welches die natürliche Eigenfrequenz des mechanischen Sohwingsystems in Abhängigkeit von dem Gasdruck des Kältemittels an der Ausstoßöffnung und an der Ansaugöffnung zeigt,

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Fig. 6, 7a, Tb₉ 8a, 8b", 8d, 9a, 9b, 10, 11, 12 tind 15 elektrische Sehaltungsanordnungen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung,

ELg. 13a bis 13f, 14a bis He, 16a und 16b Schaltungsanordnungen anderer Ausführungsformen der Erfindung und

S¹Ig. 8c und 16c Diagramme, welche den Schwingungszustand des elektrischen Schwingsystems und de's mechanischen ähwingsystems des erfindungsgemäßen Kompressors darstellen.

Die S"ig. 3 zeigt einen Schnitt durch den mechanischen !eil eines elektrischen Schwingkolbenrerdienters. In einem abgeschlossenen, zylindrischen Gehäuse 1 ist eine Yerdichtereinheit über Schraubenfedern 5 und 6 an Bügeln 3 baw. 4 aufgehängt. Das Gehäuse 1 weist Montagefüße 7 und 8 auf. Die Terdichtereinheit 2 umfaßt ein zylindrisches Joch-9, an dessen Zentrum ein Permanentmagnet 10 befestigt ist. An den lermanentmagneten 10 ist auf der Seite gegenüber der Unterseite des Joches 9 ein becherförmiger magnetischer Pol 11 angepaßt. In der Ringkammer zwischen der äufieren Oberfläche des magnetischen Pols 11 und der· Innenwand des Joches 9 ist eine zylindrische Treiberspule 12 lose angeordnet. Die Treiberspule 12 ist mit Mehreren Befestigungsteilen 13 an einer Tragplatte 14 befestigt. Leiterplatten 15 und 15' sind mit der Treiberspule 12 verbunden und dienen als elektrische Leiter. Isolatoren 16 und 16* dienen zur elektrischen Isolierung zwischen der Tragplatte 14 und

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den Leiterplatten 15 und 15'β In dem Raum zwischen dem magnetischen Pol 11 und der Tragplatte 14 ist eine schraubenförmige Schwingfeder 17 angeordnet. Es ist ein zylindrisches Gehäuse 18 vorgesehen, welches konzentrisch mit dem Joch 9 ausgerichtet ist und an dessen dem Joch 9 gegenüberliegenden Ende ein Zylinder 19 angeordnet ist. Die in Pig. 3 gezeigte Einrichtung umfaßt ferner leitende Federn 20 und 20', Anschlußschrauben 21 und 21^f, Isolatoren 22 und 22', welche die Anschlußschrauben 21 und 21' gegenüber dem Zylinder 19 isolieren, Leitungsdrahte 24 und 24', welche die Anschlußschrauben 21 und 21^f mit dem Anschluß 23 des G-ehäuses verbinden, eine Ventilkammer 25 in dem Zylinder 19, eine Yentilplatte 26, eine Ventilkammer 28 in einem Kolben 27, eine Ventilplatte 29, eine becherförmige Kopfabdeckung 30, welche die Ventilkammer 25 abschließt, und eine schraubenförmige Feder 32, welche gestaucht in der Öffnung 31 zwischen der Ventilplatte 26 und der Kopfabdeckung 30 angeordnet ist.

In dem unteren Teil des G-ehäuses 18 sieht man einen Kältemitteldurchlaß 33, welcher den Innenraum des Gehäuses 18 mit dessen Außenraum verbindet. Ein Kältemittelauslaßrohr 34 ist so an der Kopfabdeckung 30 angeschlossen, daß der Raum 31 in der Kopfabdeckung 30 mit dem Innenraum der Verdichtereinheit kommunizieren kann. Der Außenraum des äußeren Gehäuses 1 ist mit dem Außenraum der Verdichtereinheit 2 über ein Kältemitteleinlaßrohr 35 verbunden.

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— β -

Ein holiler Kolben 27 weist an seinem linken Ende ein Loch 36 (vgl. ELg. 3) auf, welches den Innenraum des Kolbens mit der Ventilkammer über das "Ventil 29 verbindet.

Wenn die Treiberspule 12 schwingt, schwingt auch der Kolben 27, wie es weiter unten im einzelnen beschrieben wird. Wenn der Kolben 27 schwingt, gelangt das Kältemittel über das Einlaßrohr 35 in das äußere Gehäuse 1 und strömt durch den Durchlaß 33 in das Gehäuse 18. Das Kältemittel strömt durch den Kolben 27, die Ventilkammern 28, 25 und 31 und strömt durch das Auslaßrohr 34 wieder hinaus.

Das mechanische Schwingsystem besteht im wesentlichen aus der Treiberspule 12, dem Kolben 27, den sie verbindenden Teilen und der schraubenförmigen Feder 17o Dieses Schwingsystem hat eine Eigenfrequenz, welche von der Struktur des mechanischen Schwingsystems abhängt. Gemäß der Erfindung ist die mechanische Eigenschwingung mit dem Strom der Antriebsenergie auf Resonanz abgestimmt, wie es weiter unten beschrieben werden wird.

Im Idealfall sollten die Teile, aus welchen das mechanische Schwingsystem zusammengesetzt ist, von gleichmäßiger Qualität ^ein. Da es jedoch unmöglich ist, solche idealen Teile zu erhalten, ist die Eigenfrequenz des mechanischen Schwingsystems bei den einzelnen Verdichtern unregelmäßig oder veränderlich. Je stärker die Eigenfrequenz variiert, desto größer sind die

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Abweichungen zv/isehen der mechanischen Eigenfrequenz und der !Frequenz des Tr eiber Stroms. Dadurch wiederum wird die Erreichung eines hohen Verdichtungswirkungsgrades verhindert. Um dieses Problem zu vermeiden, hat man bisher die Qualität und die Präzision der verwendeten mechanischen Komponenten verbessert, was wiederum die Produktivität erniedrigt hi.

Außerdem variiert die Frequenz der Eigenschwingung des mechanischen Schwingsystems entsprechend der Bedingung, unter welcher der Verdichter betrielm wird, mit der Folge, daß die mechanische Eigenfrequenz von der Frequenz des Treiberstroms abweicht.

In Fig. 1 sind Kurven gezeichnet, welche das Verhältnis zwischen der maximalen Frequenz des Abgabevolumens Q des Kältemittelgases und der minimalen Frequenz der Eingangsleistung P darstellt, welches bei Schwingkolbenverdichtern zu dem Wirkungsgrad ξ = Q/P führt, vorausgesetzt, daß die Eingangsspannung, der Abgabedruck und der Ansaugdruck des Kältemittels konstant sind.

In Fig. 1 ist die höchste Frequenz F~ des Abgabevolumens Q größer als die maximale Hubfrequenz des Kolbens 27, und die minimale Frequenz I\ der Eingangsleistung P ist um zwei bis drei Hz niedriger als die Frequenz F-. Dementsprechend liegt die Frequenz, bei welcher der Verdichter mit-seinem maximalen Wirkungsgrad T arbeiten kann, zwischen F^ und F. bei F_Q.

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Ein Schwingkolbenverdichter, welcher mit einer im Handel erhältlichen Wechselstromquelle betrieben werden kann, wird aber nicht immer mit der höchsten Frequenz F_ß betrieben, sondern mit einer Frequenz zwischen F~ und F., z.B. mit einer Frequenz F.. oder IU. Das liegt an Veränderungen der Resonanzfrequenz, welche durch den Abgabe- oder Ausstoßdruek Pd und den Ansaugdruck Ps und durch Qualitätsunterschiede der verwendeten Komponenten beeinflußt wird.

Außerdem unterscheiden sich die Verdrängung und.die Verdrängungszeit (d.h. die Schwingung) auf beiden Seiten des mechanischen Schwingsystems, in dessen Mittelpunkt sich die Bull-Lage der Schwingung befindet, wie weiter unten anhand der Fig_o 2 besenrieben wird. Diese Erscheinung ist darauf zurückzuführen, daß der Druck Pd, mit welchem das Kältemittel abgeführt wird, sich Ton dem Druck Ps, mit welchem es angesaugt wird, unterscheidet und weil die Federkonstanten auf beiden Seiten voneinander abweichen. Die Fig. 5 zeigt, wie die mechanische Eigenfrequenz F sich mit den Drücken Pd und Ps ändert.

Wenn der Kolben 27 beim Saughub sich von dem neutralen Punkt . 50 in seine extreme Position 51 bewegt und dann den Verdichtungshub ausführt, nimmt die S-P-Kennlinie die Form einer Schleife 50-51-52-53-50 an. Infolgedessen schwingt das mechanische Schwingsystem asymmetrisch, wie es in Fig. 2b dargestellt ist. Dies zeigt an, daß sowohl die Verdrängung als auch die Frequenz

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beim Verdichtungshub kleiner als beim Saughub sind.

Es ist offensichtlich, daß der Wirkungsgrad eines Verdichters herabgesetzt wird, wenn -das asymmetrische Schwingsystem von einem symmetrischen Strom angetrieben wird. Den maximal erreichbaren Wirkungsgrad erhält man, wenn das mechanische Schwingsystem von einem Strom angetrieben wird, dessen Wellenform 56, wie es die Pig. 2c zeigt, der in Pig. 2b gezeigten Kurve ähnelt. Anstelle der Wellenform 56 kann auch eine rechteckige Wellenform 57 dazu verwendet werden, die beiden Schwingungen koinzident zu machen.

Eine gegenelektromotorische.Kraft Ec, wie sie in Pig. 4c dargestellt is.t, wird an der Treiberspule 12 des Verdichters durch die in Pig. 2b dargestellte Amplitudenvariation erzeugt, welche der in Pig. 4b dargestellten Wellenform entspricht. Die gegenelektromotorische Kraft Ec nimmt die in Pig. 4c dargestellte Wellenform an, welche am oberen Umkehrpunkt und am unteren 'Umkehrpunkt den Wert Null hat. Es gibt eine Zeitverschiebung zwischen dem Verdichtungshub T1 und dem Ansaughub T2. Die gegenelektromotorische Kraft Ec hat deswegen nicht die Porm einer perfekten Sinuskurve, sie ist vielmehr verzerrt. Die gegen die Verdichterimpedanz Z erzeugte Wellenform, welche sich zeitlich ändert, besteht aus der Grundwellenform plus der in Pig. 4c dargestellten Wellenform. Diese Welle hat ihr Minimum an den Stellen, an denen die gegenelektromotorische Kraft den Wert Null hat, und sie hat ihr Maximum an den Stellen, an'denen die

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geg'enelektromotorische Kraft ebenfalls ihr Kaximum liat, wie
man aus der Pig. 4d sieht.

Es wird jetzt angenommen, daß dem Verdichter eine rechteckige Spamrungswelle Vj, die in Pig. 4e dargestellt ist und mit der Spannung Ec der Fig. 4c phasengleich ist, zugeführt wird. Unter dieser Bedingung wird ein Strom Lj- erzeugt, der in Pig. 4f dargestellt ist und dessen Maximum bei dem Minimum der Impedanz Z und dessen Minimum bei dem Maximum der Impedanz Z liegt. Die Spannung Vy ist somit mit dem Strom Lj- phasengleich.

In Wirklichkeit steigt die Planice des Stromes Lj- nicht senkrecht an, sondern erreicht ihr Maximum in Abhängigkeit von der Reaktanz in dem Verdichter einschließlich des Arbeitsstromkreises. Dadurch wird eine Zeitverzögerung t^ des Verdichtungshubes und eine Zeitverzögerung tp des Ansaughubes hervorgerufen, Der ansteigende Teil der Stromwelle Lj- ist entsprechend gekrümmt, vgl. Pig. 4g.

Damit ein elektrischer Schwingkolbenverdichter von einer
einseitig gerichteten, rechteckigen Stromwelle mit maximalem Wirkungsgrad betrieben werden kann, ist es notwendig, daß die Wellenform des Treiberstromes mit der Amplitudenwelle des
Schwingsystems phasengleich ist.

Nach der Erfindung wird unter Berücksichtigung der obigen
Ausführungen ein Verfahren zur Umwandlung einer Gleichstrom-

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spannung in eine Wechselspannung angewendet, welche mit der /jnplitude des »Schwingsystem des Verdichters phasengleich ist. Zu diesem Zweck wird ein Steuertransformator mit ungesättigtem Kern verwendet, und außerdem werden mehrere Halbleiterschalter verwendet, welche die Gleichstromspannung ein- und ausschalten und auf diese Weise eine Wechselspannung erzeugen. Bei dieser Umwandlung der Gleichspannung in Wechselspannung v/erden die Schalteigenschaften der Halbleiterschalter wirksam eingesetzt . Zu diesem Zweck eignen sich Halbleiterschalter, welche eine Steuerelektrode aufweisen, z.B. Transistoren oder Thyristoren.

Die Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden bei der Beschreibung des folgenden Beispiels besonders deutlich.

Beispiel 1

Die Fig. 6 zeigt eine Schaltungsanordnung, welche eine Brükkenschaltung umfaßt. Diese Brückenschaltung besteht aus einer Gleichspannungsquelle 61, Halbleiterschaltern 62, 63, 64 und 65, welche Transistoren mit einer Steuerelektrode sind, und einer oben beschriebenen Treiberspule 12. Die Primärwicklung 67 eines Steuertransformators 66 ist parallel zu der Treiberspule 12 geschaltet. Die Sekundärwicklungen 68, 69, 70 und des Steuertransformators, welche die Transistoren steuern, sind so geschaltet, daß die Transistoren 62 und 64 und die Transistoren 63 und 65 jeweils paarweise durch zwei Wicklungen, ein- und ausgeschaltet werden₀

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In den Steuerkreisen der Transistoren liegen Atigleichwiderstände 72, 73, 74 "bzw. 75. Ferner sind eine Anlaßwicklung 76 und ein Kondensator 77 -vorgesehen. Die Wicklung 76 ist um den Kern des Steuertransformators 66 gewickelt„ In dem Anlaßkreis liegt ein Widerstand 78, und in Reihe mit der Primärwicklung 67, durch welche der Basfetrom zu den.Transistoren 62, 63, 64 und 65 gesteuert wird, liegt ein Widerstand 79- Die Schaltungsanordnung umfaßt ferner eine im Handel erhältliche Wechselstromquelle SO und eine von dieser gespeiste Primärwicklung 81, welche ebenfalls um den Kern des.Steuertransformators 66 gewickelt ist. Ferner ist ein Relais 82 vorgesehen, welches automatisch von Gleichstrom auf Wechselstrom umschaltet, wenn der Verdichter von einer Wechselstromquelle gespeist ist. Das Relais 82 hat eine Erregerspule 83 und Schaltkontakte 84, 85 und 86.

Wenn die Wechselspannungsquelle. 80 in !"ig. 6 abgeschaltet und die Gleichspannungsquelle 61 eingeschaltet ist, ist die Erregerwicklung 83 des Relais 82 nicht erregt. Deshalb sind die Kontakte 84 und 85 geöffnet, während der Kontakt 86 geschlossen ist. Von der G-leichspannungsquelle 61 fließt deswegen ein Strom durch den Kondensator 77, den Widerstand 78 und die Anlaßwicklung 76 dessen Steuertransformatois66, wodurch die Transistoren 62 und 64 bezüglich ihrer Emitter negativ und die Transistoren 63 und 65 bezüglich ihrer Emitter positiv angesteuert werden. Dadurch werden die Transistoren 62 und 64 eingeschaltet und die Transistoren 63 und 65 ausgeschaltet. In

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dem Augenblick, in "welchem die Transistoren 62 und 64 eingeschaltet werden, schließen die Kollektorströme dieser Transistoren durch die Primärwicklung 67 .und durch den in Reihe liegenden Widerstand 79» wodurch die Sekundärwicklungen 79 und 71 weiter erregt werden. Die starken EoHektorströme der Transistoren 62 und 64 strömen durch dieseSelcundärwicklungen in der Richtung, welche durch den Pfeil "bei der Spule 12 gekennzeichnet ist. Die Spule 12 und der Kolben 27 bewegen sich infolgedessen von dem unteren Umkehrpunkt, das ist die Position 51 in den Pig. 2a, 2b und 4b zu dem oberen TJmkehrpunkt, nämlich dem Punkt 53, in Richtung der elektromagnetischen Kraft des Treibersystems.

Wie man aus Pig. 6 sieht, erreichen die Transistoren 62 und 64 ihren Sättigungszustand, und der Spannungsabfall zwischen ihrem Kollektor und ihrem Emitter wird erheblich reduziert. Deshalb fällt an .der Treiberspule 12 fast die gesamte Spannung der Gleichspannungsquelle 61 ab, und der Strom I-r durch die Treiberspule 12 steigt auf einen Wert an, welcher der Spannung der Gleichspannungsquelle 61 entspricht. Dieser Strom 1-^ ist gleich dem Kollektorstrom I₀ der Transistoren 62 und 64. Der Kollektorstrom Iq wird aufrecht erhalten, solange die folgende Bedingung gilt.

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Ig ist dabei der Basisstrom und hjm ist der Stromverstärkungsfaktor. In diesem Zustand bewegt die Treiberspule sich beständig in "derselben Richtung. Wie man aus Pig. 4g sieht, steigt und fällt der Kollektorstrom Ip umgekehrt proportional zur gegenelektromotorischen Kraft, d.h. zur Impedanz. Deshalb gilt

¹B * ^hPE '- ¹C ^

Die Transistoren 62 und 64 v/erden derzeit aus ihrem Sättigungsbereich in den linearen Bereich überführt und dann abgeschaltet.

Nach der Erfindung wird ein Transformator mit ungesättigtem Kern dazu verwendet, eine lineare Arbeitskennlinie zu erhalten, bei welcher das Ausgangszeichen stets im wesentlichen proportional zum Eingangszeichen ist und auf Veränderungen der Spannungsquelle und auf Veränderungen der Eigenfrequenz des mechanischen Systems, die auf äußere Bedingungen zurückzuführen sind, anspricht und bei dem das Ausgangssignal nicht verzerrt wird. Dieses Prinzip gilt für das folgende Ausführungsbeispiel. Die gegenelektromotorische Kraft an der Spule'12 wird am oberen und am unteren Umkehrpunkt des Kolbens 27 zu Null, wie es in Pig. 4c dargestellt ist. Wenn die Treiberspule 12 den oberen Umkehrpunkt 53 erreicht, verschwindet die gegenelektromotorische Kraft in der Spule 12, wie die Kurve der Pig. 4g es zeigt. Gleichzeitig verschwindet der Strom durch die Primärwicklung 67 des Steuertransformators 66, mit der

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Folge, daß eine gegenelektromotorische Kraft induziert wird, welche die Basisströme der Transistoren 63 und 65 duroh die Wicklungen 68 und 67 treibt. Dadurch werden die Transistoren 63 und 65 leitend. Die Kollektorströme der Transistoren 63 und 65 fließen in umgekehrter Richtung·durch die Treiberspule 12 wie die Kollektorströme der Transistoren 62 und 64· Deswegen wird der Kolben 27 von dem oberen Umkehrpunkt 53 zu dem unteren Umkehrpunkt 51 bewegt. Wenn der Kolben 27 den unteren Umkelirpunkt 51 erreicht, werden die Transistoren 63 und 65 abgeschaltet, an den Sekundärwicklungen 69 und 71 des Steiiertransformators 66 wird eine gegenelektromotorische Kraft erzeugt, die Transistoren 62 und 64 werden wieder leitend und die Treiberspule 12 beginnt sich von dem unteren Umkehrpunkt 51 zu dem oberen Umlcehrpunkt 53 zu bewegen. In dem oben beschriebenen Zustand der Relation zwischen der Amplitude .(b), der Spannung T₁ (e) und des Laststroms I-r (f) der Fig. 4 steuert die Halbleiterschaltung den Ablauf dieser Vorgänge, indem sie die Treiberspule 12 und den mit ihr verbundenen Kolben 27 hin- und herbewegt.

Wenn das oben genannte Verhältnis vorhanden ist, ist die Frequenz des elektrischen Schwingsystems phasengleich mit dem mechanischen Schwingsystem. Im obigen Beispiel ist diese Relation sogar dann gegeben, wenn die Eigenschwingung des elektrischen Schwingkolbenverdichters sich mit der Änderung des Ansaugdruckes und des Ausstoßdruckes ändern und wenn die Schwin-

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gungen T1 und 12 sich wie in I¹Ig. 4 ändern. Das "bedeutet, daß stets der Zustand erreicht wird, bei welchem der Wirkungsgrad seinen Maximalwert annimmt.

Die Reihenschaltung, bestehend aus dem Kondensator 77, dem' Widerstand 78 und der Wicklung 76 des Steuertransformators, liegt parallel zu beiden Anschlüssen der Gleichspannungsquelle, welche die Schaltung anläßt und nach der Einschaltung die auftretenden Stromschwankungen während des Einschwingvorganges kompensiert. Diese Schaltung arbeitet nicht im selben Augenblick, in welchem die. Durchschaltung der Halbleiter beginnt.

Wenn die Treiberspule 12 von dem elektrischen Schwingsystem, welches die Schaltelemente umfaßt, getrennt wird, arbeiten die Transistoren entsprechend der Schaltbedingung, welche von den Kennlinien des Steuertransformators 66 mit nicht gesättigtem Kern abhängt, im gesättigten Bereich hinter ihrer linearen Kennlinie, und das elektrische Schwingsystem führt keine Lastschwingungen aus.

Die Halbleitersteuerschaltung der Fig. 6 arbeitet, wenn sie von der Wechselspannungsquelle 80 gespeist wird, wie folgt. Zunächst wird die Erregerwicklung 83 des Relais 82 erregt, wodurch die Kontakte 84 und 85 geschlossen und der Kontakt geöffnet werden. Somit ist die Grleichspannungsquelle 61 von der Steuerschaltung getrennt, und der Primärwicklung 81 des

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Transformators wird von der Wechselspannungsquelle 80'eine Wechselspannung zugeführt. In dem Kern des Transformators 66 wird ein magnetischer Wechselfluß erzeugt. Dadurch wird an der Primärwicklung, welche von der Gleichspannungsquelle 61 nur eine einseitig gerichtete Spannung erhält, eine Wechselspannung erzeugt. Der Wert dieser Wechselspannung hängt von der Anzahl der Windungen der Primärwicklung 67 ab. Diese Wechselspannung wird der Treiberspule 12 zugeführt. Zu diesem Zeitpunkt fließt kein Strom von einem Anschluß zum anderen oder von einem Arm zu einem anderen Arm der Brücke, welche die Transistoren 62 bis 65 umfaßt, da die Transistoren 62 und 64 und die Transistoren 63 und 65 alternierend angesteuert werden. Die Treiberspule wird somit mit Wechselstrom erregt und beginnt mit der Frequenz dieser Wechselspannung zu schwingen. Der Schwingkolbenverdichter arbeitet deswegen mit denselben Kennwerten wie ein käuflich erwerblicher Schwingkolbenverdichter, der für den Betrieb mit einer Wechselspannungsquelle ausgelegt ist. Dieses Prinzip gilt auch für die anderen Ausführungsbeispiele.

Das' mechanische Schwingsystem und das elektrische Schwingsystem sind somit aufeinander abgestimmt, wenn eine Gleichspannungsquelle, z.B. eine Batterie, zu ihrem Betrieb verwendet wird. Die Systeme arbeiten mit minimalem Leistungsverbrauch und somit mit maximalem Wirkungsgrad. Dieser elektrische Schwingkolbenverdichter kann auch mit einer Wechselspannungsquelle betrieben werden, und er wird automatisch auf diesen Betrieb umgeschaltet. Der verwendete Transformator arbeitet als

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Steuertransformator, wenn der Verdichter von einer Gleichspannung s quelle betrieben wird, oder aber als Spannungstransformator, wenn er von einer Viechselspannungsquelle betrieben wird. Diese Anordnung macht einen individuellen Ausgangstransformator, einen Steuertransformator und einen handelsüblichen Leistungstransformator, wie sie bei herkömmlichen Vorrichtungen verwendet werden, überflüssig und dient zur Vereinfachung des gesamten Verdichters.

Beispiel 2

Ein anderes Ausführungsbeispiel wird anhand derPig. 7a beschrieben, in welcher eine Gleichstromquelle 61 und Halbleiterschalter 62 und 62' dargestellt sind, die jeweils aus einem Transistor mit einer Steuerelektrode bestehen. Wenn der Verdichter von der Gleichstromquelle gespeist wird, werden die Primärwicklungen 67 und 67' des Steuertransformators 66 mit dem Kollektor der Transistoren 62 und 62' verbunden und bilden mit diesen eine Gegentaktstufe. Die Steuerwicklungen 71 und 71' des Steuertransformators 66 sind mit den Basisanschlüssen der Transistoren 62 bzw. 62' verbunden. Der gemeinsame Anschluß dieser beiden Steuerwicklungen 71 und 71' ist mit dem gemeinsamen Emitter der Transistoren 62 und 62' verbunden. Die Steuerwicklungen sind so gewickelt, daß die beiden Transistoren abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden können. Eine Treiberspule 12 ist. mit den Kollektoren der Transistoren 62 und 62' verbunden, und sie ist außerdem parallel zu den

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Primärwicklungen 67 und 67' des Steuertraiisformators 66 geschaltet. Einer Wechselstromquelle 80, die von herkömmlicher Bauart sein kann, ist eine Primärwicklung 81 nachgeschaltet, v/eiche um den Kern des Stetiertransformators 66 gewunden ist. Ein Relais 82 weist eine Erregerwicklung 83 und Kontakte 84 und 86 auf.

Diese beschriebene Schaltungsanordnung arbeitet wie folgt. Wenn die Gleichstromquelle 61 angeschlossen und die Wechsel-Stromquelle 80 abgetrennt ist, ist die Wicklung 83 des Relais 82 entregt, der Kontakt 84 ist geöffnet und der Kontakt 86 ist geschlossen. In diesem Zustand wirdjdie Steuerschaltung von der Gleichstromquelle 81 gespeist. Deshalb fließt durch den Anlaßwiderstand 87 ein Basisstrom zu den Transistoren 62 und 62'. Gleichzeitig fließt ein Kollektorstrom des Transistors 62 durch die Wicklung 67, während der Kollektorstrom des' Transistors 62' durch die Wicklung 67^f fließt. (In Fig. 7a zeigen die schwarzen Punkte die Wicklungsrichtung in bezug auf den Kern an. Der Einfachheit wegen wird das untere Ende gegenüber eines jeden schwarzen Punktes als der Anfang der Wicklung betrachtet.) Durch diese Ströme wird der Kern des Steuertransformators 66 so erregt, daß die Erregung durch die Wicklung 67 derjenigen durch die Wicklung 67' entgegengerichtet ist und diese auslöscht. In der Praxis gibt es einen Unterschied zwischen den verschiedenen Erregungskräften, der auf ungleiche Kennlinien der Transistoren 62 und 62' zurückzuführen ist. Infolgedessen wird der Kern des Steuertransfor-

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mators 66 in einer Richtung err-egt. Das hat zur Polge, daß Spannungen an den Steuerwicklungen 71 und 71' erzeugt werden;, welche um den Kern gewiekelt sind. Augrund dieses Potentials wird durch die Basis desjenigen Transistors 62 bzw. 62', dessen Kollektorstrom größer als derjenige des anderen ist, ein Basisstrom geschickt, und die Basis des anderen Transistors wird in Sperrichtung vorgespannt.

Auf diese Weise wird ein Transistor ein- und der andere Transistor abgeschaltet. Fast die gesamte Spannung der Gleichspannungsquelle 61 wird jetzt einer der beiden Primärwicklungen 67 bzw. 67' des Steuertransformators zugeführt. (Das liegt daran, daß der Spannungsabfall vom Emitter zum Kollektor des eingeschalteten Transistors sehr klein ist. Wenn der Transistor abgeschaltet ist, fließt kein Strom hindurch*) Somit wird an der Wicklung 67'(bzw. 67) keine Gleichspannung von der Spannungsquelle 61 aufgebaut. Durch die Primärwicklung, an welcher die gesamte Gleichspannung abfällt, wird eine Erregungskraft in dem Kern des Transformers erzeugt, durch welchen an der anderen Wicklung eine Spannung erzeugt wird. Diese Spannung, welche von der Anzahl der Wicklungen und von der Wicklungsrichtung abhängt, stellt die Summe der zwei Spannungen der beiden Primärwicklungen 67 und 67* dar, da nach der Erfindung beide Enden der Treiberspule 12 mit den Kollektoranschlüssen der Wicklungen67 und 67' des Steuertransformators 66 verbunden sind. Wenn die Wicklungen 67 und 67' gleich viele Windungen aufweisen, ist die Spannung an der Wicklung 67 etwa gleich

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groß wie die Spannung an der Wicklung 67', und folglich wird der Treiberspule 12 eine Spannung zugeführt, welche zweimal so groß wie die Spannung an der Wicklung 67 oder 67' oder etwa doppelt so groß wie die Spannung der Spannungsquelle 61 ist.

Die Treiberspule 12 und der mit ihr verbundene Kolben 27 "beginnen sich von dem unteren Endpunkt 51 in dem in Fig. 2a gezeigten Zyklus zu bewegen. Dies geschieht aus dem gleichen Grund, wie es in Verbindung mit dem Beispiel der Fig. 6 erklärt wurde. Die von den Wicklungen 67 und 67' erzeugte Spannung wird der Treiberspule 12 zugeführt, und ein Strom, welcher umgekehrt proportional zu der gegenelektromotorischen Kraft der Treiberspule 12 ist, fließt entsprechend den Fig. 4b bis 4g, ähnlich wie es im Zusammenhang mit Fig. 6 beschrieben wurde. Der Kollektorstrom Ι_β des eingeschalteten Transistors ist gleich der Summe der Ströme durch die Spule 12 und durch entweder die Wicklung 67 oder durch die Wicklung 67', welche von der Gleichstromquelle über den eingeschalteten Transistor gespeist wird. Der Erregerverlust in dem Steuertransformator 66 und andere Verluste sind vernachlässigbar klein. Deshalb ist der Strom durch eine Seite der Primärwicklung 67 oder 67' dann, wenn beide Wicklungen die gleiche Wiifl. ungszahl haben, gleich dem Strom durch die Treiberspule 12. Das. ist ein Anzeichen für die Tatsache, daß der Strom, welcher einer der Wicklungen 67 bzw. 67' über den eingeschalteten Transistor zufließt, den Strom durch die andere Wicklung kompensiert oder gleich dem Strom durch die

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Treiberspule 12 ist. Der Kollektorstrom Ig ist ungefähr zweimal so groß wie der Strom durch die Treiberspule 12. Der Kollektorstrom I~ des eingeschalteten Transistors ändert sich, wenn der Strom durch die Treiberspule 12 sich ändert. Der Kollektorstrom wird deswegen so lange aufrecht erhalten, wie der obige Zustand (1) aufrecht erhalten wird.

wie

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird,/auch beim ersten Ausführungsbeispiel, der eingeschaltete Transistor abgeschaltet und der andere Transistor eingeschaltet, wenn der Zustand (2) erreicht wird, da der Kern des Steuertransformators 66 nicht gesättigt wird. Die Frequenz des elektrischen Schwingsystems ist somit gleich derfFrequenz des mechanischen Schwingsystems.

Wenn die Steuerschaltung der Fig» 7a von der Wechselstromquel-Ie 80 gespeist wird, wird die WicKLung 83 des Relais 82 erregt, woraufhin der Kontakt 84 geschlossen und der Kontakt 86 geöffnet wird. Die Gleichstromquelle 61 ist jetzt von der Steuerschaltung getrennt, und wenn der Primärwicklung 81 des Steuertransformators 66 ein Wechselstrom zugeführt wird, wird gleichzeitig in dem Kern des Transformators 66 ein Wechselfluß induziert. An jeder Primärwicklung 67 und 67' wird deswegen eine Wechselspannung erzeugt, die proportion! zu der Zahl ihrer Windungen ist. Diese Spannungen werden der Treiberspule 12 zugeführt, die somit von einer Wechselspannung der Wechselspannungsquelle 80 angetrieben wird.

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Beispiel 5

In diesem Beispiel werden Gleichrichterelemente mit Steuerelektroden, z.B. Thyristoren verwendet, wie es in den Pig. 8a bis 8d gezeigt ist. In dieser Figur bezeichnen 12 eine Treiberspule, 61 eine Gleichstromquelle, 62, 63, 64 und 65 Thyristoren, 66 einen Steuertransfa?mator, 67 die Primärwicklung des Transformators, wenn die Schaltung von der Gleichstromquelle 61 gespeist wird, 67' und 67'' Teile der Primärwicklung 67, welche an beiden Enden dieser Primärwicklung 67 angeschlossen sind und einen Spartransformator bilden, 80 eine Wechselstromquelle, wie sie im Handel erhältllich ist, 81 eine Wicklung eines Wechselspannungseingangs, 82 ein Relais, 83 die Erregerwicklung des Relais, 84, 85 und 86 Kontakte des Relais, 88 und 89 Kommutierungsdrosseln, 94, 95, 96 und 97 Wicklungen dieser Drosseln, 90, 91, 92 und 93 Kommutierungskondensatoren, 98, . 99, 100 und 101 Rückkopplungsdioden, 102 einen Stromtransformator mit einer Primärwicklung 103 und mit Sekundärwicklungen 104 und 104' und 105 eine in Pig. 8b gezeigte Triggerschaltung.

Diese Steuerschaltung arbeitet wie fo^-gt. Wenn die Wechselstromquelle 80 abgetrennt und die Gleichstromquelle 61 der Pig. 8a angeschlossen wird, wird die Erregerwicklung 83 des Relais 82 erregt. Daraufhin wird der Kontakt 84 geöffnet, und die Kontakte 85 und 86 werden geschlossen. Die Triggerschaltung 105 empfängt eine Energie von der Gleichstromquelle 61 und erzeugt einen Triggerimpuls, v/elcher die Thyristoren 62

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und 64 bzw. 65 und 65 paarweise .einschaltet. Wenn die Thyristoren 62 und 64 eingeschaltet sind, fließt von dem positiven Pol der Gleichstromquelle 61 über den Thyristor 62 ein Strom durch die Wicklung 84 der Reaktanz 88. Ein Teil dieses Stroms strömt durch die Primitwicklungen 67% 67 und 67^M auf der Seite der Gleichstromquelle und weiter durch die Wicklung 96 der Reaktanz 89. Dieser Strom fließt über den Thyristor 64 zu der Stromquelle 61 zurück. Ein anderer Teil des Stromes kommt über die Wicklung 103 des Stromtransformators T02, über die Treiberspule 12 und die Wicklung 96 der Reaktanz 89 zu.-dem Thyristor 64, Da dieser Strom in Richtung des Pfeiles durch die Treiberspule 12 fließt, bewegen die Treibersjmle 12 und der Kolben 27 sich in der gleichen Richtung wie in I"ig. 2a. Da zu diesem Zeitpunkt die Thyristoren 62 und 64 eingeschaltet oder geöffnet sind, werden die Kommutierungskondensatoren' 91 und 93 etwa auf die Spannung der G-Ieichspannungsquelle 61 aufgeladen.

Wenn die Thyristoren 63 und 65 von einem Triggerimpuls der Triggerstufe 105 eingeschaltet werden, werden die Kondensatoren 91 und 93 über die Drossel 95 und den Thyristor 63 bzw. über.den Thyristor 65 und die Drossel 97 entladen. In diesem · Augenblick schaltet die induzierte Spannung, welche durch die elektromotorische Kraft in den Drosseln 94 und 95 erzeugt worden ist, die Thyristoren 62 und 64 ein. Infolgedessen wird der Strom von der G-I eichst romquelle 61 durch die Treiberspule 12 umgekehrt, wodurch die Treiberspule 12 und der Kolben 27 sich in die umgekehrte Richtung zu bewegen beginnen. Dieser

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ArbeitszykluQ wird synchron mit den Triggerimpulsen wiederholt, wie es weiter unten ausführlich beschrieben wird, so daß die Treiberspule 12 und der Kolben 27 sich hin- und herbewegen ο

In diesem Beispiel werden die elektrischen und die mechanischen Frequenzen durch die Thyristoren 62, 63, 64 und 65, welche durch die Triggerimpulse der Triggerstufe 105 der Figur 8b ein- und ausgeschaltet werden, aufeinander abgestimmt .

In Fig. 8b sind ein Stromtransformator 102 und ein Triggerimpulsgenerator 105 dargestellt, wie sie in Fig. 8a verwendet v/erden. In dieser Figur 8b bezeichnen 106 und 106' Spannungskomparatoren, welche ähnlich wie ein Schmitt-Trigger aufgebaut sind, 107 und 107' Impulsformer, welche ähnlich wie monostabile Multivibratoren aufgebaut sind, 108 und 108' Impulsverstärker, welche Impulstransformatoren umfassen, 109, 110, 109' und 110' Ausgangsanschlüsse dieser Impulsverstärker, und 111 und 111' Dioden, welche zwischen dem Stromtransformator 102 und den Spannungskomparatoren 106 bzw. 106' liegen. 112 bezeichnet einen Widerstand, und 113 bezeichnet einen Eingangsanschluß für den Triggerimpulsgenerator. Der Eingangsanschluß des Triggerimpulsgenerators ist mit den Sekundärwicklungen 104 und 104' des Stromtransformators 102 verbunden. Ein Ende des Anschlusses 113 ist mit dem positiven Pol der Gleich-

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stromquelle verbunden, während das andere Ende mit dem Kontakt 85 des Relais 82 .verbunden ist. Wenn diese Steuerschaltung von der in Pig. 8a gezeigten Gleichstromquelle 61 gespeist wird, wird die negative Seite des Anschlusses 113 mit dieser Gleichstromquelle 61 verbunden. Die Ausgangsanschlüsse 109 und 110 der Impuls. Jransformatoren der Impulsverstärker und· 108' werden mit den Thyristoren 63 und 65 verbunden, und die anderen Anschlüsse 109' und 110' werden mit den Thyristoren 62 und 64 verbunden, wie in Fig. 8a.

Wenn die Thyristoren 62 und 64 geöffnet sind, fließt von der Gleichstromquelle ein Strom durch die Primärwicklung des Stromtransformators 102 und induziert dabei Spannungen an den Sekundärwicklungen 104 und 104'. Infolgedessen fließt ein Strom durch den Widerstand 112, wodurch an diesem eine Spannung aufgebaut wird. Die Wellenform dieser Spannung ist phasengleich mit dem Strom durch die Treiberspule 12. Die an der Treiberspule 12 erzeugte Spannung ist proportional zu dem Strom, welcher durch die Primärwicklung 103 fließt. Die an den Sekundärwicklungen 104 und 104' aufgebauten Spannungen werden den Komparator en 106 und 106' über die Dioden 111 und 111' zugeführt. Wenn die Thyristoren 62 und 64 geöffnet sind, gelangt keine Spannung zu dem Komparator 106', da die Diode 111' in Sperrrichtung geschaltet ist. Stattdessen erhält der Komparator ein Spannungssignal. Dieser Komparator 1Φ6 erzeugt einen Impuls, wenn das Spannungssignal an seinem Eingang einen bestimm-

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ten Wert erreicht, und durch den erzeugten Impuls wird der nachgeschaltete Impulsformer 107 "betrieben. Das Ausgangssignal des Impulsformers wird dem Impitlsverstärker 108 zugeführt.

Das Ausgangssignals des Impulsformers wird den Thyristoren 65 und 65 zugeführt und schaltet diese ein. Gleichzeitig v/erden die Thyristoren 62 und 64 aus den oben beschriebenen Gründen abgeschaltet. Durch die Treiberspule 12 fließt jetzt ein invertierter Strom gegen die Richtung des in Fig. 8a gezeigten Pfeiles.

Die Treiberspule 12 beginnt deshalb, sich in umgekehrter Richtung zu bewegen. Gleichzeitig wird der Strom durch die Primärwicklung 103 des Stromtransformators 102 in seiner Richtung umgekehrt. Auch die Spannungen an den Sekundärwicklungen 104 und 104' werden invertiert. Da die Spannung an der Sekundärwicklung 104 der Diode 111 jetzt entgegengerichtet ist, gelangt keine Spannung zu dem Komparator 106. Die Spannung an der Sekundärwicklung 104 ist in Vorwärtsrichtung der Diode 111' gepolt und gelangt deswegen zu dem Komparator 106'. Die Spannung an der Sekundärwicklung 104' ist deshalb größer als die Vergleichsspannung, mit der Folge, daß der Komparator 106' einen Impuls erzeugt, und den Impulsformer 107 ansteuert. Durch das Ausgangssignal des Impulsformers 107' wird der Verstärker 108' angesteuert, der daraufhin Triggerimpuls an den Ausgangsanschlüssen 109' und 110· der Impulstransformatoren erzeugt.

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Auf diese Weise werden die Thyristoren 62 und 64 geöffnet und die Thyristoren 63 und 65 gesperrt. Damit ist ein Zyklus des Steuerbetriebs beendet. Dieser Ein- und Ausschaltzyklus hängt von der Bedingung E^ = ^K#Ijj ^a^· \* i^s^ die Spannung an der Treiberspule 12_? I^ ist der Strom injder-Treiberspule 12 und K ist der Umwandlungsgrad der Ausgangs spannung der Sekundärwicklungen ICH und IÖ4¹ der Transformatoren 102 und 102' zu dem Primärstrom.

Palis jedoch Eq>E™ ist (wobei Eq die Vergleichsspannung der Komparatoren 106 und- 106' bezeichnet), erzeugt die Triggerschaltiing 105 keinen Impuls. Sie erzeugt einen Impuls, wenn Eq<CK. ist. Solange Eq>K«L, ist, werden die Thyristoren 62, 63, 64 und 65 nicht von einem Zustand in den anderen übergeführt. Wenn Ε_Ο<Κ·Ι_Τ/ ist, ändern die Thyristoren ihren Öffnungs- bzw. Sperrzustand. Eine Reihe dieser Steuervorgänge wird nach dem gleichen Prinzip ausgeführt, wie es für die vorherigen Beispiele gezeigt wurde.

Die Pig. 8c zeigt die Korrelation zwischen der Kolbenstellung, der Eingangsspannung, dem Strom durch die Treiberspule und der Triggerspannung. Die Relation Ε₀>Κ·Ι_Μ tritt deswegen ein, weil der Strom durch die Treiberspule 12 an dem oberen Umkehrpunkt und an dem unteren Umlcehrpunlct des Kolbens zunimmt, d.h. in den Positionen, in denen die gegenelektromotorische Kraft an der Treiberspule minimal ist. Dies ist ein

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Kennzeichen für die !Tatsache, daß "ie Frequenz des elektrischen und die Frequenz des mechanischen Schwingsystems phasengleich sind, wie es bei den anderen Beispielen anhand der Pig. 6 und 7 beschrieben'wurde.

Ein Kondensator 121' und ein Widerstand 122', welche in Reihe· zwischen der Steuerelektrode undjder Anode des Thyristors 62 liegen, und ein Kondensator 121 und ein Widerstand 122, welche in Reihe miteinander zwischen der Steuerelektrode und der Anode des Thyristors 64 liegen, vgl. Fig. 8a, bilden eine Anlaß-Kompensationsstufe, welche diese Thyristoren unmittelbar nach Einschaltung der Gleichstromquelle einschalten. Der erste Einschaltvorgang des Thyristors nach dem ersten Anschluß der Gleichstromquelle wird durch das Signal bewirkt, welches durch den Kondensator und durch den Widerstand zu der Steuerelektrode des Thyristors gelangt. Dieser Anlaßvorgang wird in dem Beispiel der Fig. 8a durch die Thyristoren 62 und 64 ausgelöst. Diese Steuerung ist allen gezeigten Ausführungsbeispielen gemeinsam. Nach dem Anlassen arbeitet diese Schaltung so, wie es oben beschrieben wurde.

Es wird jetzt angenommen, daß die Schaltungsanordnung der Fig. 8a von der Wechselstromquelle 80 gespeist wird. In diesem Fall wird die Erregerwicklung 83 des Relais 82 erregt, wodurch der Kontakt 84 geschlossen und die Kontakte 85 und 86 geöffnet werden und die Triggerschaltung 105 von den anderen Schaltungsstufen abgetrennt wird, so daß keine Impulse

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erzeugt werden. Da der Kontakt 34 geschlossen ist, wird der Eingangswicklung 81 des Steuertransforniators 66 ein Wechselstrom zugeführt. Dadurch werden Spannungen an den Primärwicklungen 67', 67 und 67'' erzeugt, welche um denselben Kern gewickelt sind und Leim G-leichstrombetriet) verwendet werden. Diese Spannungen bewirken einen Wechselstromfluß durch die Treiberspule 12 über die Primärwicklung 103 des Stromtransformators 102. Dadurch werden an den Sekundärwicklungen 104 und 104' des Stromtransformators 102 Spannungen erzeugt. Die Triggerschaltung 105 kann jedoch dadurch nicht zur Abgabe eines Impulses veranlaßt werden, da der Kontakt 85 geöffnet ist und die Energieversorgung der Triggerschaltung unterbindet. Deshalb fließt kein Strom durch die Steuerschaltung. Dieses Ausführungsbeispiel wirkt offensichtlich genauso wie die anhand der i"ig. 6 und 7 beschriebenen Ausführungsbeispiele.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann z.B. die Primärwicklung 103 des Stromtransformators in der Schaltung so angeschlossen sein, wie es in Fig. 8d gezeigt ist, wodurch in dem Steuertransformator 66 sehr geringe Verluste eintreten und die oben genannten Bedingungen der Erfindung im wesentlichen befriedigt werden. Durch die Trennung der Treiberspule 12 von der Schaltungsanordnung während des Betriebs wird die elektrische Schwingschaltung nicht zerstört, es werden vielmehr Schwingungen mit der Frequenz aufrecht erhalten, welche

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durch die Sättigungscharakteristik des Transformators bestimmt ist.

Beispiel 4

Die Pig. 9 zeigt Schaltungsajiordnungen anderer Ausführungsbeispiele, welche Thyristoren verwenden,.

In Pig. 9 bezeichnen 12 eine Treiberspule, 61 eine Gleichstromquelle, 62 und 64 Thyristoren, 66 einen Steuertransformator, 67, 67' und 67'' Primärwindungen des Steuertransformators 66, welche "beim Betrieb durch Gleichstrom verwendet werden, 80 eine Wechselstromquelle und 81 eine Primärwicklung des Steuertransformators, welche bei dem Betrieb der Schaltungsanordnung mit einer Wechselstromquelle verwendet wird. Ein Relais 82 umfaßt eine Erregerwicklung 83 und Kontakte 84, 85 und 86. Perner bezeichnen 88 eine Kommutierungsrealctanz, 114 eine Wicklung der Reaktanz, 98 und 99 Rückkopplungsdioden, 115 einen Kommutierungskondensator, 102 einen Stromtransformator, 103 die Primärwicklung des Stromtransformators, 104 und 104' Sekundärwicklungen des Stromtransformators, 105 eine Triggerschaltung, ähnlich der im Beispiel 3 beschriebenen, welche abwechselnd die Thyristoren 62 und ein- bzw. ausschaltet. In diesem Ausführungsbeispiel wird lediglich ein Thyristorenpaar verwendet, während im Ausführungsbeispiel 3 zwei Thyristorenpaare verwendet wurden. In diesem Ausführungsbeispiel sind deshalb zwei Triggerausgänge

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109 und 109' vorgesehen, wie di.e Pig- 8b es zeigt.

Wenn die Wechselstromquelle 80 in Fig. 9a abgetrennt wird, wird die Schaltungsanordnung von der Gleichstromquelle 61 betrieben, wie im Beispiel 3- Der Thyristor 62 ist dann eingeschaltet, und der Thyristor 64 ist ausgeschaltet. Von der Gleichstromquelle fließt ein Strom durch den Mittelabgriff der Primärwicklung des Steuertransformators über die obere Hälfte der Wicklung zu dem Thyristor 62 und über die Wicklung 114 der Reaktanz 88 zu der Gleichstromquelle 61 zurück. Dabei wird der Kondensator 115 durch die Spannung an der Primärwicklung 67 des Steuertransformators aufgeladen. Der Thyristor 64 wird durch einen Triggerimpuls, welcher vorder Triggerschaltung 105 zu seiner Steuerelektrode gelangt, eingeschaltet. Der Thyristor 62 ist durch .den Kondensator 115 umgekehrt vorgespannt und abgeschaltet. Der Strom fließt durch den Mittelabgriff der Primärwicklung 67 des Steuertransformators 66 und kehrt jetzt über die untere Hälfte der Primärwicklung 67 und den Thyristor 64 zu der Stromquelle 61 zurück. Der Kondensator 115 wird infolgedessen umgekehrt aufgeladen, damit er den Thyristor 64 abschalten kann, wenn der Thyristor 62 eingeschaltet wird.

Somit erscheint an der Wicklung 67des Steuertransformators eine Wechselspannung, welche darauf zurückzuführen ist, daß die Thyristoren 62 und 64 wiederholt abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden» Die Treiberspule 12 wird durch diese

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Wechselspannung angetrieben. Der ritrom durch die Treiberspule 12 fließt durch die Primärwicklung 103 des Stromtransformators 102 und durch die Triggerschaltung 105. Der entstehende Triggerimpuls wird den Thyristoren 62 und 64 zugeführt. Die Folge dieser Arbeitsschritte führt zu der gleichen Wirkung wie bei dem Ausführungsbeispiel, welches in Fig. 8a dargestellt ist; das elektrische Schwingsystem und das mechanische Schwingsystem schwingen mit gleicher Phase.

betrieben Wenn die Steuerschaltung von der Wechselstromquelle 80/wird, arbeitet sie wie im Beispiel 3. Die Fig. 9b zeigt eine andere Anschlußmöglichkeit der Primärwicklung des Stromtransformators 10-2 gegenüber derjenigen der Fig. 9a. Bei dieser Anordnung weist der Stromtransformator 102 zwei Primärwicklungen auf, die jeweils für einen halben Zyklus zuständig sind. Die Wicklung 103 erfaßt den Anodenstrom des Thyristors 62, und die andere Wicklung 103' erfaßt den Anodenstrom des Thyristors 64. Bei dieser Schaltungsanordnung ist der Strom des Steuertransformators 66 gleichzeitig der Primärstrom des Stromtransformators 102. Der Verlust in diesem Steuertransformator aufgrund des Primärstromes ist in Hinblick auf die erwartete Steuerfunktion der Schaltung vernachlässigbar klein. Selbst wenn die Treiberspule 12 von der Schaltung getrennt wird, hören die Schwingungen nicht auf, und zwar aus den gleichen G-ründen, welche im Beispiel 3 anhand der Fig. 8c beschrieben wurden *

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Es werden jetzt weitere Ausführunssoeispiele beschrieben, welche auf den Beispielen 1 bis 4 basieren.

Im Beispiel 1 werden PHP-Transistoren als Schalter verwendet, vgl. Pig. 6. Es können aber auch Kombinationen aus NPH- und PITP-Transistoren verwendet werden, wie in Pig. 10. In diesem Pail sollten die Kollektoren der Transistoren 6J und 64 bzw. der Transistoren 62 und 65 einen gemeinsamen Anschlußpunkt aufweisen. Wenn die Kollektoren dieser Transistoren mit einem Plansch verbunden sind oder einen Plansch bilden, dienen die Kollektoren eines jeden Transistorpaares als Wärmesenke. In dem Beispiel 1, welches in Pig. 6 gezeigt ist, können alle Transistoren des Brückenarmes NPlT-Transistoren sein.

Die Anlaßschaltung im Beispiel 1 kann wie in der Schaltungsanordnung der Pigo 11 angeordnet sein, in welcher ein Kondensator 0 am Anfang des Antriebs verwendet wird, wenn die beiden Brückenarme, welche die Transistoren 63 und 65 bzw. 62 und 64 umfassen, nicht abgeglichen sind. Die Steuerelemente, die zu diesem Zweck verwendet v/erden, können Kondensatoren, Widerstände oder Halbleiter mit veränderlichen Widerständen -wie Thermistoren PS mit positiver Charakteristik sein. Sie können an den Mittelpunkten der Wicklungen 67, 67' und 71 und 71' verwendet werden, wie in Pig. 7b, um beim Anlaßbetrieb einen starken Strom und danach, wegen ihrer Erwärmung, einen kleineren Strom fließen zu lassen. Dadurch werden die Verluste in der Anlaßschaltung verringert.

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Aus den obigen Allsführungsbeispielen geht hervor, daß die Steuerschaltung lediglich für den Betrieb mit einer Gleichstromquelle geeignet ist. In diesem Pail kann auf das Relais 82 verzichtet v/erden. Auch wenn Transistoren als Schalter verwendet werden, können sie in Porm einer Darlington-Schaltung angeordnet werden. In diesem Pail wird der h-^-V/ert des Transistors als Produkt der lw,-V/erte jedes Transistors den 'ihransi s torpaar es betrachtet werden. Dies entspricht theoretisch der Bedingung der gemäß der Erfindung erforderlichen Steuerung, wie es bei den obigen Ausführungsbeispielen beschrieben wurde. Modifikationen dieses Ausführungsbeispiels sind in den Schaltungsdiagrammen der Pig. 14b,c,d und e dargestellt.

In den beschriebenen Ausführungsbeispielen kann zusätzlich eine unabhängige Ausgangswicklung 115 an dem Steuertransformator 66 angeordnet und su der Treiberspule 12 parallelgeschaltet werden, wie in Pig. 12. Der Steuertransformator kann dann ein proportionales Kennlinienverhältnis zwischen seiner Primärseite und seiner Sekundärseite aufweisen, vorausgesetzt, daß er eine ungesättigte Kerncharakteristik aufweist. (Das ist in Hinblick auf das Prinzip des Transformators offensichtlich.) Die Änderung des Verhältnisses des Stromes auf der Primärseite des Transformators ist dann gleich der Änderung des Verhältnisses des Stromes auf der Sekundärseite, welche durch die Impedanzänderung der Treiberspule hervorgerufen wird. Polglich ist das Stromänderungsverhältnis

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auf der Primärseite des Transformators gleich dem Stromänderung s verhältnis an der Treiberspule. Diese Anordnung ermöglicht es, der Treiberspule unter Berücksichtigung der Betriebsspannung des Verdichters die Treiberspule mit Strom zu versorgen, ohne die Vorteile der bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele aufzugeben.

Die Prinzipien der in den Fig. 14a bis 14e gezeigten. Schaltungsanordnungen sind nicht nur bei Brückenschaltungen verwendbar, sondern allgemein bei Steuerschaltungen, welche Schalttransistoren umfassen. Die Fig. 14a zeigt eine Schaltungsanordnung mit vier Schalttransistoren, welche als Brücke geschaltet sind und von denen jeweils ein PNP- und ein HPH-Transistor ein Paar bilden. Die Kollektoren jedes Transistorpaares weisen einen gemeinsamen Anschluß auf. Die.Kollektoren eines Transistorpaares sind mit dem einen Ende und die Kollektoren des anderen Transistorpaares sind mit dem anderen Ende der Treiberspule verbunden. Die Emitter der beiden PNP~Transistören sind mit dem positiven Pol einer Gleichstromquelle verbunden, und die Emitter der beiden NPH-Transistoren sind mit dem negativen Pol der Gleichstromquelle verbunden. Die Transistoren desselben Typs haben zwischen ihren Emittern und ihren Basisanschlüssen jeweils gemeinsam eine Steuerwicklung des Steuertransformiors mit xinge sättigt em Kern. Zwischen dem Emitter und der Basis eines jeden Transistors liegt in Sperrrichtung eine Diode, wodurch zusammen mit der Basisschaltung

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eine brückenartige Rückkopplung erreicht wird. Diese Brückenanordnung ist bezüglich der Basis,: ^ialtung einfacher als die der Fig. 6,

Die Fig. 15 zeigt eine andere Brückenschaltung mit vier Transistoren, Ton denen jeweils ein PNP- und ein NPN-Transistor ein Paar bilden. Sowohl die Emitter als auch die Basisanschlüsse eines Transistorpaares sind jeweils miteinander verbunden. Die gemeinsamen Emitteranschlüsse der beiden Transistorpaare sind mit dem einen bz\^. mit dem anderen Ende der Treiberspule 12 verbunden. Die Kollektoren der beiden PIiP-Transistören sind mit dem negativen Pol einer Gleichstromquelle verbunden, und die Kollektoren der beiden NPN-Transistoren sind mit dem positiven Pol der Gleichstromquelle verbunden. Jedes Transistorpaar weist zwischen seinen Basisanschlüssen und seinen Emittern eine gemeinsame Steuerwicklung des Steuertransformators auf. Die wechselseitig gegenüberliegenden Transistoren bilden einen rückgekoppelten Doppelweggleichrichter. Diese Anordnung weist eine sehr vereinfachte Rückkopplungsschaltung auf.

Beispiel 5

In Fig. 13a bezeichnen 62 einen Transistor, 66 einen Steuertransformator, 67 eine Primärwicklung des Steuertransformators für den Betrieb mit einer Gleichstromquelle, und 68 eine Rückkopplungswieklung des Steuertransformators. Die Rück-

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kopplungswicklung liegt in Reihe mit einem Basisstromsteuerwiderstand 75 zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors 62, so daß die Leistung positiv zum Transistor 62 rückgekoppelt wird. Ferner bezeichnen 79 einen Reihenwiderstand der Primärwicklung 67, 80 eine Wechselstromquelle, 81 eine Primärwicklung, welche um den Kern eines Steuertransformators 66 gewickelt ist und beim Betrieb der Schaltungsanordnung mit Wechselstrom verwendet wird, und 82 ein Relais, welches automatisch den elektrischen Säiwingkolbenverdichter von dem G-leichstrombetrieb auf den Wechselstrombetrieb umschaltet, wenn eine WeJiselstromquelle an die Schaltung angeschlossen wird. Das Relais 82 umfaßt eine Erregerspule 83 und Kontakte 84, 85 und 86-. Ferner ist ein Anlaßwiderstand 87 vorgesehen.

Diese Steuerschaltung arbeitet wie folgt. Wenn eine Wechselstromquelle 80 abgetrennt und eine Gleichstromquelle angeschlossen wird, wird die Erregerwicklung 83 des Relais 82 nicht erregt, mit der Folge, daß die Kontakte 84 und 85 öffnen und der Kontakt 86 schließt. Von der Gleichstromquelle fließt über den Widerstand 87 ein Strom zu der Basis des Transistors 62, welcher dadurch eingeschaltet wird. Durch den Transistor 62 fließt jetzt ein Kollektorstrom, und deshalb fließt auch ein Strom durch die Treiberspule 12 und, über den Widerstand 79, durch die Primärwicklung 67 des Steuertransformators 66, mit dem Ergebnis, daß der Kern des Steuertransformators 66 in der einen oder der anderen Richtung er-

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regt wird und der magnetische Fluß in diesem Kern sich ändert. Durch diese Änderung des magnetischen Flusses wird in der Rückkopplungswicklung 68 eine Spannung und zwischen der Basis und dem Emitter ein Strom erzeugt. Infolgedessen steigt der Kollektorstrom des Transistors 62 weiter an, so daß ein Strom durch die. Primärwicklung 67 und durch die .treiber spule 12 fließen kann. Dieser Strom dient zur Erhöhung der Änderung des magnetischen Flusses in dem Kern des Steuertransformators und zur Erzeugung einer großen Rückkopplungsspannung in der Rückkopplungswicklung 68. Damit nimmt auch der Basisstrom des Transistors 62 so lange zu, "bis der Transistor vollständig gesättigt ist. In diesem Zustand liegt die gesamte Spannung der Gleichstromquelle 61 an der Treiberspule 12 an. Gleichzeitig fließt weiterhin ein Strom über den Widerstand 79 durch die Primärwicklung 67 des Steuertransformators 66ο Deshalb beginnen die Treiberspule 12 und der mit ihr verbundene Kolben 27 sich vom unteren Umkehrpunkt 51, vgl» Fig. 2a und 4, fortzubewegen, nach demselben Prinzip, wie es im Beispiel 1 anhand der Funktion der in Fig. 6 gezeigten Schaltungsanordnung erklärt wurde. Wenn die Treiberspule 12 und der Kolben 27 den oberen Umkehrpunkt 53 erreichen, nimmt der Strom durch die Treiberspule 12, nämlich der Kollektorstrom des Transistors 62, seinen maximalen Wert' an, wodurch nicht die obige Bedingung (1) sondern die Bedingung (2) erfüllt wird. Deshalb wird der Transistor 62 abgeschaltet. Da die Spannung der Gleichstromquelle 61 von dem Transistor 62 aufgenommen wird, wird der Zustand der Schaltungs-

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anordnung invertiert, so daß die Treiberspule 12 zusammen mit dem Kolben 27 den leitenden Federn 20 und 20» und der schraubenförmigen Schwingfeder 17 beginnen, sich mit einer Eigenfrequenz zurück und bis in die entgegengesetzte extreme Position zu bewegen, d„h. bis zum unteren Umkehrpunkt 51 der Pig. 2b. Während dieses Torgangs wird eine gegenelektromotorische Kraft an der Treiberspule 12 erzeugt, weil die Treiberspule 12 durch ein Magnetfeld bewegt wird. Diese in Fig. 2c dargestellte Spannung ist derjenigen Spannung entgegengerichtet, welche bei geöffnetem Transistor 62 erscheint. Wenn also der Transistor 62 gesperrt ist und der Kolben 27 und die Treiberspule 12 sich im Schwingungsbereich zwischen dem oberen Umkehrpunkt 55 und dem unteren Umkehrpunkt 51 bewegen, wie es in Pig. 2b gezeigt ist, wird die in der Treiberspule 12 induzierte elektromotorische Kraft über den Widerstand 79 der Primärwicklung 67 des Steuertransformators 66 zugeführt. Die an der Rückkopplungswicklung 68 induzierte Spannung ist der bei geöffnetem Transistor 62 induzierten Spannung entgegengerichtet und dient dazu, die Basis-Emitter-Terbindung in Sperrichtung vorzuspannen, um diesen Transistor abgeschaltet zu halten. Wenn der Kolben 27 und die Treiberspule 12 den oberen Umkehrpunkt 53 erreichen, schwindet die gegenelektromotorische Kraft an der Spule 12, da diese zum Stillstand kommt. In diesem Zustand kehrt die Steuerschaltung in ihren Ausgangszustand zurück und ist für einen neuen Arbeitszyklus bereit.

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Bei diesem Beispiel fließt der Kollektorstrom I^ so lange, wie der Kollektorstrom des eingeschalteten Transistors sich mit der Änderung des Stromes durch die Treiberspule 12 ändert und die Bedingung (1) erfüllt ist. Deshalb ist, wie in Beispiel 1, die Hälfte des Schwingungszyklus durch die Bedingung (1) erfüllt, während der übrige Teil des Schwingungszyklus durch die Eigenschwingung bestimmt wird, welche z.B. Ton dem Kolben 27, der Treibffspule 12, den leitenden Federn 20 und 20' und der schraubenförmigen Schwingfeder 17 abhängt. Somit schwingen das elektrische und das mechanische Schwingsystem mit gleicher Phase.

Wird die Steuerschaltung von einer Wechselstromquelle 80 über die Treiberspule 12 betrieben, so arbeitet sie ähnlich wie die obigen Ausführungsbeispiele.

Beispiel 6

In !Fig. 16a bezeichnen 12 eine Treiberspule, 61 eine Gleichstromquelle, 66 einen Steuertransformator, 80 eine Wechselstromquelle und 81 eine Primärwicklung, welche beim Betrieb der Steuerschaltung durch die Wechselstromquelle verwendet wird. Bin Relais 82 umfaßt eine Erregerwicklung 83 und Kontakte 84, 85, 86 und 120. Ein Stromtransformator 102 weist eine Primärwicklung 103 und eine Sekundärwicklung 104 auf. 114 bezeichnet eine Trigger schaltung, welche in 5¹Ig. 16b gezeigt ist. Die Steuerschaltung umfaßt ferner Thyristoren

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und 116. Der Thyristor 115 steuert die Abschaltung des Thyristors 116. Ein Steuertransformator 66 umfaßt Primärwicklungen 117 und 117', welche beim Betrieb der Steuerschaltung durch eine Gleichstromquelle 61 verwendet werden. Ferner sind eine Diode 118 und ein Kommutierungskondensator 119 vorgesehen.

Wenn die Wechselstromquelle abgetrennt und die Gleichstromquelle an die Steuerschaltung angeschlossen wird, gelangt über den Widerstand 122 und den Kondensator 121 ein Signal zu der Steuerelektrode des Thyristors 116, welches diesen öffnet. Der Anodenstrom des Thyristors fließt durch die Primärwicklung 117 des Steuertransformators, wodurch über die Primärwicklung 103 des Stromtransformators 102 ein Strom in der Treiberspule 12 erzeugt wird. Infolgedessen beginnen die Treiberspule 12 und der mit ihr verbundene Kolben 27 sich von dem oberen Umlcehrpunkt 53 der Pig. 2a fortzubewegen, wie es bei den obigen Beispielen beschrieben wurde. "Wenn sie den unteren Umkehrpunkt 51 erreichen, erreicht der Strom durch die Treiberspule 12, das ist der Strom durch die Primärwicklung 103 des Stromtransformators 102, seinen maximalen Wert, welcher die Triggerschaltung 114 veranlaßt, einen Impuls zu erzeugen. Dieser Impuls läuft zu der Steuerelektrode des Thyristors 115 "und öffnet diesen_o Gleichzeitig wird durch ~3n durch die Treiberspule 12 und die Primärwicklung 117 des Steuertransformators fließenden Strom in der WicHung 117'

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eine Spannung induzierte Infolgedessen wird der Kommutierungskondensator 119 über die Diode 118 aufgeladen. Me Spannung des Kondensators 119 spannt den Thyristor 116 in Sperr!chtung vor und schaltet ihn dadurch ab. Die Steuerschaltung wird dementsprechend invertiert, und die Treiberspule 12, der mit ihr verbundene Kolben 27, die leitenden Federn 20 und 20' und die Schwingfeder 17 beginnen sich in entgegengesetzter Richtung zurückzubewegen, mit einer Frequenz, welche durch diese mechanischen Teile bestimmt ist. Sie erreichen die gegenüberliegende extreme Position, nämlich den unteren Umkehrpunkt 51 der Fig. 2b. Bei diesem Vorgang wird eine gegenelektromotorische Kraft an der Treiberspule 12 erzeugt, v/eil die Spule 12 durch das magnetische Feld bewegt wird. Diese gegenelektromotorische Kraft ist der in Fig. 16c gezeigten Richtung entgegengerichtet, in v/elcher der Thyristor 116 eingeschaltet ist. Vfenn der Kolben 27 und die Treiberspule 12 den unteren Umkehrpunkt 51 erreichen, bei welchem die Treiberspule 12 sich nicht bewegt, verschwindet die gegenelektromotorische Kraft. Dadurch entsteht am Ausgangsanschluß 126 der Triggerschaltung 114 ein Triggerimpuls, welcher den Thyristor 116 einschaltete Bei einer Aufeinanderfolge dieser Schritte schwingen das elektrische und das mechanische Schwingsystem mit gleicher Phase, wie im Beispiel 5.

Es wird Jetzt die Arbeitsweise der Triggerschaltung 1M beschrieben, die in Fig. 16b dargestellt ist, welche einen

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Spannungskomparator 106, einen Impulsformer 107 und einen Impulsversferker 108 umfaßt. Die Triggerschaltung 114 ist ein Impulsgenerator mit den genannten Komponenten und einem Impulstransformator, und sie arbeitet wie die Triggerschaltung des Beispiels 5. Wenn der Thyristor 116 eingeschaltet ist, fließt über die Primärwicklung 105 des Stromtransformators 102 ein Strom zu der Treiberspule .12, mit der Folge, daß auch durch die Sekundärwicklung 104 des Stromtransformators 102 ein Strom fließt. Dadurch v/ird an dem Widerstand 112 eine Spannung aufgebaut. Diese Spannung wird dem Komparator 106 zugeführt,, Die induzierte Spannung ist proportional zu der Stärke des Stromes, der durch die Treiberspule 12 fließt. Wenn dieser Strom die Bedingung E_n>E>I,_T erfüllt,

erzeugt die Triggerschaltung keinen Impuls. Wenn j edoch Eq< K»I„ ist, wird ein Triggerimpuls erzeugt. Dieser Impuls wird über den Anschluß 109 zu der Steuerelektrode des Thyristors 115 geleitet, der dadurch eingeschaltet wird, und der andere Thyristor 116 wird aus den genannten Gründen abgeschaltet. Der Spannungskomparator 106, der Impulsformer 107 und der Impulsver stärker 108 bilden also eine Schalt stufe zur Abschaltung des Thyristors 116.

In Pig. 16b bezeichnen 125 einen Nulldurchgangsdetektor, dessen Eingang mit beiden Enden der Treiberspule 12 verbunden ist, 124 einen Impulsformer und 125 einen Impulsverstärker, welcher einen Impulstransformator umfaßt. Der

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ITulldurchgangsdetektor 123 erzeugt In dem Augenblick einen Impuls, in welchem die Spannung an seinen Eingangsanschlüssen ihre Polarität wechselt. Dieser Impuls wird in dem Impulsformer 124 geformt, und dieser geformte Impuls v/ird dem Impulsverstärker 125 zugeführt. Der verstärkte Impuls wird über den Anschluß 126 zu dem Thyristor 116 geleitet und öffnet diesen. Der Nulldurehgangsdetektor 123, der Impulsformer 124 und der Verstärker 125 bilden also eine Schaltstufe zur Einschaltung des Thyristors 116. Auf diese V/eise wird der Thyristor 116 wiederholt ein- und ausgeschaltet, wenn der Kolben 27 und die Treiberspule 12 sich In der einen bzw. in der anderen extremen Position befinden. Die Zeitlagensteuerung ist in Pig. 16c dargestellt.

Wenn an diese Steuerschaltung eine Wechselstromquelle angeschlossen wird, wird die Erregerspule 83 des Relais 82 erregt, so daß die Kontakte 84 und 120 schließen, während die Kontakte 85 und 86 öffnen. Die Gleichstromquelle wird dadurch automatisch von der Steuerschaltung getrennt, welche von der Wechselstromquelle 80 über die Primärwicklung 81 des Steuertransformators 66 mit Energie versorgt wird. Gleichzeitig werden in den Wicklungen 117 und 117' des Steuertransformators Spannungen induziert. Die resultierende Energie wird über den geschlossenen Relaiskontakt 120 in gleicher Weise der Treiberspule 12 zugeführt, wie es oben bei den anderen Ausführungsbeispielen beschrieben wurde.

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Y7enn der elektrische Schwingkolbenverdichter der Beispiele 5 und 6 von einer Gleichstromquelle 61 angetrieben wird, fließt durch die Treiberspule 12 ein Gleichstrom, der unterbrochen wird. Tatsählich ist die in der Treiberspule 12 er-• zeugte elektromagnetische Kraft stets glelch-gerichtet bezüglich des magnetischen Feldes, vjeLches durch den Magnet 10, den magnetischen Pol 11 und das Joch 9 gebildet wird, und deshalb kann die elektromagnetische Kraft in der Treiberspule 12 mit der Magnetisierungsrichtuiig des Magneten 10 gleichgerichtet gehalten werden. In den Pig» 13c bis I3f geben Pfeile die Richtung der elektromagnetischen Kraft an, welche auf die Treiberspule 12 ausgeübt wird, wenn die Stromrichtung durch die Treiberspule 12 geändert wird, und zwar bezüglich der Magnetisierungsrichtung des Magneten 10. Die nach oben gerichteten Pfeile der Pig. 13c und I3f zeigen die Tatsache an, daß die in der Treiberspule 12 erzeugte magnetische Kraft dazu dient, den Magneten 10 zu entmagnetisieren. In den Fig. 13d und 13e dagegen bewirkt die magnetische Kraft der Treiberspule 12 eine Magnetisierung des Magneten. Falls die Spule 12, nachdem die Stromrichtung durch sie in Magnetisierungsrichtung des Magneten festgelegt ist, wie es- in den Fig. 13d und I3e gezeigt ist, an das elektrische Schwingsystem angeschlossen wird, dann kann diese Schaltung stets den Antrieb in Magnetisierungsrichtung bewirken. Diese Anordnung wird in der folgenden Beschreibung als "Zugsystem" bezeichnet, und die Anordnung der Fig. 13c und I3f zum Antrieb in

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die umgekehrte Richtung wird im folgenden "Schubsystem" genannt. Eine Schaltungsanordnung dagegen, bei welcher eine Weehselstromquelle mit der Treiberspule 12 verbunden ist, wird "Zug-Schub-System" oder "Gegentaktschaltung" genannt. Die Vorteile des Zugsystems werden unten beschrieben.

Die Pig. 13b zeigt die magnetischen Kennlinien, welche erforderlich sind, damit man beim Gegentaktsystem, beim Zugsystem tuid beim Schubsystem die gleichen Ausgangswerte erhält. Die an der Treiba?spule 12 erzeugte elektromagnetische Kraft muß während der Dauer einer Schwingung konstant sein, falls der Ausgangswert der Treiberspule 12 konstant ist und der Schwingungsnub ebenfalls konstant ist„ Bei den drei Systemen ist die Wellenform des durch die Treiberspule 12 fIiessend en Stromes nahezu rechteckig, wenn der Verdichter von einer Gleichstromquelle angetrieben wird. Die Zeit, während welcher in der Treiberspule 12 ein Strom fließt, d.h. das Kraftverhältnis, beträgt bei dem Gegentaktsystem ungefähr 100 % und bei dem Zugsystem und dem Schubsystem etwa 50 %. Um den Ausgangswert der Treiberspule 12 konstant zu machen, muß die effektive elektromagnetische Kraft !"(rms) während der Dauer einer Schwingung konstant sein.

E(rms) = Κ·B·L-N.I·D (3)

Dabei ist P(rms): die effektive elektromagnetische Kraft pro Schwingung.

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B: die Dichte des magnetischen· iTusses (die Intensität des Magnetismus),

L: die mittlere Länge der Treitespule, Ή ι die Unzahl der Windungen der Ireiberspule, I: die Stärke des Stromes, der durch die Treiberspule fließt

(Treiberspulenstrom),
D: das Tastverhältnis,
K: eine Proportionalitätskonstante.

Wenn B, L, IT und K in der Gleichung (3) konstant sind, ist sowohl im Sehubsystem als auch im Zugsystem zur Erzielung derselben effektiven elektromagnetischen Kraft F(rms) pro Schwingung die doppelte Stromstärke in der Treiberspule notwendig wie bei dem G-egentaktsystem.

In der Fig. 13b bezeichnen die Bezugszeichen 125, 126 und 127 Entmagnetisierungskurven,' welche dem Magneten 10 des G-egentaktsystems, des Schubsystems bzw, des Zugsystems zugeordnet sind. Die in dem Magneten 10 enthaltene Energie nimmt in der Reihenfolge der Kurven 127, 125 und 126 zu, und der Magnet 10 wird entsprechend groß, vorausgesetzt, daß ein gleichartiger Magnet verwendet wird. Das Bezugszeichen 135 bezeichnet die Kurve des Leerlaufbetriebs der magnetischen Schaltung. Wenn die Entmagnetisierungskraft -H^ durch den Wechselstrom in der Treiberspule des G-egentakt systems erzeugt wird, verschiebt die Arbeitsicurve sich zur Kirt?- ve 136 hin, welche parallel zur Arbeit sicurve 135 verläuft.

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In ähnliclier Weise verschiebt die Arbeitskurve sich nach 137 hin, wenn eine Magnetisierungskraft +IL vorhanden ist. ¥enn dagegen die Entmagnetisierungskraft -H₂ durch den Stromfluß durch die Treiberspule' 12 des Zugsystems erzeugt wird, gilt die Arbeitskurve 138. Wenn die Magnetisierungskraft +H_? durch den Stromfluß durch die Treiberspule 12 des Schubsystems erzeugt wird, gilt die Arbeitslcurve 139. In der Pig. 13b bezeichnet die Ordinate die Magnetisierungsstärke B, während auf der Abszisse die Stärke des magnetischen Feldes H aufgetragen ist. Bei deBi Gegentaktsystein, bei welchem durch die Treiberspule 12 ein Wechselstrom fließt, arbeitet die magnetische Schaltung längs der Entmagnetisierungskurve, welche eine kleinere Hysteresisschleife aufweist und zwischen den Punkten 128 und 130 verläuft und deren mittlerer Wert der magnetischen Induktion B^ bei dem Punkt 129 auf der Arbeitskurve 135 liegt. Die in diesem Zustand erzeugte minimale magnetische Induktion ist B₂,und die maximale erzeugte magnetische Induktion ist B₇₅. Im Betdeb wird an der Treiberspule 12 an den Punkten 128 und 130, an welchen die Stromrichttrng sich ändert, eine elektromagnetische Kraft erzeugt, weil

Strom

der/durch die Treiberspule 12 eine ungefähr rechteckige Wellenform aufweist. Dabei werden Magnetisierungen mit den Intensitäten B₂ und B, erzeugt, welche bei dem Gegentaktsystem nach jeder halben Schwingung wechseln. Der Wert des Stromes ist also bei jeder halben Schwingung etwa gleich, und damit auch die mittlere Intensität der Magnetisierung B^ in dem Gegentaktsystem. Das bedeutet, daß der Magnet so groß sein

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muß, daß er mehr Energie enthalten kann, als längs der Entmagne ti si erungskurve 125 verfügbar ist, welche die Arbeitskurve 136 bei de.m Punkt 128 schneidet (bei welchem die magnetische Induktion den Wert Bp aufweist), wenn in dem Gegentaktsystem der durch die Treiberspule fließende Strom eine entmagnetisierende Feldstärke -IL erzeugt»

Bei dem Schubsystem dagegen erzeugt der Strom durch die Trei„ berspule 12, im Gegensatz zum Gegentaktsystem, eine magnetische Feldstärke, die stets entmagnetisierend wirkt und deren Tastverhältnis .50 % beträgt. Der Wert dieser negativen magnetischen Feldstärke -EL ist doppelt so groß wie derjenige des Gegentaktsystems,und er liegt auf der Arbeitskurve 158. Der Punkt 131 auf der Arbeitskurve 138 bezeichnet die für den Magneten erforderliche liagnetisierungsstärke B... In diesem Zustand nimmt die magnetische Schaltung eine kleinere Schleife an, welche zwischen dem Punkt 132 auf der Leerlaufkurve 135, wo die Magnetisierung den Wert B, auf v/eist, und dem Punkt 131 der Arbeitskurve 138 liegt, wo die magnetische Induktion den Wert B.. auf v/eist. Dementsprechend muß die Größe des magnetischen Stahls so bemessen sein, daß er mehr .Energie enthalten kann, als auf der Entmagnetisierungslcurve 126, welche die Arbeitskurve 138 in dem Punkt 131 schneidet, verfügbar ist.

Bei dem Schubsystem wirkt die magnetische Kraft, welche von dem Strom durch die Treiberspule 12 erzeugt wird, stets magne-

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ti si er end, und sie weist ein Tastverhältnis von 50 ^ι}ό auf. Die Kagnetisierungskraft oder die magnetische Feldstärke "beträgt +H₂ und ist doppelt so groß wie bei dein G-egentaktsystern. Die magnetische Schaltung arbeitet längs einer kleineren Schleife, welche zwischen dem Punkt 133 der Arbeitskurve 139 von +Hp, v/o die magnetische Indtiktion den Wert B^ aufweist, und dem Punkt 134 der Leerlaufkurve 135 verläuft, wo die magnetische Induktion den Wert B₁- annimmt. Deshalb muß der verwendete Magnet -so groi3 sein, daß er mindestens die minimale Intensität der Magnetisierung B_r der kleinen Schleife aufweist. Der Magnet muß also mehr Energie aufweisen als die Magnetisierungskurve 127, welche die Arbeitskurve 135 bei dem Punkt 134 schneidet.

Es werden jetzt die Merkmale der drei Systeme bezüglich der Kennlinien des Magneten zusammengefaßt.

Zunächst wird das Schubsystem beschrieben. Auf der Entmagnetisierungskurve 126, welche die notwendige Kennlinie des Magneten darstellt, beträgt die magnetische Intensität der anfänglichen Magnetisierung bei dem Punkt 132' der Kurve des Leerlaufbetriebs Bg. Im Betrieb beträgt die Intensität der Magnetisierung bei dem Punkt 131 lediglich den Wert B^, da die Treiberspule 12 eine entmagnetisierende magnetische .Feldstärke -Hp erzeugt. Dies zeigt an, daß die Differenz der imgröbisehen Kraft Bg-B-i keine Wirkung ausübt, wenn eine ent-

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magnetlsierende Kraft -Tf₂ erzeugt wird (wobei lediglich B. verwendet wird).

. Bei dem Schulsystem beträgt die Magnetisierungsstärke des Magneten anfänglich den Wert B₁-, nämlich an dem Punkt 134, an welchem die Entmagnetisierungslcurve die Kurve 135 des Leerlaufbetriebs schneidet. Wenn jedoch durch die Treiberspule 12 ein Strom fließt, wird in ihr eine Magnetisierungskraft der Stärke B.. erzeugt. Die magnetische Schaltung arbeitet also mit einer Intensität, welche der-Differenz B..-B₁-entspricht. Damit ist die Verlustkomponente der Magnetisierung eliminiert, so daß der Hagnet lediglich eine Magnetisierungsstärke kleiner als B.. aufweisen muß. Es ist jetzt klar, daß der Magnet in den Zugsystem wesentlich kleiner als bei den anderen Systemen ausgebildet sein kann. Dieses Merkmal ist besonders wichtig bei der Formgestaltung des Schwingkolbenverdichters, es senkt die Herstellungskosten und es reduziert außerdem das Gewicht der Maschine. Selbstverständlich ist die Formgestaltung des Schwingkolbenverdicliin^s stark verschieden, je nachdem ob das Gegentaktsystem, das Schubsystem oder das Zugsystem als Antriebssystem verwendet v.'ird.

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Claims

Ansprüche

ο Schwingender Verdichter für Kältemaschinen, insbesondere für Kühlschränke, die mit Batterien mit kleiner Kapazität betreibbar sein müssen, mit einem mechanischen und einem elektrischen Schwingsystem, gekennzeichnet durch ein mechanisches Schwingsystem mit einer Treiberspule . (12) und wenigstens einer resonant mit dieser schwingenden Peder (17) und durch ein elektrisches Schwingsystem, welches Halbleiterschalter (62, 63, 64, 65) mit Steuerelektroden umfaßt, die "von einem Steuertransformator (66) mit inigesättigtem Kern entsprechend den veränderlichen Faktoren des elektrischen Schwingsyctems relativ zu der Bewegung der Trei"ba?spule ein- und ausgeschaltet werden, und welches entsprechend der Bewegung des mechanischen Schwingsystems synchron mit diesem mit dessen natürlicher Eigenfrequenz arbeitet und ihm die erforderliche elektrische Energie zuführt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Transistor (62) vorgesehen ist, daß

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das mechanische Schwingsystem einen Kolben (27) umfaßt, der zv/isehen einem oberen Umkehrpunkt (53) und einem unteren Umkehrpunkt (51) hin- und herbewegbar· ist, daß der Strom durch die Treiberspule (12), der sich mit der Impedanz (Z) ändert, die von der an der Treiberspule (12) erzeugten gegenelektromotorischen Kraft (Ε_β) abhängt, gleich dem Ausgangsstrom (Iq) des Transistors (62) wird, welcher die Schaltung unter der Bedingung

J-f-\ — Xl-np · -i-"p \J J? S~i X)

wobei Iq : der Kollektorstrom des verwendeten Transistors, I-n : der Basisstrom des Transistors und h-pygt der Verstärkungsfaktor des Transistors ist,

steuert, wenn der maximale Ausgangsstrom bei der minimalen gegenelektromotorischen Kraft (E~) an der Treiberspule (12) im oberen Umkehrpunkt (53) und im unteren Umkehr·*· punkt (51) des Kolbens (27) auftritt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Halbleitergleichrichter mit einer Steuerelektrode, z.B. ein Thyristor (62) vorhanden ist, daß der Strom durch die Treiberspule (12), der sich mit der Impedanz ändert, die von der an der Treiberspule (12) erzeugten gegenelektromotorischen Kraft (E_Q) abhängt, gleich dem Ausgangsstrom des Gleichrichters (62) wird, welcher

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die Schaltung unter der Bedingung

wobei I™: der Anodenotrom des Gleichrichters, Eq: die Vergleichsspannung in einem Spannungs-

komparator und

K. : das Verhältnis des Sekundärstromes zum-Priinärstrom des Stromtransformators ist,

steuert, wenn "bei minimaler gegenelektromotorischer Kraft (Eq) an der Treiberspule (12) der maximale Ausgangsstrom (i-r) verfügbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Transistor (62) als Halbleiterschalter des elektrischen Schwingsystems (12, 61 -71) verwendet ist, welches derart mit dem mechanischen Schwingsystem (12, 17_f 27) gekoppelt ist, daß der Transistor (62) von dem Steuertransformator (66) aufgrund der Änderung der Impedanz (Z) der Treiberspulö (12), welche durch die Schwingungen des mechanischen Schwingsystems (12, 17, 27) mit seiner natürlichen Eigenfrequenz erzeugt wird, ein- und ausgeschaltet wird, und daß selbst bei Änderungen der Eigenfrequenz des mechanischen Schwingsystems (12, 17, 27) aufgrund von Anderungen der Versorgungsspannung und/oder der äußeren Bedingung die an der Treibrspule (12) auftretende Impedans-

änderung

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im wesentlichen proportional .zur Änderung dieser Eigenfrequenz ist, so daß der Transistor unter Ausnutzung der linearen Charakteristik des Steuertransformators (66) ent-. sprechend der ständig sich ändernden Eigenfrequenz des mechanischen Schwingsystems (12, 17, 27) gesteuert wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch.gekennzeichnet, daß das elektrische Schwingsystem (12, 61 - 71) wenigstens einen Gleichrichter (62) mit einer Steuerelektrode als Halbleiterschalter umfaßt, daß in Reihe mit der Treiberspule (12) ein Stromtransformator (102) geschaltet ist und daß eine Triggerschaltung (105) vorgesehen ist, welche in Abhängigkeit von der an dem Stromtransformator (102) auftretenden Änderung des elektrischen Zustands Triggerimpulse erzeugt, so daß der Gleichrichter (62) von dem Steuertransformator (66) aufgrund der Änderung der Impedanz (Z) der Treiberspule (12), welche durch die Schwingungen des mechanischen Systems (12, 17, 27) mit seiner natürlichen Eigenfrequenz erzeugt wird, ein- und ausgeschaltet wird und daß selbst bei Änderungen der Eigenfrequenz des mechanischen Schwingsystems (1.2, 17, 27) aufgrund von Ände- ' rungen der Versorgungsspannung und/oder der äußeren Bedingung die an der Treiberspule (12) auftretende Impedanz im ' wesentlichen proportional zu der Änderung dieser Eigenfrequenz ist, so daß der Gleichrichter (62) unter Ausnutzung der linearen Charakteristik des Steuertransformators (66)

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von dem Triggerimpuls der Triggerschaltung (105) ein- und ausgeschaltet wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1', dadurch gekennzeichnet, daß der Sehwingkolbenverdichter eine elektrische Schaltung (61 - 71) umfaßt, welche entweder von einer Gleichstromquelle (61) oder einer Wehselstromquelle (80) gespeist wird, und eine Einrichtung (82), Vielehe die Gleichstromquelle (61), die normalerweise mit der Steuerschaltung (62 - 71) des Verdichters verbunden ist, von dieser Steuerschaltung abtrennt, wenn die Wechselstromquelle (80) an die Steuerschaltung (62 - 7O angeschlossen wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuertransformator (66), welcher die Halbleiterschalter (62 - 65) des elektrischen Schwingsystems steuert, eine Wechselstrom-Eingangswicklung (81) umfaßt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem mechanischen Schwingsystem und dem Ausgangsanschluß eine Steuerschaltung, welche die HaIBsiterschalter (62 - 65) umfaßt, ein Ausgangstransformator (102) geschaltet ist und daß die Ausgangsspannung des Ausgangstransformators (102) zu den Anschlüssen der Treiberspule (12) und gleichzeitig der durch die Treiberspule (12) fliessende Wechselstrom über den Ausgangstransformator (102) zu der Steuerschaltung gelei"fadb wird.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Transistoren (62 - 65) als Halbleiterschalter des elektrischen Schwingsystems so geschaltet sind, daß sie mit einer Frequenz schalten, welche von der Charakteristik im Sättigungsbereich jenseits der linearen Charakteristik des Steuertransformators (66) mit ungesättigtem Kern abhängt, wenn die Treiberspule (12) von dem elektrischen Schwingsystem getrennt ist, und daß die Transistoren (62 - 65) stets mit der natürlichen Eigenfreauenz des mechanischen Schwingsystems (12, 17, 27) des Verdichters schalten, wenn das elektrische Schwingsystem mit der Treiberspule (12) verbunden ist und von einer Gleichstromquelle (61) gespeist wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Gleichrichter (62-65) mit einer Steuerelektrode als Halbleiterschalter des elektrischen Schwingsystems so geschaltet sind, daß sie mit einer Frequenz schalten, welche von der Charakteristik im Sättigungsbereich jenseits der linearen Charakteristik des Steuertransformators (66) mit ungesättigtem Kern abhängt, wenn die Treiberspule (12) .von dem elektrischen Schwingsystem getrennt ist, und daß die Gleichrichter stets mit der natürlichen Eigenfrequenz des mechanischen Schwingsystems (12, 17, 27) des Verdichters schalten, wenn das elektrische Schwingsystem mit der Treiberspule (12) verbunden ist und von einer Gleichstromquelle (61) gespeist wird.

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11. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den "beiden Polen der Gleichstromquelle (61) in Reihe miteinander ein Kondensator (77), ein Widerstand (78) und eine dritte Wjdkllnn.-; (76) des Sbeuertransforrnators (66) geschaltet sind, welche einen Einschaltstrom liefern und den Anlaßstrom des Schwingsystems kompensieren.

12. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Brückenschaltung mit vier Transistoren (61-6§) vorgesehen ist, von denen jeweils zwei einander gegenüberliegende Transistoren (62, 64 bzw. 63, 65) nacheinander unabhängig von den beiden anderen arbeiten, daß die Emitter-Kollektor-Strecke zweier einander gegenüberliegender Transistoren mit der Treiberspule (12) verbunden sind, so daß ein Strom durch die Anschlüsse des Verdichters in die-Treiberspule (12) fließen kann, daß die Emitter-Kollektor-Strecken der beiden anderen, einander gegenüberliegenden Transistoren mit der Gleichspanmmgsquelle (61) verbunden sind, damit ein Strom zu der Treiberspule (12) fließen kann, daß die Primärwicklung (67) des Steuertransformators (66) parallel zur Treibersjmle (12) angeschlossen ist und einen Stromfluß durch diese erfaßt, und daß die Emitter-Basis-Strecken der einzelnen Transistoren mit den Sekundärwicklungen (68, 69, 70 bzw. 71) des Steuertransformators so verbunden sind, daß die Emitter-Basis-Strecken der Transistoren abhängig davon, ob durch die.Treiberspule (12) ein Strom fließt -oder nicht, gesteuert v/erden.

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13. "Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kollektoren zweier Transistoren (62, 62') jeweils mit einem Ende des Steuertransformators (66) verbunden ist, welcher parallel zu der Treiberspule (12)
des Schwingko.lbenverdichters geschaltet ist, daß der
Mittelabgriff des Steuertransformators (66) und die Emitter der beiden Transistoren (62, 62') mit einer Gleichstromquelle (61) verbunden sind und daß die Basisanschlüsse der Transistoren (62, 62') mit einer zweiten Wicklung (71, 71') des Steuertransformators (66) so verbunden.sind, daß die
Transistoren (62, 62') entsprechend dem Zustand, ob durch die Treiberspule· (12) ein Strom fließt oder nicht, gesteuert werden, und daß die Treitß^spule (12) mit einer
Spannung versorgt wird, die etwa doppelt so groß wie die
Spannung der Gleichstromquelle (61) ist.

14. "Vorrichtung nach Anspruch 5_f dadurch gekennzeichnet,

daß als Halbleiterschalter vier Gleichrichter mit Steuerelektroden, z.B. Thyristoren (62-65) vorgesehen sind, von denen zwei Gleichrichter (62, 65) mit ihren Anoden direkt mit dem positiven Pol der Gleichstromquelle (61) und die. beiden anderen Gleichrichter (63, 64) mit ihrer Kathode
direkt mit dem negativen Pol der Gleichstromquelle (61)
verbunden sind, daß die Kathoden der beiden Gleichrichter mit einem Anschluß der Wicklungen (94 - 97) der Kommutierungsreaktanzen (88-89) verbunden sind, welche jeweils
einen Mittelabgriff aufweisen, daß die Anoden des zweiten

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Gleichrichterpaares mit den ander.en Anschlüssen der Konraiutierungsrealctanzen (88, 89) verbunden sind, daß je ein Kommutierungskondensator (94, 95, 96, 97) zwischen der Energiequelle und dem Mittela"bgriff jeder Reaktanz liegt, daß die Primärwicklung (103) eines Stromtransformators (102) in Reihe mit der Treiterspule (12) zwischen den Mittelabgriffen der Kommutierungsreaktanzen (88, 89) liegen, daß die Primärwicklung (67) des Steuertransformators (66) parallel zu der Serienschaltung ' der Primärwicklung (103) des Stronutransformators (102) und der Treiberspule (12) liegt und daß diese Komponenten zu einer Brücke geschaltet' sind, welche Gleichrichter (62 65) mit einer· Steuerelektrode umfaßt, und eine Triggerschaltung (105), welche Triggerimpulse zum Ein- und Ausschalten von je zwei gegenüberliegenden Gleichrichtern erzeugt, und die einen Stromtransformator (102) umfaßt, der wahlweise mit den Eingangsanschlüssen (104, 104') der Triggerschaltung (105) verbunden wird, so daß die Zeitsteuerung der Triggerimpulse wahlweise von den Sekundärwicklungen (104) des Stromtransformators (102) abgeleitet werden kann.

15. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiterscia lter zwei Gleichrichter (62, 64) mit je einer Steuerelektrode vorgesehen sind, daß die Kathoden der beiden Gleichrichter gemeinsam mit einer Kommutierungsreaktanz verbunden sind, daß der andere Anschluß der Kommutierungsreaktanz mit dem negativen Anschluß einer Gleich-

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stromguelle verbunden ist, daß die Anoden der beiden Gleichrichter über einen Kommutierungskondensator (115) miteinander verbunden sind, welcher parallel zu der Primärwicklung (67) des Steuertransformators liegt, daß etwa in der Mitte der Primärwicklung (67) des Steuertransformators (66) ein Abgriff vorgesehen ist, der mit dem positiven Pol der Gleichstromquelle (61) verbunden ist, daß die Treiberspule (12) mit den Anoden der Gleichrichter (62, 64) ' über die Primärwicklung (103) des Stromtransformators (102) verbunden ist, daß eine Triggerschaltung (105) vorgesehen ist, welche Triggerimpulse erzeugt, welche die beiden Gleichrichter abwechselnd ein- und ausschaltet, und daß der Stromtransformator (103) mit dem Eingangsanschluß (IO4) der Triggerschaltung (105) so verbunden ist, daß die Zeitsteuerung der Triggerimpulse wahlweise von der Sekundärwicklung (IO4) des Stromtransformators (IO3) abgeleitet werden kann.

16. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschalter einen Transistor (62) umfassen, daß zwischen den beiden Polen der Gleichstromquelle (61) in Reihe miteinander die Primärwicklung (67) des Steuertransformators (66), ein Begrenzungswiderstand (79) "und die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors (62} liegen, daß die Treiberspule (12) parallel zu der aus der Primärwicklung (67) und dem Begrenzungswiderstand (79) gebildeten Reihenschaltung liegt, so daß der Kollektorstrom des Transistors (62) direkt der Treiberspule (12) zugeführt wird, daß die

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Sekundärwicklung (68) des Steuertransformators (66) mit der Basis des Transistors (62) so verbunden ist, daß der Strom durch die Treiberspule (12) durch den eingeschalteten und den abgeschalteten Zustand des Transistors (62) bestimmt wird, und daß zwischen der Basis und dem Kollektor des Transistors (62) ein Widerstand (87) liegt, welcher den EinsehaltStromstoß begrenzt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß vier Transistoren (62 - 65).· als Halbleiterschalter zu einer Brücke geschaltet sind, wobei zwei in Reihe liegende Transistoren jeden Brückenarm bilden und zwei Paare von Transistoren parallel zu den beiden Enden der Treuerspule geschaltet sind, daß zwei in Reihe liegende Transistoren (62, 63) vom gleichen leitungstyp sind, z.B. PNP-Transistoren, daß die anderen beiden, in Reihe liegenden Transis- toren (64, 65) ebenfalls vom gleichen leitungstyp sind, z.B. HPN-Transistoren, daß die beiden in Reihe liegenden Transistoren (62, 65), die parallel zu den beiden Enden der Gleichstromquelle geschaltet sind, von verschiedenem leitungstyp sind, und daß die Ausgangswicklung (68, 69) des Steuertransformators (66) zwischen den Emittern und den Basisanschlüssen jedes Transistors liegt.

18o Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß vier Transistoren (62 - 65) zu einer Brücke geschaltet sind, von denen ein PNP-Transistor und ein HPH-Trans!stör ein Paar

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bilden, daß jedes Transistorpaar (62, 63 bzw. 64, 65) einen gemeinsamen Emitteranschluß und einen gemeinsamen Basisanschluß aufv/eist, daß die gemeinsamen Emitter mit 'dem einen Ende bzw. mit dem anderen Ende der Treiberspule (12) "verbunden "sind, daß die Kollektoren der beiden PHP-Transistoren mit dem negativen Pol der Gleichstromquelle (61) verbunden sind, daß die Kollektoren der HPH-Transistoren mit dem positiven Pol der Gleichstromquelle (61) verbunden sind, daß die Ausgangswicklungen (68, 69) des Steuertransformators (66) je einem aus einem PNP-. und aus einem IIPN-Transistor bestehenden Transistorpaar gemeinsam sind und zwischen der Basis und dem Emitter jedes Transistors liegen.

19· Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß vier Transistoren (62 - 65) als Halbleiterschalter verwendet und zu einer Brücke geschaltet sind, von denen jeweils ein PHP- und ein NPN-Transistor ein Paar bilden, daß jedes Transistorpaar einen gemeinsamen Kollektoranschluß aufweist, daß die beiden gemeinsamen Kollektoranschlüsse mit je einem Ende der Treiberspule (12) verbunden sind, daß die Emitter der beiden PHP-Transistoren mit dem negativen Pol der Gleichstromquelle (61) verbunden sind, daß die Emitter der beiden NPH-Transistoren mit dem positiven Pol der Gleichstromquä.le (61) verbunden sind, daß die Ausgangswicklung (68, 69) des Steuertransformators (66) je einem Transistorpaar gemeinsam ist und zwischen der Basis und dem Emitter

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^edes Transistors liegt, und daß .eine Diode (D) in-Sperrrichtung zwischen der Basis und dem Emitter jedes Transistors liegt und zusammen mit der Basisschaltung eine brückenartige Rückkopplungsschaltung bildet.

20. Vorrichtung nach. Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Gleichrichter (62) mit einer Steuerelektrode, z.B. ein Thyristor, als Halbleiterschalter verwendet wird, dessen Anode mit dem positiven Pol der Gleichstromquelle (61) und dessen Kathode über einen Steuertransformator (66), der als Kommutierungsreaktanz betrieben wird, mit dem einen Anschluß der Treiberspule '(12) verbunden ist, deren anderer Anschluß mit dem negativen Pol der Gleichstromquelle (61) verbunden ist, daß ein Stromtransformator (102) zur Erfassung der Stärke des durch, die Treiberspule (12) fließendenStronies zwischen dem positiven Pol der Gleichstromquelle (61) und dem einen Anschluß der Treiberspule (12) geschaltet ist, und daß eine Triggerschaltung' (114) und ein Abschaltkreis mit einem Thyristor (115) vorgesehen sind, welche den ■Gleichrichter (116) ein- und ausschalten können, und daß diese Schal ^vorgänge wahlweise bei den extremen Amplitudenpositionen der Antriebsspule (12) durchgeführt werden.

21. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß eine Triggerschaltung (114) vorgesehen ist, welche einen Eingangsstrom von der Sekundärwicklung (104) eines Stromtransformators (102) empfängt, welcher in Reihe zwischen

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einem Pol der Gleichstromquelle (61) und dem einen Anschluß der Treiberspule (12) liegt, daß in der Triggerschaltung (114) parallel zu der Sekundärwicklung (104) des Stromtransformators (102) ein Widerstand (112) geschaltet ist, welcher das Eingangsstromsignal in ein Spannungssignal wandelt, daß zwei Spannungskomparatoren . (106) vorgesehen sind, welche abwechselnd betrieben v/erden und den an dem Widerstand (112) erzeugten Spannungswert mit einem vorbestimmten Spannungswert vergleichen, daß der Widerstand (112) zwischen den beiden Eingangsanschlüssen der Komparatoren (106) liegt, und daß die Spannungskomparatoren (106) alternativ und wahlweise Triggerimpulse entsprechend der Richtung und dem Wert des Stromes durch die Treiberspule (12) erzeugen.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerschaltung (114) Impulsformer (107, 1o7') umfaßt, welche das Ausgangs signal des Spannungskomparaiors formen und den geformten Impuls einem Impulsverstärker (108) zuführen, welcher das empfangene Impulssignal verdärkt und dadurch einen Ausgangsimpuls erzeugt.

23. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Transistoren als Halbleiterschalter verwendet werden, daß die Emitter eines Transistorpaares gemeinsam mit einem Pol der Gleichstromquelle (61) verbunden sind, daß die Kollektoren der beiden Transistoren mit

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je einem Ende der 'Treib er spule (12) verbunden sind, daß Dioden zwischen den Basiaanschlüssen und den Emittern der einzelnen Transistoren so angeordnet sind, daß die Ströme durch die Transistoren invertiert werden, und daß die Basis-Emitter-Strecken des iDransistorpaares und die Dioden eine Brückengleichrichterschaltung bilden.

24. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine, die Einsehaltschwingungen kompensierende Schaltung vorgesehen ist, welche eine Reihenschaltung aus wenigstens einem Widerstand und einem Kondensator umfaßt, daß Thyristoren als Halbleiterschalter verwendet werden und daß die Reihenschaltung zwischen dem positiven Pol der Gleichstromquelle und der Steuerelektrode des Thyristors geschaltet ist, so daßjlie Eingangs ahwingungen kompensiert werden.

25. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand (112), welcher das Stromsignal der Sekundärwicklung (104) des Steuertransformators (66), welcher in Reihe zwischen der Gleichstromquelle (61) und einem Anschluß der Treiberspule (12) liegt, in ein Spannungssignal wandelt, parallel zu der Sekundärwicklung (IO4) geschaltet ist, daß ein Komparator (106), ein Impulsformer (IO7) und ein Impulsverstärker (108) in Reihe miteinander zu einer Abschaltstufe geschaltet sind, daß eine Einschaltstufe durch die Reihenschaltung eines Impulsformers, eines Ter-

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stärkers und eines Nulldurchgangsdetektors (123) gebildet wird, welche in dem Augenblick, in welchem cie Spannung der Treiberspule (12) ihre Polarität ändert, einen Impuls erzeugt, und daß die Einsehaltstufe und die Ausschaltstufe zu einer Triggerschaltung zusammengefaßt sind.

26. Vorrichtung nach Anspruch.20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Prknärwicklung (117) als Kommutierungsreaktanz verwendet wird, wenn die Gleichstromquelle mit der Steuerschaltung verbunden ist, und daß ein Relais (82) betätigt wird, so daß beim Anschluß einer Wechselstromquelle an die Steuer schaltung eine Wechselspannung .in der Primärwicklung (117) des Steuertransformators erzeugt wird, dessen,, die Wechselstromenergie aufnehmende Wicklung (81)· um den Kern der Primärwicklung (117) gewickelt ist, so daß der Trei~ba?spule (12) ein Wechselstrom zugeführt wird.

27. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberspule (12) in einem magnetischen Feld angeordnet ist, welches' durch ein Joch (9), einen Hagnet (10) und einen Pol (11) gebildet wird, welche zusammen den magnetischen Kreis eines Schwingkolbenverdichters bilden, daß die Polarität der Gleichstromquelle (81) wahlweise mit dem elektrischen Schwingsystem so verbunden wird, daß die elektromagnetische Kraft, welche durch den pulsierenden Gleichstrom durch die Treiberspule (12) ausgeübt wird, stets in der Richtung entsteht, in welcher der Permanentmagnet (10)

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magnetisfert ist, und daß der Permanentmagnet (10) stets mit einer magnetischen Intensität arbeitet, welche oberhalb des Wertes liegt, der dem leerlaufbetrieb bei der anfänglichen Magnetisierung des Permanentmagneten (10) entspricht.

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