DE4005827C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schalldämpferanordnung zum Dämpfen des von einem Kältemittel-Verdichter eines Kühlsystems erzeugten Geräusches durch Schallwellen­ interferenzeffekt.

In nahezu jedem Haushalt befindet sich ein Kühlgerät, z. B. ein Haushalts-Kühlschrank, der sich während aller Jahreszeiten ständig im Betrieb befindet. Bei einem solchen Haushalts-Kühlschrank bleibt das Problem der Geräuschentwicklung noch zu lösen. Eine kritische Schall- oder Geräuschquelle ist dabei eine Maschinen­ kammer, die einen Verdichter und das mit diesem ver­ bundene Rohrleitungssystem enthält. Aus der Maschinen­ kammer dringen dabei ziemlich starke Geräusche heraus, z. B. vom Antrieb durch einen Verdichtermotor und von der Strömung des verdichteten Gases herrührende Ge­ räusche sowie mechanisches Geräusch, das durch beweg­ bare Bauteile eines Verdichtungsmechanismus erzeugt wird. Außerdem erzeugt das an den Verdichter ange­ schlossene Rohrleitungssystem Geräusche aufgrund seiner Schwingung. Die von der Maschinenkammer her­ rührenden Geräusche bilden somit einen großen Teil des gesamten Betriebsgeräusches des Kühlschranks. Eine Ver­ minderung der Geräuschentwicklung in der Maschinen­ kammer trägt somit zu einer Minderung des Betriebsge­ räusches des Kühlschranks bei.

Für die Minderung der Geräuschentwicklung in der Ma­ schinenkammer wurden bereits geräuscharme Verdichter, wie Kreiselverdichter eingesetzt. Außerdem wurden auch bereits die Schwingungsdämpfungsanordnung des Ver­ dichters und die Auslegung der Rohrleitungen verbessert, um damit eine Schwingungsdämpfung auf einer Schwin­ gungsübertragungsstrecke zu erzielen. Weiterhin wer­ den üblicherweise schallabsorbierende und isolierende Elemente um den Verdichter und das Leitungssystem herum angeordnet, wodurch der in der Maschinenkammer absorbierte Schallanteil und die Geräuschübertragungs­ dämpfung verbessert werden.

In einer oder mehreren der die Maschinenkammer begren­ zenden Wänden sind jedoch mehrere Belüftungsöffnungen oder -schlitze ausgebildet, über welche Geräusch aus der Maschinenkammer nach außen herausdringen kann. Aufgrund der Anordnung der Belüftungsöffnungen ist für die beschriebenen bisherigen Geräuschminderungs- oder Schalldämpfungsmaßnahmen eine eindeutige Grenze ge­ geben; sie vermögen somit eine Geräuschdämpfung von höchstens 2 dB(A) zu gewährleisten.

Mit der Einführung angewandter elektronischer Techniken, einschließlich Schalldatenverarbeitungsschaltungen und akustischer Steuer- oder Regeltechnik, ist in neuerer Zeit die Anwendung einer Schallunterdrückungstechnik, nach welcher Schall durch Schall­ welleninterferenzeffekt gedämpft wird, in Erwägung ge­ zogen worden. Nach dieser Technik wird der durch eine Geräuschquelle erzeugte Schall, genauer gesagt, von einem Schallempfänger, wie einem in einer bestimmten Stellung angeordneten Mikrophon, empfangen, wobei dieser Schallempfänger ein elektrisches Signal entspre­ chend dem empfangenen Schall erzeugt. Das elektrische Signal wird dann durch eine Signalwandlereinheit in ein Regelsignal umgewandelt, welches an einen Laut­ sprecher angelegt wird, der ein künstliches Schallsignal entgegengesetzter Phase oder mit einem Phasenversatz von 180° gegenüber dem vom Mikrophon empfangenen Schall sowie mit gleicher Frequenz und gleicher Amplitude wie denen des empfangenen Schalls erzeugt, so daß das künstliche Schallsignal mit dem empfangenen Schall interferiert und letzteren damit dämpft oder auslöscht.

Derartige Schallunterdrückungstechniken sind beispiels­ weise aus der DE-PS 27 21 754 und der nicht vorveröf­ fentlichten DE-OS 39 32 243 bekannt.

Wenn eine solche Geräuschbeeinflussung jedoch für die Geräuschminderung beim Kühlsystem z. B. eines Haushalt- Kühlschranks eingesetzt wird, müssen die folgenden besonderen Umstände und Gegebenheiten beim Kühlsystem berücksichtigt werden: Ein- und Ausschalten des Ver­ dichters erfolgen abwechselnd und wiederholt mit ent­ sprechendem Anstieg und Absinken der Kühlfachtempe­ ratur. Beim Anfahren des Verdichters erhöht sich insbesondere die Drehzahl seines zugeordneten Motors innerhalb von Sekundenbruchteilen schnell von null auf z. B. 3600/min. Mit dieser schnellen Drehzahlerhöhung steigt auch der Geräuschpegel augenblicklich stark an. Mit sich stabilisierender Drehzahl nimmt dann der Ge­ räuschpegel wieder ab (vgl. Fig. 7). Da der Schalldruck des Geräusches niedrig und im Normalbetrieb nach dem Anfahren stabilisiert ist, kann eine ausreichende Geräuschminderung oder -dämpfung durch Geräuschkontrol­ le mittels eines Rückkopplungsregelsystems erreicht werden. Wenn dagegen der Geräuschpegel selbst hoch ist und z. B. beim Anlaufen des Verdichtermotors stark ansteigt, verursacht eine Verarbeitungsperiode von der Erfassung des Geräusches durch den Schallempfänger bis zum Abschluß der Verarbeitung ein geringfügiges Nach­ eilen der Erzeugung eines künstlichen Schallsignals. Obgleich dieser Zeitverzug im Normalbetrieb des Verdichters vernachlässigt werden kann, vergrößert er die Differenz zwischen dem Geräusch und dem künstlichen Schallsignal. Infolgedessen kann beim Anlaufen des Verdichtermotors eine zufriedenstellende Geräusch­ dämpfung nicht gewährleistet werden.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine aktive Schalldämpfervorrichtung so auszuführen, daß sie das Betriebsgeräusch eines Kältemittel-Verdichters beim Anfahren desselben und auch nach seinem Anfahren durch Schallwelleninterferenzeffekt dämpft oder unterdrückt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die jeweiligen Merkmale der Patentansprüche 1 und 6.

Die erfindungsgemäße Schalldämpfervorrichtung ist mit einer Speichereinheit zum Vorabspeichern von Schall­ wellendaten, umfassend die elektrischen Signale mit für die Schalldämpfung durch Schallwelleninterferenzeffekt geeigneten Wellenformen, versehen. Die Schallwellen­ daten repräsentieren die beim Anfahren des Verdichters unter verschiedenen Start- oder Anfahrbedingungen durch den Verdichter erzeugten Schallwellen. Beim Anfahren des Verdichters werden die Schallwellendaten oder das Schallwellensignal entsprechend den durch die Be­ stimmungseinheit bestimmten Anfahrbedingungen aus der Speichereinheit ausgelesen. Das Schallwellensignal wird dem Schallerzeuger, z. B. einem Lautsprecher, zuge­ speist, der dadurch angesteuert bzw. betrieben wird. Infolgedessen interferiert der vom Schallerzeuger er­ zeugte Schall mit dem vom Verdichter abgestrahlten Geräusch, so daß dieses gedämpft wird.

Nach der Anfahrperiode wird das Betriebsgeräusch des Verdichters durch den Schallempfänger, z. B. ein Mikro­ phon, in ein entsprechendes elektrisches Signal umge­ wandelt, das seinerseits in ein Schallwellensignal mit für die Geräuschdämpfung durch Schallwelleninter­ ferenzeffekt geeigneten Wellenformen umgewandelt wird. Das Schallwellensignal wird dem Schallerzeuger (z. B. Lautsprecher) zugespeist, der ein mit dem Geräusch vom Verdichter interferierendes Schallsignal erzeugt.

Vorzugsweise ist die Maschinen-Kammer durch eine obere Wand, einen Boden, Seitenwände sowie vordere und hintere Wände festgelegt, wobei eine der Abmessungen von Tiefe, Breite und Höhe der Kammer größer sein kann als die beiden anderen Abmessungen. Demzufolge breitet sich eine stehende Welle des zu dämpfenden Schalls in dieser einen Richtung der Kammer aus, wodurch die Schalldämpfung durch Schallwelleninterferenzeffekt begünstigt wird.

Weiterhin kann vorzugsweise in einer oder mehreren Wänden der Kammer ein im wesentlichen eine schmale Rechteckform aufweisender Belüftungsschlitz ausgebil­ det sein, der sich in einer Richtung senkrecht zur Aus­ breitungsrichtung der stehenden Welle in der Kammer erstreckt. Hierdurch wird ein Austritt von hoch­ frequenten Schallanteilen aus der Kammer verhindert.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen lotrechten Schnitt durch einen Kühlschrank, bei dem eine Schalldämpfervorrichtung gemäß der Erfindung verwendet wird,

Fig. 2 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene ausein­ andergezogene perspektivische Darstellung des einen Verdichter aufnehmenden Teils des Kühl­ schranks,

Fig. 3 eine schematische perspektivische Darstellung des Teils nach Fig. 2 zur Erläuterung der Abmessungsbeziehungen dieses Teils,

Fig. 4 ein Schaltbild einer elektrischen Schaltung bei der Schalldämpfervorrichtung,

Fig. 5 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Ar­ beitsweise der Schalldämpfervorrichtung,

Fig. 6 eine schematische Darstellung des Prinzips der Schalldämpfung durch Schallwelleninterferenz­ effekt und

Fig. 7 eine graphische Wellenformdarstellung des vom Verdichter erzeugten Geräusches.

Im folgenden ist eine Ausführungsform der Erfindung in Anwendung auf einen Haushalt-Kühlschrank beschrieben.

Gemäß Fig. 1 weist der Kühlschrank ein wärmeisoliertes Außen-Gehäuse 1 auf, dessen Inneres von oben nach un­ ten in ein Gefrierfach 2, ein Kühlfach 3 und ein Ge­ müsefach 4 unterteilt ist. An der Rückseite des Ge­ frierfaches 2 befindet sich ein Verdampfer 5. Ein Ge­ bläse 6 dient zur unmittelbaren Lieferung von ge­ kühlter Luft zu Gefrier- und Kühlfach 2 bzw. 3. Im Bodenbereich der Rückseite des Gehäuses 1 befindet sich eine Maschinenkammer 1a, die durch eine obere Wand, einen Boden, Seitenwände sowie vordere und hin­ tere Wände festgelegt ist und die einen Kreiselver­ dichter 8 mit Motor 7, ein Kondensorrohr 9 und einen Abtauwasser-Verdampfer 10 mit sog. Keramikrippen auf­ nimmt. Der Motor 7 für den Antrieb des Verdichters 8 ist ein an sich bekannter Einphasen-Induktionsmotor mit einer Hauptwicklung 7a und einer Anlaufwicklung 7b. Die beiden Wicklungen 7a und 7b werden beim An­ laufen des Motors gemeinsam erregt, während anschließend nur noch die Hauptwicklung 7a erregt wird. Wenn der Verdichter 8 durch den Motor 7 angetrieben wird, wird vom Verdichter 8 ein Kältemittel zum Verdampfer gefördert, welcher das Kältemittel kühlt; das Gebläse 6 ist für einen Wärmeaustausch zwischen dem Ver­ dampfer 5 und dem Kühlschrankinneren vorgesehen.

Gemäß Fig. 2, in welcher das Kondensorrohr 9 und der Abtauwasser-Verdampfer 10 weggelassen sind, weist die Maschinenkammer 1a rückseitig eine rechteckige Öffnung auf, die durch einen Maschinenkammer-Deckel 11 als Vorderwand verschlossen ist. Zu diesem Zweck ist der Umfang des Deckels 11 luftdicht am Rand der Öffnung der Maschinen-Kammer 1a angebracht. In dem gemäß Fig. 2 linken Randbereich des Deckels 11 ist ein lot­ recht verlaufender, schmaler rechteckiger Belüftungs­ schlitz 11a ausgebildet. Wenn somit der Deckel 11 an der Maschinenkammer 1a angebracht ist, ist diese bis auf den Belüftungsschlitz 11a verschlossen. Der Deckel 11 besteht aus einem harten Werkstoff guter Wärmeleitfähigkeit und hoher Schallübertragungs­ dämpfung, z. B. aus einem Metall wie Stahl.

In der Maschinenkammer 1a ist ein als Schallempfänger dienendes Mikrophon 12 vorgesehen, das an der dem Be­ lüftungsschlitz 11a gegenüberliegenden Seite (der rechten Seite gemäß Fig. 2) dem Verdichter 8 zugewandt angeordnet ist und das ein elektrisches Signal in Ab­ hängigkeit von dem vom Verdichter 8 als Geräusch- oder Schallquelle empfangenen Schall erzeugt. In der Ma­ schinenkammer 1a ist zudem ein als Schallerzeugungsein­ heit dienender Lautsprecher 13 angeordnet, der in einem in der Nähe des Belüftungsschlitzes 11a befindlichen Abschnitt einer der Bodenwand des Kühlschrank-Gehäuses 1 entsprechenden Innenwand der Maschinenkammer 1a mon­ tiert ist.

Gemäß Fig. 4 wird das vom Mikrophon 12 erzeugte bzw. gelieferte elektrische Signal durch einen Prozessor 15 in einer Gegenphasen-Schallerzeugungsschaltung 14 zu einem Schallwellensignal Pa verarbeitet, das zu dem (dadurch) betriebenen Lautsprecher 13 übertragen wird. Die beschriebene Verarbeitung des elektrischen Signals beruht auf dem nachstehend erläuterten Prinzip der Schalldämpfung durch Schallwelleninterferenzeffekt.

Für ein Zweieingang- und Zweiausgangsystem gilt gemäß Fig. 6 insbesondere die folgende Gleichung:

Darin bedeuten:
S 1 = vom Verdichter 8 als Schall- oder Geräuschquelle erzeugter Schall
S 2 = vom Lautsprecher 13 erzeugter Schall
R 1 = vom Mikrophon 12 empfangener Schall
R 2 = Schall am Belüftungsschlitz 11a als Kontroll- oder Steuerpunkt
T 11, T 21, T 12, T 22 = akustische Übertragungsfunktionen zwischen Eingangs- bzw. Ausgangspunkten der obigen Schallsignale.

Der durch den Lautsprecher 13 zu erzeugende Schall S 2 läßt sich somit nach folgender Gleichung ermitteln:

S 2 = (- T 12 · R 1 + T 11 · R 2)/

(T 11 · T 22 - T 12 · T 21)

Da das Ziel darin besteht, den akustischen Pegel am Belüftungsschlitz 11a zu null zu reduzieren, wird für R 2 Null eingesetzt, und zwar wie folgt:

S 2 = R 1 · T 12/(T 12 · T 21 - T 11 · T 22)

Wie sich aus obiger Gleichung ergibt, kann der vom Mikrophon 12 empfangene Schall R 1, um R 2 zu null zu machen, durch ein Filter verarbeitet werden, das sich durch folgende Gleichung ausdrücken läßt:

F = T 12/(T 12 · T 21 - T 11 · T 22)

Wenn der so erhaltene und verarbeitete Schall S 2 vom Lautsprecher 13 erzeugt bzw. abgestrahlt wird, kann somit der Schallpegel am Belüftungsschlitz 11a theore­ tisch zu null gemacht werden. Der Prozessor 15 vermag die beschriebene Schallverarbeitung mit hoher Geschwin­ digkeit durchzuführen und ein Schallwellensignal Pa zum Lautsprecher 13 zu liefern.

Eine Gegenphasen-Schallerzeugungsschaltung 14 umfaßt eine Steuereinheit 16, eine Speichereinheit 17 und einen Prozessor 15. In der Speichereinheit 17 sind die im folgenden angegebenen Daten vorabgespeichert. Der beim Anfahren des Verdichters 8 erzeugte Schall wird gemäß Fig. 7 hauptsächlich in zwei Teile unterteilt. Mit t 1 ist in Fig. 7 eine Periode bzw. Zeitspanne an­ gegeben, die nötig ist, um die Drehzahl des Verdichters 8 sich vom Nullwert auf einen Nennwert von 3600/min er­ höhen zu lassen; mit t 2 ist eine Periode bezeichnet, während welcher der Verdichter 8 mit einer Drehzahl von etwa 3600/min läuft, während sowohl Haupt- als auch Anlaufwicklung 7a bzw. 7b erregt sind. Die Start- oder Anfahrperiode des Verdichters 8 entspricht in der ge­ samten folgenden Beschreibung der Summe aus t 1 und t 2. Nach dem Anfahren wird der Verdichtermotor nur mit er­ regter Hauptwicklung 7a in Betrieb gehalten, wobei sich der Verdichter 8 in einem Normalbetrieb befindet, in welchem seine Drehzahl auf etwa 3600/min bleibt. Im Vergleich zum Anfahren verringert sich der Geräusch­ pegel im Normalbetrieb. In der Periode t 1 zeigt die Drehzahländerungsgröße zwei verschiedene Muster ent­ sprechend den Anfahrbedingungen mit Faktoren wie Ver­ dichterinnendruck als Last des Verdichters 8, Verdich­ ter-Außenwandtemperatur, Netzstromversorgungsspannung und -frequenz. In der Periode t 2 zeigt die erreichte Drehzahl des Verdichters 8 unterschiedliche Größen in Abhängigkeit von den Anfahrbedingungen mit Faktoren wie Netzspannung und -frequenz sowie Kühlfachtempera­ tur. Infolgedessen hängen ein Geräuschbild oder -muster vom Verdichter 8 oder die Schallwellenformen, bei denen der Frequenzanteil als Teil des Wellenanteils ange­ sehen wird, von den Anfahrbedingungen ab. Die Speicher­ einheit 17 speichert vorabgespeicherte Daten für Schall­ wellenformen entsprechend den verschiedenen Anfahrbe­ dingungen in den Perioden t 1 und t 2 bezüglich des vom Verdichter 8 erzeugten Geräusches (bzw. seines Be­ triebsgeräusches). Wenn die Schallwellenformdaten als Schallwellensignal Pa ausgelesen werden, wird letzteres so verarbeitet, daß es für die Verringerung bzw. Dämpfung des Betriebsgeräusches des Verdichters 8 durch Schallwelleninterferenzeffekt geeignet ist.

Die Steuereinheit 16 dient in erster Linie als Einrich­ tung zur Bestimmung der Anfahrbedingungen vor dem An­ fahren bzw. Inbetriebsetzen des Verdichters 8. Die Steuereinheit 16 wird mit verschiedenen Signalen von einem Druckfühler oder -sensor 18 zum Messen des Innen­ drucks des Verdichters 8, einem Temperaturfühler oder -sensor 19 zum Messen der Temperatur der Außenwand des Verdichtergehäuses oder -mantels, einem Versorgungs- oder Netzspannungssensor 20 zum Messen der Netzver­ sorgungsspannung, einem Netzfrequenzsensor 21 zum Messen der Netzfrequenz und einem Kühlfach-Temperatur­ sensor 22 zum Messen der Innentemperatur im Kühlfach beschickt. Zum zweiten vermag die Steuereinheit 16 ein Treiber- oder Ansteuersignal Sa für die Ansteuerung (den Antrieb) des Verdichters 8 abzunehmen. Beim An­ fahren des Verdichters 8 ruft die Steuereinheit 16 aus der Speichereinheit 17 Daten des Schallwellensignals entsprechend den bestimmten Anfahrbedingungen vor dem Anfahren ab. Die abgerufenen Daten werden erforderlichen­ falls über ein in der Steuereinheit 16 vorgesehenes Filter dem Lautsprecher 13 zugespeist. Nach dem Anfahren des Verdichters 8 wird das vom Mikrophon 12 kommende elektrische Signal durch den Prozessor 15 in einem Rückkopplungsregelmodus zu einem Schallwellensignal Pa verarbeitet, und das verarbeitete Signal wird dem (da­ durch) angesteuerten oder betriebenen Lautsprecher 13 zugespeist.

Eine im Kühlschrank ohnehin vorhandene elektrische Schaltung dient zur Lieferung des Ansteuersignals Sa, bei dessen Vorliegen der Verdichter 8 und das Gebläse 6 angetrieben werden. Schaltungsanordnungen für diesen Zweck sind nachstehend anhand von Fig. 4 kurz erläutert. Für die Temperaturmessung im Gefrierfach 2 ist ein Sensor oder Thermistor 22 mit einem Widerstand 23 in Reihe geschaltet. Der Sensor 22 erzeugt ein die Tempera­ tur im Gefrierfach 2 angebendes Temperatursignal Sb, das durch einen Komparator 24 mit einer Bezugsspannung Vc verglichen wird, die an einer Ver­ zweigung zwischen Widerständen 25 und 26 erscheint. Wenn der Pegel des Temperatursignals Sb über der Bezugsspannung Vc liegt, liefert der Kompara­ tor 24 ein hochpegeliges Ansteuersignal Sa. Wenn, wie erwähnt, die Temperatur im Gefrierfach 2 auf eine vor­ bestimmte Größe ansteigt, erzeugt der Komparator 24 ein hochpegeliges Ansteuersignal Sa, da dann der Pegel des Temperatursignals Sb über der Bezugsspannung Vc liegt. Dieses Ansteuersignal Sa wird an die Basis eines Transistors 28 zum Ansteuern eines Relais 27 angelegt, dessen Relaisspule 27 bei durchgeschaltetem Transistor 28 erregt wird. Ein normalerweise offener Schalter 27b des Relais 27 wird bei erregter Relaisspule 27a ge­ schlossen, wodurch der Verdichter 8 und das Gebläse 6, die mit einem Wechselstromnetz 29 verbunden sind, ange­ trieben werden.

Der bei laufendem Verdichter 8 in der Maschinenkammer 1a des Kühlschranks mit dem beschriebenen Aufbau erzeugte Schallpegel zeigt eine solche Charakteristik bzw. Kenn­ linie, daß der Pegel im Bereich unter 700 Hz und in Bereichen zwischen 1,5 und 5 kHz ansteigt. Von dem Schall der betreffenden Bereiche kann der hochfrequente Schall über die Schallübertragungsdämpfung des Deckels 11 o. dgl. gedämpft und durch ein in der Maschinenkammer 1a angeordnetes Schallabsorbierelement vernichtet wer­ den. Die aktive Schallunterdrückung mittels des Mikro­ phons 12, des Lautsprechers 13 und des Prozessors 15 ist somit auf den Schall im Bereich unter 700 Hz als Zielfrequenz abgestellt.

Bei der beschriebenen Schallkontrolle oder -unterdrückung durch Schallwelleninterferenz ist es wesentlich, daß der in der Maschinenkammer 1a entstehende Schall in Form einer Wanderwelle in einer eindimensionalen Ebene vorliegt, so daß sich die Schallunterdrückung theore­ tisch und technisch einfach und genau bewerkstelligen läßt. Bei der beschriebenen Ausführungsform ist bei­ spielsweise die Querabmessung bzw. Breite W der Ma­ schinenkammer 1a so festgelegt, daß sie größer ist als die Tiefe D (Abmessung von vorn nach hinten) und die Höhe H (Längsmaß). Die Breite W ist dabei insbesondere mit 600 mm festgelegt, während Tiefe D und Höhe H je­ weils 200 mm betragen. Mit anderen Worten: das Maß der Breite W ist der Wellenlänge des zu dämpfenden Schalls angenähert, während die Maße von Tiefe und Höhe je­ weils kürzer bzw. kleiner sind als die Wellenlänge des zu dämpfenden Schalls, so daß die stehende Schallwelle in der Maschinenkammer 1a nur für einen Primärmodus gilt. Wenn die Maschinenkammer 1a als rechteckiger Hohlraum betrachtet wird, gilt die folgen­ de Gleichung:

Darin bedeuten:
f = Resonanzfrequenz (Hz)
Nx, Ny und Nz = Ordnungsmoden bzw. -zahlen in den Richtungen der Achsen X, Y bzw. Z
Lx, Ly und Lz = Abmessungen in den Richtungen von X, Y und Z in der Maschinenkammer 1a, d. h. D, W bzw. H
C = Schallgeschwindigkeit.

Anhand obiger Gleichung können die Frequenzen fx, fy und fz einer ersten stehenden Welle in den jeweiligen Richtungen von X, Y bzw. Z ermittelt werden.

Wenn insbesondere die Tiefe D mit 200 mm, die Breite W mit 600 mm und die Höhe mit 200 mm festgelegt sind, läßt sich die Frequenz fx der ersten stehenden Welle einer Grundwelle in der Richtung X ermitteln oder ab­ leiten zu:

Darin bedeuten:
Ny = Nz = 0
C = 340 m/s.

Auf ähnliche Weise lassen sich die Frequenzen fy und fz der ersten stehenden Welle der Grundwelle in den jeweiligen Richtungen Y bzw. Z ableiten oder ermitteln zu:

Im Bereich unterhalb der Zielfrequenz (700 Hz) liegt daher die stehende Schallwelle in der Maschinenkammer 1a in der Richtung Y (Breitenrichtung) vor, so daß der in der Maschinenkammer 1a erzeugte Schall als eine in einer eindimensionalen Ebene liegende Wanderwelle an­ gesehen werden kann. Die theoretische Handhabung oder Behandlung der Wellenfront kann somit erleichtert wer­ den, wenn der Schall durch Schallwelleninterferenz mittels des Lautsprechers 13 und dgl. gedämpft wird, und die Schalldämpfkontrolle kann einfach und genau ausgeführt werden.

Da der Belüftungsschlitz 11a mit einer im wesentlichen schmalen Rechteckform ausgeführt ist und in der Rich­ tung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der stehenden Welle (Richtung der Breite W der Maschinenkammer 1a) verläuft, können harmonische Komponenten oder Anteile der in einer eindimensionalen Ebene vorliegenden Wanderwelle über den Belüftungsschlitz 12a kaum aus der Maschinenkammer 1a austreten, so daß damit eine gute Schalldämpfung gewährleistet wird. Da die Ma­ schinenkammer 1a über den Belüftungsschlitz 11a mit der Außenumgebung in Verbindung steht, steigt die Tempera­ tur im Inneren der Maschinenkammer 1a aufgrund der im Betrieb des Verdichters 8 erzeugten Wärme nicht über­ mäßig stark an.

Die Funktionen der Gegenphasen-Schallerzeugungsschal­ tung 14 mit Prozessor 15 und Steuereinheit 16 sind nachstehend anhand von Fig. 5 erläutert. Wenn der Ver­ dichter 8 abgeschaltet ist, während die Innentempera­ tur des Gefrierfaches unterhalb der vorbestimmten Größe liegt, wird die Routine von Schritt P 1 bis Schritt P 5 wiederholt abgearbeitet. Insbesondere wer­ den auf der Grundlage der Ausgangssignale vom Ver­ dichter-Innendrucksensor 18, vom Außenwand-Temperatur­ sensor 19, vom Netzspannungssensor 20 und vom Netz­ frequenzsensor 21 der Innendruck des Verdichters 8, die Außenwandtemperatur sowie Netzspannung und -frequenz in einem Schritt P 1 abgetastet. Der Verdich­ ter-Anfahrzustand in der ersten Periode t 1 wird auf der Grundlage des Ergebnisses der Abtastung in einem Schritt P 2 bestimmt. Sodann werden auf der Grundlage der Ausgangssignale vom Netzspannungssensor 20, vom Netzfrequenzsensor 21 und vom Kühlschrank-Innentempera­ tursensor 22 Netzspannung und -frequenz sowie Kühl­ schrank-Innentemperatur in einem Schritt P 3 abgetastet. Die Verdichter-Anfahrbedingungen in der folgenden Periode t 2 werden auf der Grundlage des Abtastergeb­ nisses in einem Schritt P 4 bestimmt. Bei abgeschal­ tetem Verdichter 8 wird die vorstehend beschriebene Routine wiederholt abgearbeitet (Schritt P 5).

Mit einer Erhöhung der Gefrierfachtemperatur steigt sodann der Pegel des Temperatursignals Sb vom Kühl­ schrank-Innentemperatursensor 22 an. Wenn der Tempera­ tursignalpegel die Bezugsspannung Vc übersteigt, wird durch den Komparator 24 das Treiber- oder Ansteuer­ signal Sa erzeugt bzw. geliefert, wodurch der Verdich­ ter 8 in Betrieb gesetzt wird. Wenn das Ansteuersignal Sa zur Steuereinheit 16 geliefert worden ist, geht die Gegenphasen-Schallerzeugungsschaltung 14 vom Schritt P 5 auf einen Schritt P 6 über. Die Geräuschkon­ trolle oder -dämpfung in der Verdichter-Anfahrperiode wird in Schritten P 6 und P 7 ausgeführt. Insbesondere ruft in der ersten Anfahrperiode t 1 die Steuereinheit 16 aus der Speichereinheit 17 Schallwellendaten ent­ sprechend den vor dem Anfahren des Verdichters 8 be­ stimmten Anfahrbedingungen oder -zuständen für die erste Anfahrperiode t 1 ab. Die abgerufenen Schallwellen­ daten werden zu einem Schallwellensignal Pa verarbei­ tet, das im Schritt P 6 dem Lautsprecher 13 zugespeist wird, wodurch dieser aktiviert wird. In der folgenden (zweiten) Anfahrperiode t 2 ruft die Steuereinheit 16 aus der Speichereinheit 17 Schallwellendaten entspre­ chend den vor dem Anfahren des Verdichters 8 bestimmten Anfahrbedingungen für die Periode t 2 ab. Die abge­ rufenen Schallwellendaten werden zu einem Schallwellen­ signal Pa verarbeitet, das im Schritt P 7 dem Laut­ sprecher 13 zum Aktivieren desselben zugespeist wird.

Wie beschrieben, werden die Verdichter-Anfahrbedingungen vor dem tatsächlichen Anfahren des Verdichters im voraus bestimmt. Der Lautsprecher 13 wird mit Schall­ wellensignalen Pa entsprechend den bestimmten Anfahr­ bedingungen beschickt. Als Ergebnis wird ein künst­ liches (künstlich erzeugtes) Schallsignal in Überein­ stimmung mit den Anfahrbedingungen durch den Laut­ sprecher 13 rechtzeitig erzeugt, wobei dieser künstliche Schall am vorgesehenen Kontroll­ punkt (Belüftungsschlitz 11a) mit ausreichender Sicher­ heit eine dem Betriebs-Geräusch entgegengesetzte Phase bei gleicher Frequenz und Amplitude wie dieses Geräusch aufweist, so daß das Geräusch wirksam ge­ dämpft wird.

Andererseits wird nach dem Anfahren des Verdichters 8 oder dem Ablauf der Perioden t 1 und t 2 die Rück­ kopplungs-Geräuschkontrolle bzw. -regelung für den Normalbetriebszustand des Verdichters 8 ausgeführt. Insbesondere wird das vom Mikrophon 12 abgenommene Geräusch in einem Schritt P 8 in ein akustisches Signal umgewandelt, das durch den Prozessor 15 auf der Grundlage akustischer Übertragungsfunktionen in einem Schritt P 9 in ein Schallwellensignal Pa umgewandelt wird, das wiederum in einem Schritt S 10 dem Lautsprecher 13 zugespeist wird, um diesen für die Erzeugung von künstlichem Schallsignal anzusteuern. Der künstliche Schall interferiert mit dem Betriebs- Geräusch, wodurch dieses unterdrückt bzw. gedämpft wird. Die beschriebene Rückkopplungs-Geräuschkontrolle oder -regelung (Schritte P 8-P 11) wird wiederholt durchgeführt, während der Verdichter 8 läuft oder während ein Ansteuersignal Sa an die Basis des An­ steuer- bzw. Treiber-Transistors 28 des Relais 27 angelegt wird. Wenn anschließend die Gefrierfach­ temperatur unter den vorbestimmten Wert abfällt, wer­ den die Einspeisung des Ansteuersignals Sa be­ endet und der Verdichter 8 stromlos gemacht (abge­ schaltet). Bei abgeschaltetem Verdichter 8 wird im Schritt 11 bestimmt, daß das Ansteuersignal Sa nicht eingespeist worden ist bzw. wird. Daraufhin wird die Durchführung der Rückkopplungs-Geräuschkontrolle oder -regelung beendet. Hierauf werden im Abschaltzustand des Verdichters 8 dessen Anfahrbedingungen wiederholt bestimmt.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, wer­ den die Verdichter-Anfahrbedingungen im voraus unter dem Gesichtspunkt bestimmt, daß das Geräuschbild oder -muster beim Inbetriebsetzen (Anfahren) des Verdichters von dessen Anfahrbedingungen abhängt. Die Schallwellen­ daten entsprechen den Anfahrbedingungen und werden in der Speichereinheit 17 in einer Form gespeichert, die für die Geräuschdämpfung durch Schallwelleninterferenz­ effekt geeignet ist. Die geeigneten Schallwellendaten werden beim Anfahren des Verdichters 8 aus der Speichereinheit 17 abgerufen (ausgelesen), und der Lautsprecher 13 wird auf der Grundlage dieser abge­ rufenen Schallwellendaten betrieben. Demzufolge erzeugt der Lautsprecher 13 rechtzeitig künstlichen Schall in Übereinstimmung mit den Anfahrbedingungen, wobei die­ ser künstliche Schall am vorgesehenen Kontrollpunkt (Belüftungsschlitz 11a) mit ausreichen­ der Sicherheit eine dem Betriebs-Geräusch entgegenge­ setzte Phase bei gleicher Frequenz und Amplitude wie dieses Geräusch aufweist, so daß das Geräusch wirksam gedämpft wird. Die Rückkopplungs-Geräuschkontrolle oder -regelung wird dann nach dem Anfahren des Ver­ dichters 8 vorgenommen. In dieser Regelungsart wird der vom Lautsprecher 13 erzeugte künstliche Schall in Übereinstimmung mit den Charakteristika oder Kennlinien des Geräusches geregelt, so daß damit das Betriebs- Geräusch aktiv unterdrückt bzw. gedämpft wird.

Obgleich bei der beschriebenen Ausführungsform das durch Verarbeiten des beim Anfahren des Verdichters erzeugten Schalls gewonnene Schallwellensignal Pa als Daten in der Speichereinheit 17 abgespeichert wird, kann statt dessen auch der beim Anfahren des Verdichters erzeugte oder entstehende Schall (akustisches Signal) in der Speichereinheit 17 gespeichert werden.

Obgleich bei der beschriebenen Ausführungsform die in der Speichereinheit 17 gespeicherten Daten in Form des Schallwellensignals Pa vorliegen, wenn sie (aus der Speichereinheit) abgerufen werden, können die aus der Speichereinheit 17 abgerufenen Daten durch den Prozessor zur Gewinnung des Schallwellensignals verarbeitet wer­ den. Für diesen Zweck muß eine Verarbeitungsperiode berücksichtigt werden.

Gemäß vorstehender Beschreibung ist die Verdichter-An­ fahrperiode in die erste Anfahrperiode t 1 und die fol­ gende zweite Anfahrperiode t 2 unterteilt; dies ist im Hinblick auf eine Verbesserung der Genauigkeit der Geräuschkontrolle oder -dämpfung vorteilhaft. Wahlweise kann aber ein während der gesamten Anfahrperiode anzu­ wendendes Schallwellensignal auf der Grundlage einer einzigen, vorher bestimmten Anfahrbedingung aus der Speichereinheit 17 abgerufen werden, ohne die Anfahr­ periode in den beiden Teilen t 1 und 2 zu zerlegen bzw. zu unterteilen.

Während bei der beschriebenen Ausführungsform mehrere Bestimmungsfaktoren zum Bestimmen oder Festlegen der Verdichter-Anfahrbedingungen herangezogen werden, kann als mindestens ein solcher Bestimmungsfaktor die Größe der gegen den Verdichter 8 wirkenden Last oder Be­ lastung benutzt werden. Ebenso können auch andere als die beschriebenen Bestimmungsfaktoren zugrundegelegt werden.

Obgleich die Erfindung vorstehend in Anwendung auf einen Haushaltskühlschrank beschrieben ist, ist sie auch auf andere Kühlsysteme anwendbar, beispielsweise auf die Außeneinheit einer Raum-Klimaanlage oder eine Ausstellungs-Kühlvitrine.

Claims (7)

1. Aktive Schalldämpfervorrichtung für ein Kühlsystem mit einem Außen-Gehäuse (1), das eine Maschinen- Kammer (1a), einen Verdampfer (5) zum Kühlen eines Kältemittels und einen in der Maschinen-Kammer (1a) angeordneten und durch einen in letzterer befindli­ chen, durch einen Motor (7) antreibbaren Verdichter (8) zum Verdichten des vom Verdampfer abgegebenen Kältemittels aufweist, wobei die Schalldämpfervor­ richtung einen Austritt des vom Verdichter (8) erzeugten Schalls aus der Maschinen-Kammer (1a) verhindert, gekennzeichnet durch

• a) eine Speichereinheit (17) zum Vorabspeichern von für jede Start- oder Anfahrbedingung sowie für die Nenndrehzahl des Verdichters geltenden Schallwellendaten, durch welche für die Unter­ drückung oder Dämpfung des Schalls bzw. Geräu­ sches vom Verdichter (8) zur Schallwelleninter­ ferenz geeignete Schallwellensignale erzeugbar sind,
• b) eine Steuereinheit (16) zum Bestimmen der Anfahr­ bedingungen beim Anfahren bzw. Inbetriebsetzen des Verdichters (8) und beim Erreichen seiner Nenndrehzahl,
• c) eine Datenausleseeinheit (16, 17), um beim und nach dem Anfah­ ren des Verdichters aus der Speichereinheit (17) Schallwellendaten auszulesen, welche zunächst den durch die Bestimmungseinheit (16) bestimmten Anfahrbedingungen und anschließend den Bedingun­ gen bei Nenndrehzahl entsprechen, und
• d) einen in Abhängigkeit von den aus der Speicher­ einheit (17) ausgelesenen Schallwellendaten angesteuerten Schallerzeuger (13), der so ange­ ordnet ist, daß sein Schall zur Schallwellenin­ terferenz in das Innere der Maschinen-Kammer (1a) gerichtet ist.

2. Schalldämpfervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmungseinheit (16) Sensoren (18, 19, 20, 21) für Verdichter-Innen­ druck, Verdichter-Außenwandtemperatur sowie Netz­ spannung und -frequenz aufweist und die Anfahrbe­ dingungen auf der Grundlage des Verdichter-Innen­ drucks, der Verdichter-Außenwandtemperatur sowie der Netzspannung und -frequenz, die durch die jeweiligen Sensoren erfaßt oder gemessen werden, bestimmt.

3. Schalldämpfervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter-Motor (7) ein Einphasen-Induktionsmotor mit einer Hauptwicklung und einer Anlaufwicklung, die in der Verdichter-An­ fahrperiode beide gleichzeitig erregt werden, ist.

4. Schalldämpfervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Speichereinheit (17) gespeicherten Schallwellendaten eine erste Daten­ gruppe entsprechend einer Anstiegsperiode der Ver­ dichter Drehzahl, in welcher beide Motorwicklungen erregt sind, und eine zweite Datengruppe entspre­ chend einer Nenndrehzahl, bei welcher beide Motor­ wicklungen erregt sind, umfassen.

5. Schalldämpfervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenausleseeinheit die Schallwellendaten in der ersten Hälfte der Verdich­ ter-Anfahrperiode aus der ersten Gruppe von Schallwellendaten und in der späteren bzw. zweiten Hälfte der Verdichter-Anfahrperiode aus der zweiten Gruppe von Schallwellendaten ausliest.

6. Aktive Schalldämpfervorrichtung für ein Kühlsystem mit einem Außen-Gehäuse (1), das eine Maschinen- Kammer (1a), einen Verdampfer (5) zum Kühlen eines Kältemittels und einen in der Maschinen-Kammer (1a) angeordneten und durch einen in letzterer befindli­ chen, zugeordneten Motor (7) antreibbaren Verdich­ ter (8) zum Verdichten des vom Verdampfer (5) abge­ gebenen Kältemittels aufweist, wobei die Schall­ dämpfervorrichtung einen Austritt des vom Verdich­ ter (8) erzeugten Schalls aus der Maschinen-Kammer (1a) verhindert, gekennzeichnet durch

• a) einen Schallempfänger (12) zum Empfangen bzw. Abnehmen des Schalls vom Verdichter (8) und zum Umwandeln des empfangenen Schalls in ein entspre­ chendes elektrisches Signal,
• b) eine Signalumwandlungseinheit (15) zum Umwandeln des elektrischen Signals vom Schallempfänger (12) in ein Schallwellensignal, das für die Unterdrückung oder Dämpfung des vom Verdichter (8) erzeugten Schalls bzw. Geräusches durch Schallwelleninterferenzeffekt geeignet ist,
• c) einen Schallerzeuger (13), der in Abhängigkeit vom Schallwellensignal von der Signalumwandlungs­ einheit (15) Schall erzeugt und diesen in das Innere der Maschinen-Kammer (1a) richtet,
• d) eine Speichereinheit (17) zum Speichern von Daten von Schallwellen für jeweils verschiedene Anfahrbedingungen, wobei die Daten für die Unter­ drückung oder Dämpfung des Schalls vom Verdich­ ter (8) durch Schallwelleninterferenz geeignete Schallwellensignale umfassen,
• e) eine Bestimmungseinheit (16) zum Bestimmen der Anfahrbedingungen beim Anfahren des Verdichters,
• f) eine Einheit (16, 17), um aus der Speicherein­ heit (17) die Schallwellendaten entsprechend den durch die Bestimmungseinheit (16) bestimmten Anfahrbedingungen auszulesen und die ausgelese­ nen Schallwellendaten dem Schallerzeuger (13) in Form eines elektrischen Signals zuzuspeisen, und
• g) eine Einheit (15), um dem Schallerzeuger Schall­ wellensignale, die zur Schallwelleninterferenz durch Umwandeln der elektrischen Signale vom Schallempfänger durch die Signalumwandlungsein­ heit gewonnen wurden, nach Ablauf der Anfahr­ periode des Verdichters bei Nenndrehzahl zuzu­ führen.

7. Schalldämpfervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschinen-Kammer (1a) durch eine obere Wand, einen Boden, Seitenwänden sowie vordere und hintere Wände festgelegt ist und eine der Abmessungen von Tiefe, Breite und Höhe der Maschinen-Kammer (1a) größer ist als die beiden anderen Abmessungen, so daß eine stehende Welle des zu dämpfenden Schalls nur in Richtung dieser einen Abmessung, die größer ist als die beiden anderen Abmessungen, auftritt.