DE4005846C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine aktive Schalldämpfer- und Störerfassungsvorrichtung zum Dämpfen des von einem Kältemittel-Verdichter eines Kühlsystems erzeugten Geräusches durch Schallwellen­ interferenz.

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 Haushaltskühlschrank bleibt das Problem der Ge­ räuschentwicklung noch zu lösen. Eine kritische Schall- oder Geräuschquelle ist dabei eine Maschinenkammer, die einen Verdichter und das mit diesem verbundene Rohr­ leitungssystem enthält. Aus der Maschinenkammer dringen dabei ziemlich starke Geräusche heraus, z. B. vom An­ trieb durch einen Verdichtermotor und von der Strömung des verdichteten Gases herrührende Geräusche sowie mechanisches Geräusch, das durch bewegbare Bauteile eines Verdichtungsmechanismus erzeugt wird. Außerdem erzeugt das an den Verdichter angeschlossene Rohrlei­ tungssystem Geräusche aufgrund seiner Schwingung. Die von der Maschinenkammer herrührenden Geräusche bilden somit einen großen Teil des gesamten Betriebsgeräusches des Kühlschranks. Eine Verminderung der Geräuschent­ wicklung in der Maschinenkammer trägt somit zu einer Minderung des Betriebsgeräusches 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 ausgebildet, über welche Geräusch aus der Maschinenkammer nach außen herausdringen kann. Aufgrund der An­ ordnung der Belüftungsöffnungen ist für die beschrie­ benen bisherigen Geräuschminderungs- oder Schall­ dämpfungsmaßnahmen eine eindeutige Grenze gegeben; sie vermögen somit eine Geräuschdämpfung von höchstens 2 dB(A) zu gewährleisten.

Aus der DE-PS 27 21 754 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verringerung der Amplitude von Schallschwingungen bekannt. Hierbei wird ein elektrisches Signal erzeugt und dieses Signal zur Erzeugung einer Sekundärschwingung verwendet, welche dem Ort zugeführt wird und wenigstens teilweise die Schallschwingung von der Quelle an dem Ort unterdrückt.

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 Schallwelleninterferenz gedämpft wird, in Erwägung gezogen 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 entsprechend dem empfangenen Schall erzeugt. Das elektrische Signal wird dann durch eine Signalwandlereinheit in ein Regelsignal umgewandelt, welches an einen Lautsprecher 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.

Eine derartige Schallunterdrückungstechnik ist in der nicht vorveröffentlichten DE-OS 39 32 243 offenbart.

Wenn eine solche Geräuschbeeinflussung jedoch für die Geräuschminderung des Kühlsystems eines Haushalts-Kühlschranks eingesetzt wird, werden Teile der Schalldämpferanordnung, z. B. ein Mikrophon, ausschließlich für Geräuschdämpfungszwecke benutzt; der Nutzwert der Schalldämpferanordnung ist mithin im Vergleich zu den Herstellungskosten dafür nicht besonders groß. Dieses Problem bleibt also noch zu lösen.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine aktive Schalldämpfervorrichtung dahingehend zu verbessern, daß sie neben dem Geräuschdämpfungseffekt noch zu einem weiteren Zweck genutzt werden kann.

Eine solche aktive Schalldämpfervorrichtung soll sich dabei für die Erfassung von Störungen in einem Kühlkreislauf auf der Grundlage des Geräuschbilds des Verdichters eignen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine aktive Schalldämpfer- und Störungserfassungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Das Betriebsgeräusch des Verdichters wird durch eine Schalldetektoreinheit, z. B. ein Mikrophon, erfaßt und in ein entsprechendes elektrisches Signal umgewandelt, das dann durch die Signalwandlereinheit weiter in ein Schallwellensignal einer Wellenform, die für die Geräusch- oder Schalldämpfung durch Schallwellen­ interferenz geeignet ist, umgewandelt wird. Das Schallwellensignal wird dem Schallerzeuger, z. B. einem Lautsprecher, zugespeist, der einen mit dem Ge­ räusch interferierenden Schall erzeugt, so daß das (Betriebs-)Geräusch durch Schallwelleninterferenz gedämpft wird.

Die Speichereinheit speichert vorabgespeicherte Daten der Bezugsmuster oder -bilder, die vom Verdichter in einem abnormalen Zustand des Kühlkreislaufs, in welchem das Kältemittel nicht ausreichend gekühlt wird, erzeugt werden. Wenn das Betriebsgeräusch des Verdichters durch die Schalldetektoreinheit erfaßt und in das elektrische Signal umgewandelt wird, wird letzteres mit den Bezugs­ mustern verglichen, um damit automatisch zu bestimmen, ob sich der Kühlkreislauf in einem abnormalen Betriebs­ zustand befindet oder nicht. Diese Detektoreinheit dient mithin sowohl für eine Bestimmung eines abnormalen Zu­ stands des Kühlkreislaufs als auch für Geräuschminde­ rung bzw. Schalldämpfung, so daß damit die Herstel­ lungskosten für das Kühlsystem gesenkt werden können.

Vorzugsweise enthalten die Daten der Bezugsmuster Daten für die Amplitudengrößen des Geräusches in vorbestimmten Geräuschfrequenzbereichen oder Daten für die akkumulier­ ten Amplitudengrößen des Geräusches in vorbestimmten Geräuschfrequenzbereichen, wobei die Vergleicherein­ heit die Amplituden der durch die Schalldetektoreinheit erzeugten Signale, die den Frequenzbereichen des Be­ zugsmusters entsprechen, aufspeichert und dabei die akkumulierte bzw. aufgespeicherte Amplitudengröße mit dem Bezugsmuster vergleicht. Wenn die Daten der Be­ zugsmuster Daten für die aufgespeicherten Amplituden­ größen des Geräusches enthalten, speichert die Ver­ gleichereinheit die Amplituden der von der Detektorein­ heit erzeugten, den Frequenzbereichen des Bezugsmusters entsprechenden Signale auf, um dabei die aufgespeicherte Amplitudengröße mit dem Bezugsmuster oder -bild zu ver­ gleichen.

Vorzugsweise enthält das Kühlsystem ferner eine Ge­ bläseeinheit zum Leiten von Luft zum Umfang des Ver­ dampfers und einen Temperaturfühler zum Messen der Temperatur des Verdampfers an dessen Umfang; dabei um­ fassen die Daten der Bezugsgeräuschmuster jeweils Daten von Geräuschmustern oder -bildern des Verdichters für den jeweiligen Fall, daß Kältemittel austritt, daß die Gebläseeinheit zum Stillstand gekommen ist bzw. daß sich der Temperaturfühler in einem abnormalen Zustand befindet bzw. gestört ist.

Ein vorteilhaftes Merkmal besteht darin, daß die Ver­ dichter- bzw. Maschinenkammer durch eine obere Wand, einen Boden, Seitenwände sowie vordere und hintere Wände festgelegt ist und eine der Abmessungen von Tiefe, Breite oder Höhe der Maschinenkammer größer ist als die beiden anderen Abmessungen, so daß eine stehen­ de Welle des zu dämpfenden Schalls nur in der Richtung dieser einen Abmessung, die größer ist als die beiden anderen Abmessungen, auftritt oder vorliegt.

Ein anderes vorteilhaftes Merkmal besteht darin, daß die Maschinenkammer in mindestens einer der sie fest­ legenden Wände einen Belüftungsschlitz aufweist, der eine im wesentlichen schmale Rechteckform besitzt und die Richtung, in welcher sich die stehende Schallwelle in der Maschinenkammer ausbreitet, in Längsrichtung schneidet.

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

Fig. 1 eine schematische Darstellung der elektrischen Anordnung einer aktiven Schalldämpfer- und Störerfassungsvorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm für die Steuerung oder Regelung einer in der aktiven Schalldämpfer- und Störerfassungsvorrichtung vorgesehenen Gegenphasen-Schallerzeugungs­ schaltung,

Fig. 3 einen lotrechten Schnitt durch einen Kühl­ schrank, bei dem die aktive Schalldämpfer- und Störerfassungsvorrichtung verwendet wird,

Fig. 4 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung eines Hauptteils des Kühl­ schranks,

Fig. 5 eine schematische Darstellung des Prinzips der Schalldämpfung durch Schallwellen­ interferenz,

Fig. 6 eine schematische perspektivische Darstellung eines Hauptteils des Kühlschranks zur Ver­ deutlichung der Abmessungen dieses Haupt­ teils,

Fig. 7 Frequenzkennlinien des empfangenen Ge­ räusches bei nicht angehaltenem Gebläse,

Fig. 8 Frequenzkennlinien des empfangenen Ge­ räusches bei angehaltenem Gebläse,

Fig. 9 Frequenzkennlinien des empfangenen Ge­ räusches bei nicht austretendem Kältemittel und

Fig. 10 Frequenzkennlinien des empfangenen Ge­ räusches bei austretendem Kältemittel.

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

Gemäß Fig. 3 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 gekühlter Luft zu Gefrier- und Kühlfach 2 bzw. 3. Im Bodenbereich der Rückseite des Gehäuses 1 befindet sich eine Ma­ schinenkammer 7, die durch eine obere Wand, einen Boden, Seitenwände sowie vordere und hintere Wände festgelegt ist und die einen Kreiselverdichter 8 mit Motor, ein Kondensorrohr 9 und einen Abtauwasser-Ver­ dampfer 10 mit sog. Keramikkrippen aufnimmt. Bei ange­ triebenem Verdichter 8 wird ein Kältemittel vom Ver­ dichter 8 zum Verdampfer 5 gefördert, welcher das Kältemittel kühlt; das Gebläse 6 wird für einen Wärme­ austausch zwischen dem Verdampfer 5 und dem Kühl­ schrank-Innenraum angetrieben.

Gemäß Fig. 4, in welcher das Kondensorrohr 9 und der Abtauwasser-Verdampfer 10 weggelassen sind, weist die Maschinenkammer 7 rückseitig eine rechteckige Öffnung auf, die durch einen Maschinenkammer-Deckel 11 als Vor­ derwand der Maschinenkammer 7 verschlossen ist. Zu die­ sem Zweck ist der Umfang des Deckels 11 luftdicht am Rand der Öffnung der Maschinenkammer 7 angebracht. In dem gemäß Fig. 4 linken Randbereich des Deckels 11 ist ein lotrecht verlaufender, schmaler rechteckiger Belüftungsschlitz 11a ausgebildet. Wenn somit der Deckel 11 an der Maschinenkammer 7 angebracht ist, ist diese bis auf den Belüftungsschlitz 11a verschlossen. Der Deckel 11 besteht aus einem harten Werkstoff guter Wärmeleitfähigkeit und hoher Schallübertragungsdämpfung, z. B. aus einem Metall wie Stahl.

In der Maschinenkammer 7 ist ein als Schallempfänger oder -detektoreinheit dienendes Mikrophon 12 vorgesehen, das an der dem Be­ lüftungsschlitz 11a gegenüberliegenden Seite (der rechten Seite gemäß Fig. 4) 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 7 ist zudem ein als Schallerzeuger dienender Lautsprecher 13 angeordnet, der in einem in der Nähe des Belüftungsschlitzes 11a befind­ lichen Abschnitt einer der Bodenwand des Kühlschrank- Gehäuses 1 entsprechenden Innenwand der Maschinen­ kammer 7 montiert ist.

Gemäß Fig. 1 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 Schallwelleninterferenz.

Für ein Zweieingang- und Zweiausgangsystem gilt gemäß Fig. 5 insbesondere die folgende Gleichung:

Darin bedeuten:
S1 = vom Verdichter als Schall- oder Geräuschquelle erzeugter Schall,
S2 = vom Lautsprecher 13 erzeugter Schall,
R1 = vom Mikrophon 12 empfangener Schall,
R2 = Schall am Belüftungsschlitz 11a als Kontroll- oder Steuerpunkt,
T11, T21, T12, T22 = akustische Übertragungsfunktionen zwischen Eingangs- bzw. Ausgangspunkten der obigen Schallsignale.

Der durch den Lautsprecher 13 zu erzeugende Schall S2 läßt sich somit nach folgender Gleichung ermitteln:

S2 = (-T12 · R1 + T11 · R2)/(T11 · T22 - T12 · T21)

Da das Ziel darin besteht, den akustischen Pegel am Belüftungsschlitz 11a zu null zu reduzieren, wird für R2 Null eingesetzt, und zwar wie folgt:

S2 = R1 · T12/(T12 · T21 - T11 · T22)

Wie sich aus obiger Gleichung ergibt, kann der vom Mikrophon 12 empfangene Schall R1, um R2 zu null zu machen, durch ein Filter verarbeitet werden, das sich durch folgende Gleichung ausdrücken läßt:

F = T12/(T12 · T21 - T11 · T22)

Wenn der so erhaltene und verarbeitete Schall S2 vom Lautsprecher 13 erzeugt bzw. abgestrahlt wird, kann somit der Schallpegel am Belüftungsschlitz 11a theoretisch zu null gemacht werden. Der Prozessor 15 vermag die beschriebene Schallverarbeitung mit hoher Geschwindigkeit durchzuführen und ein Schallwellen­ signal Pa zum Lautsprecher 13 zu liefern.

Der bei laufendem Verdichter 8 in der Maschinenkammer 7 des Kühlschranks mit dem beschriebenen Aufbau er­ zeugte Schallpegel wurde gemessen. Der in der Maschinen­ kammer 7 bei laufendem Verdichter 8 erzeugte Schall­ pegel zeigt eine solche Charakteristik bzw. Kennlinie, daß der Pegel im niedrigen Frequenzbereich unter 700 Hz und im Hochfrequenzbereich zwischen 1,5 und 5 kHz ansteigt. Von dem Schall der betreffenden Be­ reiche kann der hochfrequente Schall über die Schall­ übertragungsdämpfung des Deckels 11 o. dgl. gedämpft und durch ein in der Maschinenkammer 7 angeordnetes Schallabsorbierelement vernichtet werden. Die Schall­ unterdrückung mittels des Mikrophons 12, des Laut­ sprechers 13 und des Prozessors 15 ist somit auf den Schall im Bereich unter 700 Hz als Zielfrequenz abge­ stellt.

Bei der beschriebenen Schallkontrolle oder -unter­ drückung durch Schallwelleninterferenz ist es wesent­ lich, daß der in der Maschinenkammer 7 entstehende Schall in Form einer Wanderwelle in einer eindimensio­ nalen Ebene vorliegt, so daß sich die Schallunter­ drückung theoretisch und technisch einfach und genau bewerkstelligen läßt. Bei der beschriebenen Ausführungs­ form ist beispielsweise die Querabmessung bzw. Breite W der Maschinenkammer 7 gemäß Fig. 6 so festgelegt, daß sie größer ist als die Tiefe D (Abmessung von vorn nach hinten) und die Höhe H (Längsmaß), so daß die stehende Schallwelle in der Maschinenkammer 7 nur für einen Primärmodus gilt. Die Breite W ist dabei insbesondere mit 600 mm festgelegt, während Tiefe D und Höhe H jeweils 200 mm betragen. Mit an­ deren Worten: das Maß der Breite W ist der Wellenlänge des zu dämpfenden Schalls angenähert, während die Maße von Tiefe und Höhe jeweils kürzer sind als die des zu dämpfenden Schalls. Wenn die Maschinenkammer 7 als rechteckiger Hohlraum betrachtet wird, gilt die folgen­ de Gleichung:

Darin bedeuten:
f = Resonanzfrequenz (Hz),
Nx, Ny und Nz = Grundwellen und Hochfrequenzwellen in den Richtungen (der Achsen) X, Y bzw. Z,
Lx, Ly und Lz = Abmessungen in den Richtungen X, Y und Z in der Maschinenkammer 7, d. h. D, W bzw. H,
C = Schallgeschwindigkeit.

Anhand obiger Gleichung können die Frequenzen fx, fy und fz von stehenden Wellen der Grundwellen in den je­ weiligen 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 H mit 200 mm festgelegt sind, läßt sich die Frequenz fx der stehenden Welle der Grundwelle in der Richtung X ermitteln oder ableiten zu:

Darin bedeuten:

Ny = Nz = 0
C = 340 m/s.

Auf ähnliche Weise lassen sich die Frequenzen fy und fz der stehenden Wellen der Grundwellen in den jewei­ ligen Richtungen Y bzw. Z ableiten oder ermitteln zu:

Im Bereich unterhalb der Zielfrequenz (700 Hz) liegt daher die stehende Schallwelle in der Maschinenkammer 7 in der Richtung Y (Breitenrichtung) vor, so daß der in der Maschinenkammer 7 erzeugte Schall als eine in einer eindimensionalen Ebene liegende Wanderwelle angesehen werden kann. Die theoretische Handhabung oder Be­ handlung der Wellenfront kann somit erleichtert wer­ den, wenn der Schall durch Schallwelleninterferenz mittels des Lautsprechers 13 und dgl. gedämpft werden soll, und die Schallkontrolle läßt sich somit einfach und genau ausführen.

Gemäß Fig. 1 enthält die Gegenphasen-Schallerzeugungs­ schaltung 14 eine Steuereinheit 16 und den Prozessor 15 für Schallkontrolle bzw. -dämpfung. Die Steuerein­ heit 16 bestimmt, ob die Bauteile des Kühlsystems nor­ mal arbeiten oder nicht. Für diese Bestimmungsfunktion wird die Steuereinheit 16 mit einem auch dem Verdich­ ter 8 zugespeisten Treiber- oder Ansteuersignal Sa be­ schickt.

Eine im Kühlschrank ohnehin vorhandene elektrische Schal­ tung 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. 1 kurz erläutert. Für die Temperaturmessung im Gefrierfach 2 ist als Temperaturfühler ein Thermistor 19 mit einem Widerstand 18 in Reihe geschal­ tet (vgl. auch Fig. 3). Der Thermistor 19 erzeugt ein die Temperatur im Gefrierfach 2 angebendes Temperatur­ signal Sb, das durch einen Komparator (Vergleicher) 20 mit einer Bezugsspannung Vc verglichen wird, die an einer Verzweigung zwischen Widerständen 21 und 22 er­ scheint. Wenn der Pegel (die Größe) des Temperatur­ signals Sb über der Bezugsspannung Vc liegt, liefert der Komparator 20 ein hochpegeliges Ansteuersignal Sa. Wenn, wie erwähnt, die Temperatur im Gefrierfach 2 auf eine vorbestimmte Größe ansteigt, erzeugt der Komparator 20 das hochpegelige Ansteuersignal Sa, da (dann) der Pegel des Temperatursignals Sb über der Bezugsspannung Vc liegt. Dieses Ansteuersignal Sa wird an die Basis eines Transistors 24 zum Ansteuern eines Relais 23 an­ gelegt, dessen Relaisspule 23a bei durchgeschaltetem Transistor 24 erregt wird. Ein Relaisschalter 23b des Relais 23 wird bei erregter Relaisspule 23a geschlossen, wodurch der Verdichter 8 und das Gebläse 6, die mit einem Wechselstromnetz 25 verbunden sind, angetrieben werden.

Auf der Grundlage des eingehenden Ansteuersignals Sa, der Taktoperation eines nicht dargestellten, eingebauten Zeitgebers, eines nicht dargestellten, eingebauten Spektrumanalysators und der Bezugsempfangsschall­ frequenzkennlinien, deren Daten in der Speichereinheit 17 vorabgespeichert sind, bestimmt die Steuereinheit 16, ob die Kühlkreis-Bauteile einwandfrei arbeiten oder sich in einem abnormalen Zustand befinden, z. B. Ausfall des Thermistors 19, angehaltener Zustand des Gebläses 6 (das nicht läuft, obgleich es an Spannung liegt), Austritt von Kältemittel aus dem Kühlkreis und dgl. Insbesondere wird das elektrische Signal vom Mikrophon 12 der Steuereinheit 16 über den Prozessor 15 eingespeist. Die empfangene Schallfrequenzkennlinie des elektrischen Signals wird durch den eingebauten Spektrumanalysator analysiert. Die ermittelten Frequenz­ kennlinien werden mit Bezugsfrequenzkennlinien ver­ glichen, deren Daten in der Speichereinheit 17 ge­ speichert sind oder werden. Wenn zwischen beiden Frequenzkennlinien eine vorbestimmte Differenz besteht, bestimmt die Steuereinheit 16 anhand dieser Differenz, daß sich einer oder mehrere der Kühlkreis-Bauteile im unerwünschten oder abnormalen Zustand (Störzustand) be­ finden. Diesbezüglich entsprechen die Bezugsfrequenz­ kennlinien der Daten, die in der Speichereinheit 17 vor­ abgespeichert sind, den gemessenen Frequenzkennlinien des elektrischen Signals vom Mikrophon 12 im Fall un­ erwünschter oder abnormaler Bedingungen bzw. Zustände des Kühlkreises, wenn das Ge­ bläse bei laufendem Verdichter 8 abgestellt ist und bei laufendem Verdichter 8 Kältemittel austritt (vgl. Fig. 7 bis 9). Insbesondere werden Daten für den Schallpegel bei jedem Frequenzband oder -bereich (jeweils 1/3 Oktave) in der Speichereinheit 17 vorab­ gespeichert. Wenn ein unerwünschter oder abnormaler Zustand (Störzustand) an einem der Bauteile des Kühl­ systems festgestellt wird, erzeugt die Steuereinheit 16 Alarmsignale Pb, Pc und Pd. Wenn z. B. das Alarm­ signal Pb vorliegt, wird ein Alarmsignalton (Dauerton) vom Lautsprecher 13 abgegeben. Im Fall des Alarm­ signals Pc erzeugt der Lautsprecher 13 kurze inter­ mittierende Signaltöne, z. B. ein Piepsignal. Im Fall des Alarmsignals Pd liefert der Lautsprecher 13 lange intermittierende Alarmtöne, z. B. einen langen unter­ brochenen Piepton.

Die Funktion der Gegenphasen-Schallerzeugungsschaltung 14, d. h. des Prozessors 15 und der Steuereinheit 16, ist nachstehend anhand von Fig. 2 erläutert. Wenn der Pegel des Temperatursignals Sb vom Thermistor 19 mit einem Temperaturanstieg im Gefrierfach 2 den Pegel der Bezugsspannung Vc übersteigt, liefert der Komparator 20 das Treiber- oder Ansteuersignal Sa, so daß der Ver­ dichter 8 in Betrieb gesetzt wird. Da sich die ge­ nannte Schaltung 14 bis zum Eingang des Ansteuer­ signals Sa in einem Schritt A in einem Bereitschafts­ modus befindet, bewirkt die Schaltung 14 das Rück­ setzen des eingebauten Zeitgebers in einem Schritt B, wenn der Verdichter 8 zu arbeiten beginnt, und sie startet den Zeitgeber in einem Schritt C. Wenn Thermistor 19 und Gebläse 6 normal arbeiten und kein Kältemittel aus dem Kältemittelkreis ausfließt, werden die Innenatmosphäre im Gefrierfach gekühlt und der Pegel des Temperatursignals Sb vom Thermistor 19 ver­ ringert. Wenn der Zeitgeber-Zählstand eine Periode von innerhalb drei Stunden repräsentiert, geht die Gegen­ phasen-Schallerzeugungsschaltung 14 von einem Schritt D auf einen Schritt E über, um zu bestimmen, ob das Ansteuersignal Sa eingegeben worden ist oder nicht. Im positiven Fall tastet diese Schaltung 14 in einem Schritt F Schallsignale vom Mikrophon 12 ab, und sie verarbeitet sodann die abgetasteten (oder abge­ griffenen) Schallsignale in einem Schritt G auf der Grundlage der Schallübertragungsfunktionen. In einem Schritt H wird ein auf der Grundlage der Schallsignal­ verarbeitung gewonnenes Schallwellen(kontroll)signal Pa erzeugt bzw. geliefert. Sodann kehrt die Schaltung 14 zum Schritt D zurück. Das Schallwellensignal Pa wird dem Lautsprecher 13 zugespeist, der einen Steuer- oder Kontrollton erzeugt. Demzufolge wird der Kontrollton erzeugt, der mit dem Antriebsgeräusch des Verdichters 8 am Belüftungsschlitz 11a interferiert, wodurch die Schallkontrolle bzw. -dämpfung bewirkt wird. Die Gegenphasen-Schallerzeugungsschaltung 14 wiederholt die Routine vom Schritt D bis zum Schritt H in einer Schleife während der Eingabe des Ansteuersignals Sa. Da hierbei das Schallwellensignal Pa entsprechend dem Antriebsgeräusch des Verdichters 8 erzeugt und dem Lautsprecher 13 zugeliefert wird, erfolgt eine Echtzeit- Schalldämpfung. Auch wenn sich dabei die Komponenten oder Anteile des Geräusches des Verdichters 8 ändern, können diese Änderungen berücksichtigt und das Geräusch gemindert werden.

Im folgenden sei der Fall betrachtet, in welchem nach Langzeitbetrieb des Kühlkreises eine Störung des Thermistors 19 oder des Gebläses 6 auftritt, so daß die Kühlung nicht in normaler Weise erfolgt. Wenn z. B. der Thermistor 19 einem Störzustand (unerwünschter und abnormaler Zustand) unterworfen ist, fällt der Pegel des von ihm gelieferten Temperatursignals Sb über eine lange Zeitspanne nicht unter den Pegel der Be­ zugsspannung Vc, auch wenn die Kältemittelzufuhr durch den Verdichter 8 und der Wärmeaustausch mittels des Gebläses 6 normal stattfinden. In einem solchen Fall wird das Gefrierfach überkühlt, weil eine übermäßige Kühlung stattfindet. Wenn andererseits das Gebläse 6 stehenbleibt, findet der Wärmeaustausch mittels des Gebläses 6 nicht statt, auch wenn der Thermistor 19 normal arbeitet und das Kältemittel dem Verdampfer 5 normal zugespeist wird. Infolgedessen wird das Ge­ frierfach nicht ausreichend gekühlt. Wenn weiterhin Kältemittel aus dem (der) Kältemittelkreis oder -strecke austritt, wird dem Verdampfer 5 nicht genügend Kältemittel zugeführt, auch wenn Thermistor 19 und Gebläse 6 normal arbeiten. Infolge­ dessen wird das Gefrierfach ungenügend gekühlt, so daß die Temperatur im Gefrierfach ansteigt.

Die Gegenphasen-Schallerzeugungsschaltung 14 erfaßt und behebt die genannten Störzustände der Kühlkreis- Bauteile auf folgende Weise: Wenn der Thermistor 19 oder das Gebläse 6 gestört ist, oder wenn Kältemittel aus dem Kältemittelkreis austritt, bleibt das Tempera­ tursignal Sb vom Thermistor 19 für eine lange Zeit­ spanne auf einem Pegel über dem der Bezugsspannung Vc, weil das Gefrierfach nicht genügend gekühlt wird. Die genannte Schaltung 14 bestimmt somit im Schritt D, daß der Zähler-Zählstand zu dem Zeitpunkt, zu dem der Zeitgeber bis zur Periode von drei Stunden hochzählt, nicht die Periode (oder Zeitspanne) innerhalb von drei Stunden anzeigt, und sie geht infolgedessen auf einen Schritt I zum Analysieren des Schallsignals über. Wenn speziell eine Störung am Gebläse 6 auftritt oder Kälte­ mittel aus dem (der) Kältemittelkreis oder -strecke austritt, variieren die Frequenzcharakteristika bzw. -kennlinien bei laufendem Verdichter 8 in Abhängigkeit von den Ursachen. Durch Analyse bzw. Auswertung der Frequenzkennlinien bestimmt die Schaltung 13, aus wel­ chem Grund der Verdichter 8 für eine lange Zeitspanne angetrieben wird. Diesbezüglich wurden die Frequenz­ kennlinien des vom Mikrophon 12 empfangenen Arbeitsge­ räusches des Verdichters 8 im Anhalte- oder Still­ standzustand des Gebläses 6 und bei Kältemittelaus­ tritt gemessen. Die entsprechenden Frequenzkennlinien sind in Fig. 8 bzw. 10 dargestellt.

Ein Vergleich der Frequenzkennlinien gemäß Fig. 8 mit den Frequenzkennlinien nach Fig. 7 bei normal arbeiten­ dem Gebläse 6 zeigt, daß der Schallpegel im Blockier­ zustand des Gebläses 6 im Vergleich zum Nichtblockier­ zustand desselben im Frequenzbereich von 200 Hz bis 2,5 kHz ansteigt. Es wird angenommen, daß diese Er­ höhung des Schallpegels von einer Vergrößerung des Verdichtungsverhältnisses gegen das Kältemittel mit einer Druckminderung an der Saugseite des Verdichters 8 aufgrund unzureichender Kältemittelverdampfung mit un­ zureichendem Wärmeaustausch über den Verdampfer 5 her­ rührt. Dies bestätigt die Tatsache, daß ein Hauptanteil des Geräusches im Frequenzkennlinienbereich von 500 Hz bis 2 kHz ein Pulsationsgeräusch des Kältemittels ist.

Andererseits nimmt in einem Kältemittel-Austrittszustand der Schallpegel im Frequenzbereich von 500 Hz und höher gegenüber dem austrittsfreien Zustand zu, wie dies aus einem Vergleich der Frequenzkennlinien nach Fig. 10 mit den Bezugs-Frequenzkennlinien nach Fig. 9, bei welcher kein Kältemittel-Austritt stattfindet, hervor­ geht. Es wird angenommen, daß diese Erhöhung des Schall­ pegels auf folgenden Grund zurückzuführen ist: Die Reibungskräfte an den Bauteilen des Verdichters 8 nehmen zu, weil aufgrund des Kältemittelaustritts ein Schmiermittelmangel im Verdichter auftritt, oder der Druck der Kältemittel-Verdichtungsschaufeln des Ver­ dichters 8 nimmt aufgrund des Kältemittelaustritts (oder -verlusts) ab, so daß die Schaufeln prellen oder schlagen, was in gewisser Weise mit der Pulsation des vom Verdichter 8 angesaugten Kältemittels in Zusammenhang steht. Hierdurch wird bestätigt, daß ein Hauptanteil des Geräusches im Frequenzkennlinien­ bereich von 500 Hz bis 2 kHz ein Pulsationsgeräusch ist, das durch das im Kühlkreis zurück umgewälzte Kältemittel hervorgerufen wird. Ein Hauptanteil des Geräusches im Frequenzkennlinienbereich unter 500 Hz ist das Antriebsgeräusch des Verdichters 8 selbst, ins­ besondere beeinflußt durch die Drehzahl des Verdichters 8 und die durch Multiplizieren der Speisestromfrequenz mit einer beliebigen ganzen Zahl erhaltenen Frequenz­ kennlinien. Weiterhin wird das vom Verdichter 8 erzeugte Geräusch auf Kühlschrank-Bauteile, wie Gehäuse, Ver­ dichtersockel, Verdampfungsmuldenhalterung und Rohr­ leitung, übertragen; dies erzeugt Sekundärgeräusch, das ebenfalls den Frequenzbereich unter 500 Hz beeinflußt. Andererseits rührt das Antriebsgeräusch des Verdichters 8 im Frequenzbereich von 2 kHz und höher von dem durch die Gleitbewegung der mechanischen Teile des Verdich­ ters 8 erzeugten Geräusch her.

Wenn in einem Schritt J als Ergebnis des Vergleichs der gemessenen Frequenzkennlinien mit jeder der Bezugs- Frequenzkennlinien, für welche die Daten in der Speichereinheit 17 gespeichert sind, festgestellt wird, daß sich das Gebläse 6 in einem Störzustand befindet, geht die Gegenphasen-Schallerzeugungsschaltung 14 auf einen Schritt K über, in welchem sie das Alarmsignal Pb liefert. Auf das Alarmsignal Pb hin erzeugt der Lautsprecher 13 kurze Pieptöne, welche einer sich in der Nähe des Kühlschranks aufhaltenden Person melden, daß das Gebläse 6 blockiert ist bzw. angehalten hat. Daraufhin können schnell Gegenmaßnahmen für diesen Störzustand getroffen werden, um einen Verderb von im Kühlschrank gelagerten Nahrungs­ mitteln zu vermeiden, weil dann das Innere des Kühl­ schrank-Kühlfaches aufgrund des Blockierens oder Stehenbleibens des Gebläses 6 nicht ausreichend ge­ kühlt wird.

Wenn im Schritt J ein Blockieren des Gebläses 6 nicht festgestellt wird, geht die Gegenphasen-Schallerzeu­ gungsschaltung 14 auf einen Schritt L über, in welchem die gemessenen Frequenzkennlinien mit den Bezugs- Frequenzkennlinien, für welche die Daten in der Speichereinheit 17 gespeichert sind, verglichen werden, um damit festzustellen, ob Kältemittel austritt oder nicht. Falls ein Kältemittelaustritt festgestellt wird, liefert die Schaltung 14 im Schritt M das Alarmsignal Pc. Dabei erzeugt der Lautsprecher 13 kurze Pieptöne, durch die einer Person in der Nähe des Kühl­ schranks ein Kältemittelaustritt gemeldet wird, so daß dann schnell entsprechende Gegenmaßnahmen getroffen werden können.

Wenn dagegen im Schritt L kein Kältemittelaustritt festgestellt wird, geht die Gegenphasen-Schallerzeu­ gungsschaltung 14 auf einen Schritt N über zur Liefe­ rung des Alarmsignals Pd, auf das hin der Lautsprecher 13 entsprechend lange Pieptöne abgibt, woran erkannt wird, daß sich der Thermistor 19 in einem abnormalen Zustand befindet, so daß entsprechende Ge­ genmaßnahmen getroffen werden können. Da die genannte Schaltung 14 bereits festgestellt hat, daß der Lang­ zeitbetrieb des Verdichters 8 nicht von einem Blockier­ zustand des Gebläses 6 oder von einem Kältemittelaus­ tritt herrührt, bestimmt sie (nun), daß der Thermistor 19 gestört ist. In einem Schritt O befindet sich die Schaltung 14 im Bereitschaftsmodus, bis eine nicht dar­ gestellte Rückstelltaste betätigt wird. Wenn die Be­ tätigung der Rückstelltaste festgestellt wird, unter­ bricht die Schaltung 14 die Abgabe der Alarmsignale (Schritt P).

Wenn die Temperatur im Gefrierfach 2 ausreichend ge­ sunken ist, so daß der Komparator 20 das Ansteuersignal Sa nicht liefert, geht die Gegenphasen-Schallerzeugungs­ schaltung 14 vom Schritt E auf einen Schritt Q über, in welchem die Abgabe des Steuersignals Pa unterbrochen bzw. beendet wird. Auch wenn der Verdichter 8 in Ab­ hängigkeit von der Temperatur im Gefrierfach 2 inter­ mittierend betrieben wird, wird demzufolge die Schall­ dämpfung bei abgeschaltetem Verdichter 8 nicht durch­ geführt, um damit eine nutzlose Durchführung der Schall­ dämpfung zu vermeiden.

Bei der beschriebenen Ausführungsform sind der Steuer­ einheit 16 die Schritte B, C, D, I, J, K, L, M, N, O und P und dem Prozessor 15 die Schritte A, E, F, G, H und Q zugewiesen.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, umfaßt die Gegenphasen-Schallerzeugungsschaltung 14 den Pro­ zessor 15 für Schalldämpfungskontrolle oder -steuerung auf der Grundlage des vom Mikrophon 12 gelieferten Signals und die Steuereinheit 16 zur Bestimmung oder Feststellung eines Störzustands an einem oder mehreren Bauteilen des Kühlkreises auf der Grundlage des vom Mikrophon 12 aufgenommenen Geräusches. Demzufolge kann eine neue Funktion der Erfassung eines Störzustands eines oder mehrerer Kühlkreis-Bauteile unter Verwendung des für Schalldämpfungskontrolle vorgesehenen Mikro­ phons 12 zusätzlich vorgesehen werden. Da somit die Anordnung einer Schaltung ausschließlich für die Er­ fassung eines Störzustands (abnormalen Zustands) im Kühlkreis nicht nötig ist, kann trotz der Hinzufügung einer neuen Funktion eine Komplizierung des gesamten Schaltungsaufbaus vermieden werden.

Da die Maschinenkammer 7 über den Belüftungsschlitz 11a mit der Außenumgebung in Verbindung steht, steigt die Temperatur in der Maschinenkammer 7 unter der im Be­ trieb des Verdichters 8 erzeugten Wärme nicht abnormal an. Da zudem der Maschinenkammer-Deckel 11 aus einem Werkstoff guter Wärmeleitfähigkeit besteht, kann die Belüftungsleistung für die Abführung der in der Ma­ schinenkammer 7 erzeugten Wärme verbessert sein oder werden, mit dem Ergebnis, daß ein Temperaturanstieg in der Maschinenkammer 7 verringert wird.

Obgleich beim Vergleich der gemessenen Frequenzkenn­ linien mit den Bezugs-Frequenzkennlinien bei der be­ schriebenen Ausführungsform die Geräuschfrequenzbereiche bei (in Schritten von) jeweils 1/3 Oktave verglichen werden, können statt dessen auch Frequenzbereiche großer Pegelunterschiede verglichen werden. Weiterhin können die gemessenen Frequenzkennlinien mit den Bezugs-Fre­ quenzkennlinien auf der Grundlage kumulativer Differenzen der Signalpegel spezifischer Frequenzbereiche oder der Signalpegeldifferenz des gesamten Frequenzbereichs ver­ glichen werden. Zudem kann dieser Vergleich auch auf der Grundlage von Wellenformmustern von Signalen, die in Abhängigkeit von dem vom Mikrophon 12 aufgenommenen Geräusch erzeugt werden, oder mit einer Kombination der oben angegebenen Methoden erfolgen.

Während bei der beschriebenen Ausführungsform ein Alarmton durch den Lautsprecher 13 abgegeben wird, kann auch mittels des Lautsprechers 13 mit Hilfe eines Magnetbandgeräts oder einer Tonsynthesetechnik Sprache reproduziert werden. Genauer gesagt: wenn der Blockierzustand des Gebläses 6 festgestellt wird, kann der Lautsprecher 13 beispielsweise folgende Sprach­ mitteilung abgeben: "Gebläse wird möglicherweise nicht angetrieben. Nach Überprüfung, daß Kühlschranktür voll­ ständig geschlossen ist, bitte Kundendienst verstän­ digen". Wenn ein Kältemittelaustritt erfaßt wird, kann der Lautsprecher 13 z. B. folgende Sprachmitteilung übermitteln: "Es besteht die Möglichkeit für einen Kältemittelaustritt. Nach Überprüfung, daß Kühlschrank­ tür vollständig geschlossen ist, bitte Kundendienst verständigen". Wenn ein Störzustand des Thermistors 19 erfaßt wird, kann der Lautsprecher 13 z. B. die Sprach­ mitteilung angeben: "Thermistor möglicherweise gestört. Nach Überprüfung, daß Kühlschranktür vollständig ge­ schlossen ist, bitte Kundendienst verständigen".

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 Aus­ stellungs-Kühlvitrine.

Claims (11)

1. Aktive Schalldämpfer- und Störungserfassungsvorrichtung für ein Kühlsystem mit einem Außen-Gehäuse (1), das eine Maschinenkammer (7), einen Ver­ dampfer (5) zum Kühlen eines Kältemittels, einen in der Maschinenkammer (7) angeordneten und durch einen zuge­ ordneten Motor antreibbaren Verdichter (8) zum Ver­ dichten des vom Verdampfer (5) abgegebenen Kältemittels sowie einen Kondensationsapparat zum Kondensieren des unter hohem Druck vom Verdichter (8) abgegebenen Kältemittelgases aufweist, wobei die Schalldämpfer­ vorrichtung einen Austritt des vom Verdichter (8) er­ zeugten Schalls aus der Maschinenkammer (7) verhindert, gekennzeichnet durch

• a) eine Geräuschdetektoreinheit (12) zum Erfassen des vom Verdichter (8) erzeugten Geräusches und zum Umwandeln desselben in ein entsprechendes elektrisches Signal,
• b) eine Signalumwandlungseinheit (14, 15) zum Umwandeln des von der Geräuschdetektoreinheit (12) erzeugten elek­ trischen Signals in ein entsprechendes Schall­ wellensignal, das für die Dämpfung des Verdich­ tergeräusches durch Schallwelleninterferenz geeignet ist,
• c) einen Schallerzeuger (13), der in Abhängigkeit von dem von der Signalumwandlungseinheit (15) erzeugten Schall­ wellensignal so ansteuerbar ist, daß sein Schall zur Schallinterferenz in das Innere der Maschinenkammer (7) gerichtet ist,
• d) eine Speichereinheit (17) zum Vorabspeichern von Daten für Geräuschmuster oder -bilder des Verdichters (8) bei einem abnormalen Zustand des Verdampfers (5) als Bezugsmuster und
• e) eine Einheit (16) zum Vergleichen des durch die Ge­ räuschdetektoreinheit (12) erzeugten elektrischen Signals mit den Daten für die in der Speicherein­ heit (17) abgespeicherten Bezugsmuster, um damit zu bestimmen, ob der Verdampfer gestört ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Geräuschdetektoreinheit ein Mikrophon (12) umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Geräuschdetektoreinheit (12) eine Vorrichtung zum Abnehmen oder Aufnehmen der Schwingung des Verdichters (8) umfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Daten für die Bezugsmuster Daten der Amplitudengrößen des Geräusches in vorbe­ stimmten Geräuschfrequenzbereichen beinhalten.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Daten für die Bezugsmuster Daten der akkumulierten oder aufgespeicherten Amplitudengrößen des Geräusches in vorbestimmten Geräuschfrequenzbereichen beinhalten und die Ver­ gleichereinheit (16) die Amplituden der durch die Geräuschdetektoreinheit (12) erzeugten, den Frequenzbe­ reichen des Bezugsmusters entsprechenden Signale akkumuliert bzw. aufspeichert und dabei die akkumulierte bzw. aufgespeicherte Amplitudengröße mit dem Bezugsgeräuschmuster vergleicht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Maschinen­ kammer (7) durch eine obere Wand, einen Boden, Seiten­ wände sowie vordere und hintere Wände festgelegt ist und eine der Abmessungen von Tiefe, Breite oder Höhe der Maschinenkammer (7) größer ist als die beiden anderen Abmessungen, so daß eine stehende Welle des zu dämpfenden Schalls nur in der Richtung dieser einen Abmessung, die größer ist als die beiden anderen Abmessungen, auftritt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Maschinenkammer (7) in mindestens einer der sie festlegenden Wände einen Belüftungs­ schlitz (11a) aufweist, der eine im wesentlichen schmale Rechteckform besitzt und senkrecht zur Längsrichtung der stehenden Schallwelle in der Maschinenkammer angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Kühlsystem ferner ein Gebläse (6) zum Richten von Luft auf den Umfang des Verdampfers (5) und einen Temperaturfühler (19) zum Messen der Tempera­ tur des Verdampfers (5) am Umfang desselben aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Daten für die Bezugsmuster Daten von Geräuschmustern oder -bildern des Ver­ dichters (8) für den Fall eines Kältemittelaustritts beinhalten.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Daten für die Bezugsmuster Daten von Geräuschmustern oder -bildern des Ver­ dichters (8) für den Fall eines Stehenbleibens des Ge­ bläses (6) beinhalten.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Daten für die Bezugsmuster Daten von Geräuschmustern oder -bildern des Ver­ dichters (8) für den Fall eines abnormalen Zustands bzw. Störzustands des Temperaturfühlers (19) beinhalten.