EP1991785A1 - Verfahren und steuergerät zum betreiben eines linearverdichters - Google Patents

Verfahren und steuergerät zum betreiben eines linearverdichters

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Publication number
EP1991785A1
EP1991785A1 EP07726219A EP07726219A EP1991785A1 EP 1991785 A1 EP1991785 A1 EP 1991785A1 EP 07726219 A EP07726219 A EP 07726219A EP 07726219 A EP07726219 A EP 07726219A EP 1991785 A1 EP1991785 A1 EP 1991785A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
linear compressor
detected
movement
overload condition
amplitude
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07726219A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Reinschke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Publication of EP1991785A1 publication Critical patent/EP1991785A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B35/00—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
    • F04B35/04—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric
    • F04B35/045—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric using solenoids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/06—Control using electricity
    • F04B49/065—Control using electricity and making use of computers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2201/00—Pump parameters
    • F04B2201/02—Piston parameters
    • F04B2201/0206—Length of piston stroke
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2203/00—Motor parameters
    • F04B2203/04—Motor parameters of linear electric motors
    • F04B2203/0401—Current

Definitions

  • the present invention relates to a method and a control device for operating a linear compressor, in particular for use for compressing refrigerant in a refrigeration device.
  • Such linear compressors are known, for example, from US Pat. No. 6,596,032 B2 or US Pat. No. 6,642,377 B2.
  • the object of the invention is to provide a method and a control device for operating a linear compressor, which allow a more complete utilization of its performance.
  • the object is achieved, on the one hand, by the fact that, in a method for operating a linear compressor, in which the current consumption of the linear compressor is detected, and based on the current consumption, it is judged whether the linear compressor is in an overload condition, and the movement amplitude of the linear compressor is reduced, if the overload condition of the linear compressor is detected, and the movement amplitude of the linear compressor detected and used to assess whether the linear compressor is in overload condition, is used.
  • the amplitude of movement of the linear compressor can be so far for the decision whether an overload condition exists or not, be significant because the linear compressor with the same power consumption can release the released in him Joule heat the more efficient to the outside, the more he moves.
  • a first limit value of the current consumption of the linear compressor which is defined as an increasing function of the movement amplitude, is used to decide on the overload condition, and if this is exceeded, the overload condition is determined.
  • the motion amplitude may also be set as an increasing function of the current consumption, and the overload condition is determined when the detected amplitude of movement falls below the value of this function at the detected current consumption.
  • the function is set in advance so that the sum of the ohmic resistance of the linear compressor in this released Joule heat output and by the movement of the linear compression at this cooling effect verwirkter substantially constant. That is, the limit effectively corresponds to a temperature of the linear compressor, which should not be exceeded in continuous operation.
  • the motion amplitude of the linear compressor is reduced to a positive value, so that the linear compressor continues to operate at reduced power.
  • the overload condition can also be determined if the movement amplitude falls below a second limit value, this second limit value being independent of the current consumption of the linear compressor and, if a first limit value of the movement amplitude is used as explained above, smaller than the latter, to detect the case of a mechanical blockage of the linear compressor. If the overload condition is detected under these conditions, the movement amplitude of the linear compressor is expediently reduced to zero.
  • the object is further achieved by a control device for a linear compressor, which in addition to a current sensor for detecting the current consumption of the linear compressor - A -
  • control circuit for controlling the movement of the linear compressor based on the detected current consumption still having a sensor connected to the control circuit for detecting the deflection of the linear compressor, wherein preferably the control circuit is adapted to carry out a method as explained above.
  • FIG. 1 is a perspective view of a first embodiment of a linear compressor with a control device according to the present invention
  • FIG. 2 shows a perspective view of a second embodiment of a linear compressor with control unit
  • FIG. 3 shows a typical course of a limiting value of the current consumption of the linear compressor of FIG. 1 or 2 as a function of its amplitude of movement
  • Fig. 4 is a diagram showing a desired movement of the compressor and various examples of sets of detected deflections of the compressor.
  • the linear compressor shown in a perspective view in Fig. 1 has a rigid, in plan view in approximately U-shaped frame, which is composed of three parts, namely two flat wall pieces 1 and a sheet 2. Between two mutually facing end sides of the sheet 2 and the two wall pieces 1, a first diaphragm spring 3 is clamped, a second diaphragm spring 4 of the same shape as the diaphragm spring 3 is fixed to the side facing away from the sheet 2 of the wall pieces 1.
  • the stamped from spring plate diaphragm springs 3, 4 each have four spring arms 5, which extend in a zigzag from the wall pieces 1 to a central portion 6, where they meet.
  • the central portion 6 has three holes, two outer, to which by means of screws or rivets 7, a permanent magnetic oscillating body 8 is suspended, and a central bore through which in the diaphragm spring 3, one fixed to the vibrating body 8, for example by screwing Piston rod 10 extends.
  • the piston rod 10 connects the oscillating body 8 with a piston, not visible in the figure, in the interior of a pump chamber 15, which is supported by the arch 2. Refrigerant inlet and outlet ports of the pumping chamber 15 are designated 16 and 17, respectively.
  • Two electromagnets 9 with an E-shaped yoke and a coil wound around the middle leg of the E are each arranged between the oscillating body 8 and the wall pieces 1 with the oscillating body facing pole pieces and serve to drive a vibrating movement of the oscillating body.
  • a control circuit 1 1 for controlling the energization of the electromagnets 9 is mounted on one of the wall pieces 1.
  • the control circuit 11 may, for example, comprise an inverter which supplies a sinusoidal exciting current with frequency and variable voltage amplitude matched to the natural frequency of the oscillating body 8 to the electromagnets 9, or supplies the voltage pulses having a fixed voltage amplitude but a variable duty cycle to the latter.
  • the control circuit 1 1 regulates the average current intensity of the current absorbed by the electromagnet 9 and thus its power via the voltage amplitude or the duty cycle.
  • the control circuit 1 1 has a built-in and therefore not visible in the figure current sensor for detecting the current flow through the coils of the electromagnets 9, and it is connected to a position sensor 18 for time-resolved detection of the position of the oscillating body 8.
  • the position sensor 18 here comprises an electromagnet of C-shaped form, between whose two mutually facing pole shoes, the piston rod 10 extends.
  • the position sensor 18 is shielded by the metallic diaphragm spring 3 against stray fields of the electromagnets 9.
  • At the level of the pole piece of the position sensor 18 is one of two tapered portions 12 of the piston rod 10.
  • the piston rod 10 is elastically flexible in the tapered portions to possible manufacturing tolerances due to alignment error between the movement of the oscillating body 8 on the one hand and the piston in the pumping chamber 15 on the other hand compensate.
  • the effective width of the air gap between the pole pieces of the position sensor 18 varies depending on how far the tapered portion 12 dips between the pole pieces. Accordingly, the inductance of the Winding of the electromagnet and thus the frequency of an electrical resonant circuit in which the winding is involved. This frequency, which is much higher than the natural frequency of the oscillating body 8, thus forming a measure of its deflection, which is processed by the control circuit 1 1.
  • the above-described position sensor 18 may be replaced by any other type of position sensor capable of providing time-resolved measurements of the position of the vibrating body 8.
  • a modified embodiment of a linear compressor according to the invention is shown in Fig. 2, in which instead of a magnetic, an optical position sensor 18 is provided.
  • This comprises a firmly connected to the oscillating body 8 plate 19 made of a translucent material, on the evenly spaced transversely to the direction of movement of the oscillating body 8 extending opaque strips are arranged.
  • the plate is made of glass or of a against the pumped in the pumping chamber 15 refrigerant resistant plastic.
  • two light sources such as light-emitting diodes
  • two photodiodes which are mounted in a housing 21 on the yoke of the other electromagnet 9.
  • the photodiodes provide a light or dark signal level to the control circuit 1 1, based on the number of level transitions and the relative phase of the signals supplied by the two photodiodes Extent and direction of movement of the oscillating body 8 tracked.
  • the position information provided by the position sensor 18 is evaluated by the control circuit 11 in two different processes.
  • the first process initially comprises a step of determining the movement amplitude of the oscillating body 8 from the sequence of position information supplied by the position sensor 18.
  • the critical current value corresponding to the ascertained amplitude is read from a memory in which a critical current value is stored as a function of the movement amplitude.
  • a typical course of the critical current I as a function of the deflection a is shown in FIG. 3 by a curve d.
  • the critical current at a given amplitude of motion is defined as the current that gives continuous operation at the amplitude in question, that is, in thermal equilibrium between the electromagnet 9 and its environment, by the Joule heat released by the current flow through the windings on the one hand and heat flowing into the environment on the other hand, a maximum permissible operating temperature of the windings ,
  • This critical current increases with increasing amplitude of movement, because the more the oscillating body moves, the more the air is swirled in the vicinity of the electromagnets 9 and heat is transported away from them.
  • control circuit 1 1 If the control circuit 1 1 recognizes that the current consumption I of the electromagnets 9 is higher than permissible in the case of the detected oscillation amplitude a, the control circuit 1 1 interrupts the power supply of the electromagnets 9 and outputs to a first, simple embodiment. not shown signal output from an error signal which can be used in a refrigerator in which the linear compressor is installed, to operate an optical or acoustic warning signal generator and to alert a user to a malfunction of the device.
  • the control circuit 1 1 when a current consumption too high for the current amplitude of motion is detected, the control circuit 1 1 reduces the amplitude of the sine voltage or the duty ratio of the voltage pulses applied to the solenoids 9 by a predetermined amount or a predetermined factor then return to step 1 so that the compressor continues to operate at reduced power.
  • the compressor in the event of over-stressing the compressor, its capacity is gradually reduced until a power level is reached at which damage to the compressor due to overheating can be safely ruled out.
  • a second characteristic curve stored in the control circuit 1 1, shown as a dotted line c 2 in FIG. 3, indicates a movement amplitude of the oscillating body 8 expected under normal operating conditions as a function of the current consumption I.
  • the curve c2 has an approximately linear course, as shown in Fig. 2; if the supply current is a variable voltage AC, the curve is more parabolic.
  • the control circuit compares 1 1, whether the detected at the measured amplitude value current consumption is above or below the curve c2. If it is above, this indicates a hindrance to the movement of the vibrating body, that is to say a mechanical damage of the linear compressor, so that in this case the control circuit 1 1 interrupts the power supply of the electromagnet 9 and outputs an error signal.
  • the two characteristic curves d and c2 can also be replaced by a single characteristic curve whose profile is determined at low amplitudes below a crossing point of d and c2 by c2 and above the crossing point by d, so only one comparison needs to be made for each pair of measured amplitude and current measured to see if the compressor is operating properly.
  • FIG. 1 shows, plotted as a function of time t, two sets of measurement points of the displacement of the vibrating body obtained with the aid of the position sensor 18, represented by the symbols + and x, respectively.
  • the control circuit 1 1 checks the proper operation of the linear compressor by adjusting a sine curve to the obtained measuring points. For example, in the case of the measurement points denoted by +, the sinusoid indicated by s1 in the diagram is obtained. All measuring points + lie in a limited in the figure by dashed sinusoids interval of predetermined width around the curve s1. In this case, no fault is detected.
  • the vibration of the vibrating body 8 having the period T is superimposed with a half-period harmonic indicative of malfunction.
  • the control circuit 1 1 therefore also switches off the electromagnet 9 in this case and generates an error signal. It should be noted that it is not necessary for deflections to be recorded for all measuring points shown in FIG. 3 in each case in a single oscillation period of the oscillating body 8.

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Abstract

Ein Steuergerät für einen Linearverdichter umfasst einen Stromsensor zum Erfassen der Stromaufnahme des Linearverdichters, einen Sensor (18) zum Erfassen der Auslenkung des Linearverdichters und eine Steuerschaltung (11) zum Steuern der Bewegung und Erfassen eines Überlastzustandes des Linearverdichters anhand der von Stromsensor erfassten Stromaufnahme und der vom Sensor (18) erfassten Auslenkung.

Description

Verfahren und Steuergerät zum Betreiben eines Linearverdichters
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Steuergerät zum Betreiben eines Linearverdichters, insbesondere für den Einsatz zum Verdichten von Kältemittel in einem Kältegerät.
Derartige Linearverdichter sind zum Beispiel aus US6 596 032 B2 oder US6 642 377 B2 bekannt.
Beim Betrieb eines Verdichters in einem Kältegerät können Situationen auftreten, in denen die elektrische Leistungsaufnahme des Verdichters ungewöhnlich hoch ist und zu einer starken Erhitzung des Verdichters führen kann. Dies kann zum Beispiel beim ersten Anfahren des Kältegerätes bzw. nach einer längeren Abschaltzeit der Fall sein, wenn der gesamte Innenraum des Kältegerätes von einer hohen Ausgangstemperatur auf eine Soll- Betriebstemperatur heruntergekühlt werden muss und der Verdichter dafür über eine lange Zeitspanne ohne Unterbrechung betreiben werden muss, wenn, zum Beispiel aufgrund einer nicht richtig schließenden Tür, der Wärmezufluss in den Innenraum des Kältegerätes erhöht ist, wenn die Wärmeabgabe am Verflüssiger des Kältegerätes behindert ist oder wenn die Bewegung des Verdichters selbst durch einen mechanischen Defekt gestört ist. Solche Situationen müssen zuverlässig erkannt werden, um die Leistungsaufnahme des Verdichters so zu begrenzen, dass keine Brandgefahr durch Überhitzung des Verdichters besteht. Bei herkömmlichen Kältegeräten mit rotierend angetriebenem Verdichter wird diese Aufgabe im Allgemeinen gelöst mit Hilfe eines Temperatursensors, der am Gehäuse der Verdichters angebracht ist, und einer Steuerschaltung, die anhand der von dem Temperatursensor gelieferten Messwerte über eine eventuelle Drosselung der dem Verdichter zugeführten elektrischen Leistung entscheidet.
Aus KR 2002 021532-A ist ein Verfahren zum Betreiben eines Linearverdichters bekannt, bei dem anhand der von dem Verdichter aufgenommenen elektrischen Stromstärke entschieden wird, ob der Verdichter sich in einem Überlastzustand befindet oder nicht, und der Hub eines Kolbens des Verdichters verringert wird, wenn ein Überlastzustand festgestellt wird. Da für die Entscheidung, ob ein Überlastzustand vorliegt oder nicht, nur die Stromaufnahme herangezogen wird, muss der Grenzwert der Stromaufnahme, oberhalb derer ein Überlastzustand festgestellt wird, so niedrig sein, dass auch unter den ungünstigst möglichen Betriebsumständen eine Überhitzung sicher vermieden wird. Der Grenzwert muss also so gewählt werden, dass auch bei lang anhaltendem Dauerbetrieb des Verdichters wie etwa beim Anfahren des Kältegerät aus einem warmen Zustand eine Überhitzung ausgeschlossen ist. Ein Betrieb bei höherer Stromstärke, der im Intervallbetrieb, wenn lediglich eine niedrige Temperatur im Innenraum des Kältegeräts aufrecht erhalten werden muss, ohne Bedenken zugelassen werden könnte, ist dadurch ausgeschlossen. Die Leistungsfähigkeit des Linearverdichters kann daher nicht vollständig ausgeschöpft werden.
Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren und ein Steuergerät zum Betreiben eines Linearverdichters anzugeben, die eine vollständigere Ausschöpfung von dessen Leistungsfähigkeit ermöglichen.
Die Aufgabe wird zum einen dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren zum Betreiben eines Linearverdichters, bei dem die Stromaufnahme des Linearverdichters erfasst, und anhand der Stromaufnahme beurteilt wird, ob der Linearverdichter sich in einem Überlastzustand befindet, und die Bewegungsamplitude des Linearverdichters reduziert wird, wenn der Überlastzustand des Linearverdichters festgestellt wird, auch die Bewegungsamplitude des Linearverdichters erfasst und zur Beurteilung, ob sich der Linearverdichter im Überlastzustand befindet, mit herangezogen wird.
Die Bewegungsamplitude des Linearverdichters kann insofern für die Entscheidung, ob ein Überlastzustand vorliegt oder nicht, erheblich sein, weil der Linearverdichter bei gleicher Stromaufnahme die in ihm freigesetzte joulesche Wärme um so effizienter nach außen abgeben kann, je stärker er sich bewegt.
Daher wird erfindungsgemäß zur Entscheidung über den Überlastzustand vorzugsweise ein erster Grenzwert der Stromaufnahme des Linearverdichters herangezogen, der als eine zunehmende Funktion der Bewegungsamplitude festgelegt ist, und bei dessen Überschreitung der Überlastzustand festgestellt wird. In äquivalenter Weise kann auch die Bewegungsamplitude als eine zunehmende Funktion der Stromaufnahme festgelegt sein, und der Überlastzustand wird festgestellt, wenn die erfasste Bewegungsamplitude den Wert dieser Funktion bei der erfassten Stromaufnahme unterschreitet.
Zweckmäßigerweise ist im einen wie im anderen Falle die Funktion vorab so festgelegt, dass die Summe von durch den ohmschen Widerstand des Linearverdichters in diesem freigesetzter joulescher Wärmeleistung und durch die Bewegung des Linearverdichtung an diesem bewirkter Kühlleistung im Wesentlichen konstant ist. Das heißt, der Grenzwert entspricht effektiv einer Temperatur des Linearverdichters, die im Dauerbetrieb nicht überschritten werden soll.
Vorzugsweise wird, wenn nach einem der oben beschriebenen Kriterien der Überlastzustand festgestellt wird, die Bewegungsamplitude des Linearverdichters auf einen positiven Wert reduziert, so dass der Linearverdichter bei reduzierter Leistung weiter arbeitet.
Darüber hinaus kann der Überlastzustand auch festgestellt werden, wenn die Bewegungsamplitude einen zweiten Grenzwert unterschreitet, wobei dieser zweite Grenzwert unabhängig von der Stromaufnahme des Linearverdichters festgelegt sein kann und, falls ein erster Grenzwert der Bewegungsamplitude wie oben erläutert verwendet wird, kleiner als letzterer gewählt ist, um den Fall einer mechanischen Blockierung des Linearverdichters zu erfassen. Wenn unter diesen Bedingungen der Überlastzustand erfasst wird, wird die Bewegungsamplitude des Linearverdichters zweckmäßigerweise auf Null reduziert.
Um einen mechanischen Defekt zu erfassen, kann es auch zweckmäßig sein, die Auslenkung des Linearverdichters in verschiedenen Phasen seiner Oszillation zu erfassen und mit einem Soll-Bewegungsablauf zu vergleichen, und den Überlastzustand festzustellen, wenn die Abweichung der erfassten Auslenkung von dem Soll-Bewegungsablauf einen dritten Grenzwert überschreitet.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Steuergerät für einen Linearverdichter, welches zusätzlich zu einem Stromsensor zum Erfassen der Stromaufnahme des Linearverdichters - A -
und einer Steuerschaltung zum Steuern der Bewegung des Linearverdichters anhand der erfassten Stromaufnahme noch einen mit der Steuerschaltung verbundenen Sensor zum Erfassen der Auslenkung des Linearverdichters aufweist, wobei vorzugsweise die Steuerschaltung eingerichtet ist, ein Verfahren wie oben erläutert auszuführen.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausgestaltung eines Linearverdichters mit einem Steuergerät gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausgestaltung eines Linearverdichters mit Steuergerät;
Fig. 3 einen typischen Verlauf eines Grenzwertes der Stromaufnahme des Linearverdichters der Fig. 1 oder 2 als Funktion von dessen Bewegungsamplitude; und
Fig. 4 ein Diagramm, das einen Soll-Bewegungsablauf des Verdichters sowie verschiedene Beispiele von Sätzen erfasster Auslenkungen des Verdichters zeigt.
Der in Fig. 1 in perspektivischer Ansicht gezeigte Linearverdichter hat einen steifen, in Draufsicht in etwa U-förmigen Rahmen, der aus drei Teilen, nämlich zwei flachen Wandstücken 1 und einem Bogen 2, zusammengesetzt ist. Zwischen einander zugewandten Stirnseiten des Bogens 2 und der zwei Wandstücke 1 ist eine erste Membranfeder 3 eingespannt, eine zweite Membranfeder 4 von gleicher Gestalt wie die Membranfeder 3 ist an von dem Bogen 2 abgewandten Stirnseiten der Wandstücke 1 befestigt.
Die aus Federblech gestanzten Membranfedern 3, 4 haben jeweils vier Federarme 5, die sich im Zickzack von den Wandstücken 1 zu einem Mittelabschnitt 6 erstrecken, an dem sie zusammentreffen. Der Mittelabschnitt 6 weist jeweils drei Bohrungen auf, zwei äußere, an denen mit Hilfe von Schrauben oder Nieten 7 ein permanentmagnetischer Schwingkörper 8 aufgehängt ist, und eine mittlere Bohrung, durch die sich bei der Membranfeder 3 eine an dem Schwingkörper 8 zum Beispiel durch Verschraubung befestigte Kolbenstange 10 erstreckt. Die Kolbenstange 10 verbindet den Schwingkörper 8 mit einem in der Fig. nicht sichtbaren Kolben im Inneren einer Pumpkammer 15, die von dem Bogen 2 getragen ist. Kältemitteleinlass- und -auslassstutzen der Pumpkammer 15 sind mit 16 bzw. 17 bezeichnet.
Zwei Elektromagnete 9 mit E-förmigem Joch und einer um den mittleren Schenkel des E gewickelten Spule sind jeweils zwischen dem Schwingkörper 8 und den Wandstücken 1 mit dem Schwingkörper zugewandten Polschuhen angeordnet und dienen zum Antreiben einer Schwingbewegung des Schwingkörpers.
Eine Steuerschaltung 1 1 zum Steuern der Erregung der Elektromagnete 9 ist an einem der Wandstücke 1 montiert. Die Steuerschaltung 1 1 kann zum Beispiel einen Wechselrichter umfassen, der einen sinusförmigen Erregerstrom mit an die Eigenfrequenz des Schwingkörpers 8 angepasster Frequenz und variabler Spannungsamplitude an die Elektromagneten 9 liefert, oder der Spannungsimpulse mit fester Spannungsamplitude, aber variablem Tastverhältnis an diese liefert. Im einen wie im anderen Falle regelt die Steuerschaltung 1 1 über die Spannungsamplitude oder das Tastverhältnis die mittlere Stromstärke des von den Elektromagneten 9 aufgenommenen Stroms und damit deren Leistung.
Die Steuerschaltung 1 1 verfügt über einen eingebauten und daher in der Fig. nicht sichtbaren Stromsensor zur Erfassung des Stromflusses durch die Spulen der Elektromagnete 9, und sie ist mit einem Positionssensor 18 zum zeitaufgelösten Erfassen der Position des Schwingkörpers 8 verbunden. Der Positionssensor 18 umfasst hier einen Elektromagneten von C-förmiger Gestalt, zwischen dessen zwei einander zugewandten Polschuhen die Kolbenstange 10 verläuft. Der Positionssensor 18 ist durch die metallische Membranfeder 3 gegen Streufelder der Elektromagneten 9 abgeschirmt. In Höhe der Polschuhe des Positionssensors 18 befindet sich einer von zwei verjüngten Abschnitten 12 der Kolbenstange 10. Die Kolbenstange 10 ist in den verjüngten Abschnitten elastisch biegsam, um eventuelle durch Fertigungstoleranzen bedingte Ausrichtungsfehler zwischen der Bewegung des Schwingkörpers 8 einerseits und der des Kolbens in der Pumpkammer 15 andererseits auszugleichen. Die effektive Breite des Luftspaltes zwischen den Polschuhen des Positionssensors 18 variiert, je nachdem, wie weit der eine verjüngte Abschnitt 12 zwischen die Polschuhe eintaucht. Entsprechend variiert die Induktivität der Wicklung des Elektromagneten und damit die Frequenz eines elektrischen Schwingkreises, in den die Wicklung einbezogen ist. Diese Frequenz, die wesentlich höher als die Eigenfrequenz des Schwingkörpers 8 ist, bildet, somit ein Maß für dessen Auslenkung, welches von der Steuerschaltung 1 1 verarbeitet wird.
Der oben beschriebene Positionssensor 18 kann durch einen beliebigen anderen Typ von Positionssensor ersetzt werden, der in der Lage ist, zeitaufgelöst Messwerte der Position des Schwingkörpers 8 zu liefern. So ist in Fig. 2 eine abgewandelte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Linearverdichters gezeigt, bei dem anstelle eines magnetischen ein optischer Positionssensor 18 vorgesehen ist. Dieser umfasst eine mit dem Schwingkörper 8 fest verbundene Platte 19 aus einem lichtdurchlässigen Material, auf der in gleichmäßigem Abstand sich quer zur Bewegungsrichtung des Schwingkörpers 8 erstreckende lichtundurchlässige Streifen angeordnet sind. Die Platte besteht aus Glas oder aus einem gegen das in der Pumpkammer 15 gepumpte Kältemittel beständigen Kunststoff.
Am Joch eines der Elektromagneten 9 sind in einem Gehäuse zwei Lichtquellen wie etwa Leuchtdioden montiert, die einen gebündelten Lichtstrahl zu zwei Photodioden senden, die in einem Gehäuse 21 am Joch des anderen Elektromagneten 9 montiert sind. Je nachdem, ob die Lichtstrahlen die Platte 19 passieren oder von den Streifen abgeblockt werden, liefern die Photodioden einen Hell- oder Dunkel-Signalpegel an die Steuerschaltung 1 1 , die anhand der Anzahl der Pegelübergänge und der relativen Phase der von den zwei Photodioden gelieferten Signale Ausmaß und Richtung der Bewegung des Schwingkörpers 8 verfolgt.
Die von dem Positionssensor 18 gelieferte Positionsinformation wird von der Steuerschaltung 1 1 in zwei verschiedenen Prozessen ausgewertet.
Der erste Prozess umfasst zunächst einen Schritt des Ermitteln der Bewegungsamplitude des Schwingkörpers 8 aus der Folge der vom Positionssensor 18 gelieferten Positionsinformationen. In einem zweiten Schritt wird aus einem Speicher, in welchem eine kritische Stromstärke als Funktion der Bewegungsamplitude gespeichert ist, der der ermittelten Amplitude entsprechende kritische Stromstärkenwert gelesen. Ein typischer Verlauf der kritischen Stromstärke I als Funktion der Auslenkung a ist in Fig. 3 durch eine Kurve d dargestellt. Die kritische Stromstärke bei einer gegebenen Bewegungsamplitude ist definiert als diejenige Stromstärke, die im Dauerbetrieb bei der betreffenden Amplitude, das heißt im thermischen Gleichgewicht zwischen den Elektromagneten 9 und deren Umgebung, durch vom Stromfluss durch die Wicklungen freigesetzte joulesche Wärme einerseits und in die Umgebung abfließende Wärme andererseits, eine maximal zulässige Betriebstemperatur der Wicklungen ergibt. Diese kritische Stromstärke nimmt mit zunehmender Bewegungsamplitude zu, denn je stärker sich der Schwingkörper bewegt, um so stärker wird die Luft in der Umgebung der Elektromagnete 9 verwirbelt und Wärme von diesen abtransportiert.
Wenn die Steuerschaltung 1 1 erkennt, dass die Stromaufnahme I der Elektromagnete 9 höher ist, als bei der erfassten Schwingungsamplitude a zulässig, so unterbricht einer ersten, einfachen Ausgestaltung zufolge die Steuerschaltung 1 1 die Stromversorgung der Elektromagnete 9 und gibt an einen in der Fig. nicht dargestellten Signalausgang ein Fehlersignal aus, welches in einem Kältegerät, in welchem der Linearverdichter eingebaut ist, genutzt werden kann, um einen optischen oder akustischen Warnsignalgeber zu betätigen und einen Benutzer so auf eine Störung des Gerätes aufmerksam zu machen.
Einer zweiten Ausgestaltung zufolge reduziert die Steuerschaltung 1 1 , wenn eine für die aktuelle Bewegungsamplitude zu hohe Stromaufnahme festgestellt wird, die Amplitude der Sinusspannung oder das Tastverhältnis der Spannungsimpulse, die an die Elektromagnete 9 angelegt werden, um einen vorgegebenen Betrag oder einen vorgegebenen Faktor und kehrt anschließend zum Schritt 1 zurück, so dass der Verdichter mit reduzierter Leistung weiter arbeitet. So wird im Falle einer Überbeanspruchung des Verdichters dessen Leistung schrittweise reduziert, bis ein Leistungspegel erreicht ist, an dem eine Schädigung des Verdichters durch Überhitzung sicher ausgeschlossen werden kann.
Eine zweite in der Steuerschaltung 1 1 gespeicherte Kennkurve, in Fig. 3 als strichpunktierte Linie c2 dargestellt, gibt eine unter normalen Betriebsbedingungen erwartete Bewegungsamplitude des Schwingkörpers 8 als Funktion der Stromaufnahme I an. Wenn die Elektromagnete 9 mit Stromimpulsen von gleichbleibender Spannung und variablem Tastverhältnis gespeist sind, hat die Kurve c2 einen in etwa linearen Verlauf, wie in Fig. 2 gezeigt; wenn der Speisestrom ein Wechselstrom mit variabler Spannung ist, hat die Kurve eher einen parabelförmigen Verlauf. In einem vierten Schritt vergleicht die Steuerschaltung 1 1 , ob die bei dem gemessenen Amplitudenwert erfasste Stromaufnahme oberhalb oder unterhalb der Kurve c2 liegt. Liegt sie oberhalb, so weist dies auf eine Behinderung der Bewegung des Schwingkörpers, also auf einen mechanischen Schaden des Linearverdichters hin, so dass die Steuerschaltung 1 1 in diesem Fall die Stromversorgung der Elektromagneten 9 unterbricht und ein Fehlersignal ausgibt.
Aus der Betrachtung der Fig. 3 ist leicht nachvollziehbar, dass die zwei Kennkurven d und c2 auch durch eine einzige Kennkurve ersetzt werden können, deren Verlauf bei niedrigen Amplituden unterhalb eines Kreuzungspunktes von d und c2 durch c2 und oberhalb des Kreuzungspunktes durch d bestimmt ist, so dass für jedes Paar aus gemessener Amplitude und gemessener Stromstärke nur noch ein Vergleich durchgeführt werden muss, um zu erkennen, ob der Verdichter ordnungsgemäß arbeitet.
Ein zweiter von der Steuerschaltung 1 1 ausgeführter Prozess wird anhand der Fig. 4 erläutert. Diese zeigt, als Funktion der Zeit t aufgetragen, zwei Sätze von mit Hilfe des Positionssensors 18 erhaltenen Messpunkten der Auslenkung des Schwingkörpers, dargestellt jeweils durch die Symbole + bzw. x. Die Messpunkte werden z. B. erhalten durch Bilden eines gleitenden Mittelwerts der jeweils bei einer gleichen Phase, hier t=T*i/8, i=0, 1 , 2, ..., 7, gemessenen Auslenkungen, wobei T die Periode der Bewegung des Schwingkörpers 8 bezeichnet. Die Steuerschaltung 1 1 überprüft die ordnungsgemäße Funktion des Linearverdichters durch Anpassen einer Sinuskurve an die erhaltenen Messpunkte. So wird zum Beispiel im Fall der mit + bezeichneten Messpunkte die in dem Diagramm mit s1 bezeichnete Sinuskurve erhalten. Alle Messpunkte + liegen in einem in der Fig. durch gestrichelte Sinuskurven begrenzten Intervall von vorgegebener Breite um die Kurve s1 . In diesem Fall wird keine Störung erkannt.
Im Fall der mit x bezeichneten Messpunkte stellt die Steuerschaltung 1 1 zu den Zeiten t = 3 T/8 bzw. t = 7 T/8 fest, dass die Auslenkung d außerhalb der zulässigen Bandbreite beiderseits der Ausgleichskurve s1 liegt. Der Schwingung des Schwingkörpers 8 mit der Periode T ist eine Oberschwingung mit halber Periode überlagert, die auf eine Funktionsstörung hinweist. Die Steuerschaltung 1 1 schaltet daher auch in diesem Fall die Elektromagneten 9 aus und erzeugt ein Fehlersignal. Es ist wohlgemerkt nicht erforderlich, dass Auslenkungen für alle in Fig. 3 gezeigten Messpunkte jeweils in einer einzigen Schwingungsperiode des Schwingkörpers 8 aufgenommen werden. Der Zeitabstand zwischen zwei aufeinander folgenden Messungen der Auslenkung kann beispielsweise (n + m/8) T betragen, wobei n eine kleine ganze Zahl und m = 1 , 3, 5 oder 7 ist.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Betreiben eines Linearverdichters, bei dem die Stromaufnahme des Linearverdichters erfasst, anhand der Stromaufnahme beurteilt wird, ob der Linearverdichter sich in einem Überlastzustand befindet, und die Bewegungsamplitude des Linearverdichters reduziert wird, wenn der Überlastzustand des Linearverdichters festgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsamplitude des Linearverdichters erfasst wird und zur Beurteilung, ob sich der Linearverdichter im Überlastzustand befindet, mit herangezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Überlastzustand festgestellt wird, wenn die erfasste Stromaufnahme des Linearverdichters einen ersten Grenzwert (d ) überschreitet, der als eine zunehmende Funktion der Bewegungsamplitude festgelegt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Überlastzustand festgestellt wird, wenn die erfasste Bewegungsamplitude des Linearverdichters einen ersten Grenzwert (d ) unterschreitet, der als eine zunehmende Funktion der Stromaufnahme festgelegt ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion vorab so festgelegt wird, dass die Summe von durch den ohmschen Widerstand des Linearverdichters in diesem freigesetzter Wärmeleistung und durch die Bewegung des Linearverdichters an diesem bewirkter Kühlleistung im wesentlichen konstant ist.
5. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Feststellung des Überlastzustandes die Bewegungsamplitude des Linearverdichters auf einen positiven Wert reduziert wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Überlastzustand festgestellt wird, wenn die Bewegungsamplitude einen zweiten Grenzwert unterschreitet.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslenkung des Linearverdichters in verschiedenen Phasen seiner Oszillation erfasst und mit einem Soll-Bewegungsablauf verglichen wird, und dass der Überlastzustand festgestellt wird, wenn die Abweichung der erfassten Auslenkung von dem Soll-Bewegungsablauf einen dritten Grenzwert überschreitet.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Feststellung des Überlastzustandes die Bewegungsamplitude des Linearverdichters auf Null reduziert wird.
9. Steuergerät für einen Linearverdichter, mit einem Stromsensor zum Erfassen der Stromaufnahme des Linearverdichters und einer Steuerschaltung (1 1 ) zum Steuern der Bewegung des Linearverdichters anhand der von Stromsensor erfassten Stromaufnahme, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (1 1 ) mit einem Sensor (18) zum Erfassen der Auslenkung des Linearverdichters verbunden ist.
10. Steuergerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (1 1 ) eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.
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