EP2171274A1 - Hubgeregelter linearverdichter - Google Patents

Hubgeregelter linearverdichter

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Publication number
EP2171274A1
EP2171274A1 EP08774910A EP08774910A EP2171274A1 EP 2171274 A1 EP2171274 A1 EP 2171274A1 EP 08774910 A EP08774910 A EP 08774910A EP 08774910 A EP08774910 A EP 08774910A EP 2171274 A1 EP2171274 A1 EP 2171274A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
face
linear compressor
distance
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Withdrawn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
EP08774910A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heinz Schmidt
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 EP2171274A1 publication Critical patent/EP2171274A1/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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/0005—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00 adaptations of pistons
    • F04B39/0016—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00 adaptations of pistons with valve arranged in the piston
    • 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
    • F04B2201/0201—Position of the piston

Definitions

  • the present invention relates to a linear compressor, in particular for compressing refrigerant in a refrigerator.
  • a linear compressor conventionally comprises an electromagnet for generating an alternating magnetic field, a vibrating body reciprocated in the field of the electromagnet, and a piston reciprocally coupled to the vibrating body in a cylinder.
  • the stroke of the piston movement is determined by the orbit diameter of a point at which a piston rod engages the crankshaft.
  • the dead volume of the compressor can therefore be made extremely small, without a striking of the piston is to be feared at an opposite end face of the pumping chamber. Minimizing the dead volume is important to achieve high efficiency of the compressor.
  • the piston stroke may vary depending on the working conditions of the compressor.
  • Object of the present invention is to provide a linear compressor, which makes it possible with simple, inexpensive means to operate the compressor both with high efficiency and to prevent a striking of the piston to a front side opposite him reliably.
  • the object is achieved in that in a linear compressor with at least one electromagnet, at least one vibrating body oscillating in an alternating field of the electromagnet, at least one connected to the oscillating body, in a cylinder reciprocally movable piston and a power supply circuit for supplying the electromagnet with detects an AC sensor, a proximity sensor, whether the distance between the piston and an end face of the cylinder falls below a limit or not, and a control circuit detects a time interval in which the distance between the piston and the end face of the limit below the limit, and in case of deviation of these Period of a positive setpoint amplitude and / or phase of the alternating current regulates.
  • This invention is based on the recognition that the time period in which the limit value is undershot, in a clear relationship to the amplitude of the movement of the piston. In other words, it is sufficient to know this period of time in order to be able to calculate the amplitude. Conversely, if the maximum possible amplitude of the piston, that is, the distance between the piston and face of the cylinder in an equilibrium position of the piston, the limit for the distance between the piston and face and the oscillation period of the piston are set, one setpoint for the Time interval of falling below the distance limit value set, which corresponds to a desired amplitude of the piston movement. That is, by a suitable choice of the period of time, the piston movement can be controlled so that it falls below the limit of the distance, but the piston still does not hit with certainty on the end face.
  • the setpoint .DELTA.t SO ⁇ should be less than
  • the target value At 80N is smaller than 0.15T .
  • the setpoint At 80H is preferably selected larger than 0.02T .
  • the limit value ⁇ itself. On the one hand, this should be small in order to allow a precise inference to the amplitude of the piston movement. Therefore, preferably, the limit is set smaller than 1/10 of the distance between the end face and the piston in a rest position of the piston.
  • the threshold ⁇ is preferably set greater than 1/50 of said distance.
  • a non-contact sensor is preferably used as the proximity sensor, in particular an inductive switch.
  • FIG. 1 shows a schematic section through a linear compressor according to a first
  • FIG. 2 shows the time profile of the piston movement and of a proximity sensor signal derived therefrom
  • Fig. 4 is an analogous to Fig. 1 section through a linear compressor according to a second embodiment of the invention.
  • the illustrated in Fig. 1 linear compressor comprises a cylindrical tube 1, which is closed at one end by an end face 15, and an oscillatingly received in the tube 1 movably piston 2.
  • the piston 2 is cup-shaped, wherein a bottom of the cup of the End face 15 facing end face 4 of the piston forms.
  • a wall 6 of the cup is at least partially formed by a permanent magnet which interacts with an alternating magnetic field generated by a coil 7 to drive a reciprocating motion of the piston 2.
  • the coil 7 is shown here by way of example as an annular coil extending around the tube 1;
  • Various other coil arrangements are known in the field of linear compressors and also suitable in the context of the present invention. There are also coil arrangements possible, which can also drive the piston 2, if it consists only of a ferromagnetic, but not permanently magnetized material.
  • a gas to be compressed for example a refrigerant
  • An inductive proximity switch 17 is here formed by a tightly around the made of non-ferromagnetic material existing tube 1 around coil.
  • the proximity switch 17 is arranged at a small distance from the end face 15 to detect the end face 4 of the piston 2, as soon as and as long as their distance from the end face 15 falls below a specified by the placement of the proximity switch 17 limit ⁇ .
  • the output signal of the proximity switch 17 is thus a sequence of rectangular pulses whose period ensthay the period of piston movement, wherein the duration of each pulse e ⁇ n .DELTA.t is the time interval in which the limit value is exceeded ⁇ .
  • proximity switches are also useful in the invention; such as e.g.
  • the piston of the compressor of a interacting with the alternating magnetic field of the coil 7 oscillating body not shown in Fig. 1 are fused in a component, but the vibrating body is arranged outside of the tube 1 and connected to the piston, a light barrier, the detects a part of the oscillating body, serve as a proximity switch.
  • a control circuit 19 receives the output of the proximity switch 17 and controls based on this output signal, as will be described in more detail later, an alternating current, with which it acts on the coil 7.
  • Fig. 2 illustrates the time course of the movement of the piston 2 and the resulting output signal of the proximity switch 17.
  • the abscissa of the graph the time is plotted on the left ordinate, the displacement of the piston with respect to an equilibrium position denoted by 0 and at the right ordinate the output signal level of the proximity switch 17.
  • the movement of the piston follows a cosine curve 18.
  • the distance between the piston 2 and the end face 15 is 1 cm; that is, the maximum amplitude of the piston movement is 2 cm.
  • a dashed line at a distance x s of 0.95 cm corresponds to the detection threshold of the proximity switch 17; If the piston 2 is beyond this limit, then the output signal of the proximity switch has 17 the value 1; otherwise it is O. It can be shown that for the amplitude 1 stroke of a harmonic oscillation applies:
  • tei n the duration of a pulse of the output signal of the proximity switch 17 and T is the period of piston movement.
  • the duty cycle can then reach a maximum value of 0.1; The closer to this value the compressor is operated, the higher is its efficiency, but the higher is the risk that due to a Unexpected amplitude fluctuation of the piston 2 abuts the end face 15.
  • the control circuit 19 regulates the amplitude and / or period of an alternating current fed into the coil 7 on the basis of the output signal of the proximity switch 17 and a predetermined desired value for the duty cycle of this output signal, here between 0 and 0.1, for example 0 , 05, lies.
  • control circuit 19 determines that the duty cycle exceeds the setpoint value, it reduces the amplitude of the alternating current fed into the coil 7, or detunes its frequency against the resonant frequency of the piston 2 so as to reduce its amplitude of movement. If it falls below the setpoint value, it increases the amplitude of the alternating current or reduces the deviation between its frequency and the resonant frequency of the piston 2, in order to bring about more efficient vibration excitation.
  • the principle of the invention is also applicable to a linear compressor with two counter-rotating pistons 2
  • the longitudinal ends of the cylindrical tube 1 each form inlets 14 for gas to be compressed, and through valves 9 formed in the end faces 4 of the opposing pistons 2, 2 r , the gas passes into that of the tube 1 and the piston 2
  • each case the end face 4 of one of the pistons 2 h 2 r corresponds to the end face 15 of the compressor of FIG. 1, to which the end face 4 of the respective other piston 2 r can not strike.
  • To monitor the piston movement are on both sides of the median plane at a distance ⁇ from this proximity switch 17 h 17 r arranged.
  • a control circuit 19 acts on each coil 7 h 7 r with mutually in-phase AC currents I 1 , I 1 -. In this case, it regulates the amplitude of each alternating current I 1 , I 1 -as described above on the basis of the pulse duty factor t e I n / T of the output signal of the respectively assigned proximity switch 17 1 , 17 r .

Landscapes

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Abstract

Linearverdichter mit wenigstens einem Elektromagneten (7), wenigstens einem in einem Wechselfeld des Elektromagneten (7) oszillierend beweglich geführten Schwingkörper (2), wenigstens einem mit dem Schwingkörper (2) verbundenen, in einem Zylinder (1) hin und her beweglichen Kolben (2) und einer Stromversorgungsschaltung (19) zum Versorgen des Elektromagneten (7) mit einem Wechselstrom, gekennzeichnet durch einen Näherungssensor (14) zum Erfassen, ob der Abstand zwischen dem Kolben (2) und einer Stirnfläche (15) des Zylinders (1) einen Grenzwert (e) unterschreitet oder nicht, und eine Regelschaltung (19) zum Erfassen einer Zeitspanne (?te?n), in der der Abstand zwischen dem Kolben (2) und der Stirnfläche (15) den Grenzwert (e) unterschreitet und zum Regeln der Amplitude und/oder Phase des Wechselstroms im Falle einer Abweichung der Zeitspanne (?te?n) von einem positiven Sollwert.

Description

Hubgeregelter Linearverdichter
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Linearverdichter, insbesondere zum Verdichten von Kältemittel in einem Kältegerät. Ein solcher Linearverdichter umfasst herkömmlicherweise einen Elektromagneten zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes, einen Schwingkörper, der in dem Feld des Elektromagneten hin und her beweglich geführt ist, und einen gekoppelt an den Schwingkörper in einem Zylinder hin und her beweglichen Kolben.
Bei einem Verdichter mit einem durch die Drehung einer Kurbelwelle angetriebenen Kolben ist der Hub der Kolbenbewegung festgelegt durch den Bahndurchmesser eines Punktes, an welchem eine Kolbenstange an der Kurbelwelle angreift. Das Totvolumen des Verdichters kann daher extrem klein gemacht werden, ohne dass ein Anschlagen des Kolbens an eine gegenüberliegende Stirnseite der Pumpkammer zu befürchten ist. Eine Minimierung des Totvolumens ist wichtig, um einen hohen Wirkungsgrad des Verdichters zu erreichen.
Bei einem Linearverdichter fehlt eine solche bauartbedingte Begrenzung des Kolbenhubs. Der Kolbenhub kann je nach Arbeitsbedingungen des Verdichters variieren.
Um einen Linearverdichter mit geringem Totvolumen zu betreiben und dabei ein Anschlagen des Kolbens an die gegenüberliegende Seite der Pumpkammer, das auf die Dauer zu einer Zerstörung des Verdichters führen wurde, zu vermeiden, ist eine aktive Regelung des Kolbenhubs erforderlich. Im einfachsten Fall kommt in Betracht, zu erfassen, ob der Kolben im Laufe seiner Bewegung irgendwann einen vorgegebenen Mindestabstand zu der gegenüberliegenden Seite unterschreitet und, wenn dies der Fall ist, die Amplitude der Kolbenbewegung herunterzuregeln. Dabei tritt jedoch das Problem auf, dass kein Aufschluss über die Amplitude der Kolbenbewegung erhalten werden kann, wenn diese den Mindestabstand zur gegenüberliegenden Seite nicht unterschreitet, und dass einerseits zwar dieser Mindestabstand klein gewählt werden muss, um einen Betrieb mit geringem Totvolumen zu ermöglichen, dass andererseits aber die Gefahr eines Anstoßens des Kolbens an die gegenüberliegende Seite des Zylinders im Falle einer Unterschreitung des Mindestabstandes um so größer ist, je kleiner der Mindestabstand angesetzt ist.
Denkbar ist zwar auch, die Position des Kolbens im Laufe seiner Bewegung kontinuierlich zu überwachen, um so jederzeit die Amplitude der Schwingbewegung zu kennen, egal ob diese einen Mindestabstand unterschreitet oder nicht. Eine solche kontinuierliche Überwachung und die Verarbeitung der Überwachungsergebnisse erfordert jedoch einen hohen apparativen Aufwand, der einen solchen Verdichter teuer machen würde.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Linearverdichter zu schaffen, der es mit einfachen, preiswerten Mitteln ermöglicht, den Verdichter sowohl mit hohem Wirkungsgrad zu betreiben als auch ein Anschlagen des Kolbens an eine ihm gegenüber liegende Stirnseite zuverlässig zu unterbinden.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei einem Linearverdichter mit wenigstens einem Elektromagneten, wenigstens einem in einem Wechselfeld des Elektromagneten oszillierend beweglich geführten Schwingkörper, wenigstens einem mit dem Schwingkörper verbundenen, in einem Zylinder hin und her beweglichen Kolben und einer Stromversorgungsschaltung zum Versorgen des Elektromagneten mit einem Wechselstrom ein Näherungssensor erfasst, ob der Abstand zwischen dem Kolben und einer Stirnfläche des Zylinders einen Grenzwert unterschreitet oder nicht, und eine Regelschaltung eine Zeitspanne, in der der Abstand zwischen dem Kolben und der Stirnfläche den Grenzwert unterschreitet, erfasst und im Falle einer Abweichung dieser Zeitspanne von einem positiven Sollwert Amplitude und/oder Phase des Wechselstroms regelt.
Diese Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Zeitspanne, in der der Grenzwert unterschritten wird, in einer eindeutigen Beziehung zur Amplitude der Bewegung des Kolbens steht. Mit anderen Worten genügt es, diese Zeitspanne zu kennen, um die Amplitude berechnen zu können. Umgekehrt kann man, wenn die maximal mögliche Amplitude des Kolbens, das heißt, der Abstand zwischen Kolben und Stirnfläche des Zylinders in einer Gleichgewichtsstellung des Kolbens, der Grenzwert für den Abstand zwischen Kolben und Stirnfläche sowie die Oszillationsperiode des Kolbens vorgegeben sind, einen Sollwert für die Zeitspanne der Unterschreitung des Abstands-Grenzwertes festlegen, die einer gewünschten Amplitude der Kolbenbewegung entspricht. D.h. durch eine geeignete Wahl der Zeitspanne kann die Kolbenbewegung so geregelt werden, dass sie zwar den Grenzwert des Abstandes unterschreitet, der Kolben aber dennoch mit Gewissheit nicht an die Stirnfläche anschlägt.
Um ein Anstoßen des Kolbens an die Stirnfläche des Zylinders zu unterbinden, sollte der Sollwert ΔtSOιι kleiner als
T Λ 2(L - ε)
—cos — - π L sein, wobei ε der Grenzwert des Abstandes zwischen Kolben und Stirnfläche, T die Oszillationsperiode des Schwingkörpers bzw. des Kolbens und L der Abstand zwischen der Stirnfläche und dem Kolben in einer Ruhestellung des Kolbens ist.
Je kleiner der Sollwert Δtson gewählt ist, um so stärker reagiert die Zeitspanne Δt, in der der Grenzwert ε des Abstandes unterschritten ist, auf eine Änderung der Schwingungsamplitude, d.h. um so exakter kann die Schwingungsamplitude geregelt werden. Daher ist vorzugsweise der Sollwert At80N kleiner als 0,15 T.
Andererseits sollte der Sollwert Dtsoll auch nicht zu nahe an 0 sein, da sonst im Fall einer geringfügigen Abnahme der Schwingungsamplitude überhaupt keine Unterschreitung des Grenzwertes ε mehr erfasst wird und somit keine Messung der Amplitude mehr möglich ist. Daher ist der Sollwert At80H vorzugsweise größer als 0,02 T gewählt.
Entsprechende Überlegungen gelten für den Grenzwert ε selbst. Einerseits sollte dieser klein sein, um einen präzisen Rückschluss auf die Amplitude der Kolbenbewegung zu ermöglichen. Daher ist vorzugsweise der Grenzwert kleiner als 1/10 des Abstandes zwischen der Stirnfläche und dem Kolben in einer Ruhestellung des Kolbens gewählt.
Andererseits führt ein zu kleiner Wert von ε dazu, dass einer Steigerung der Schwingungsamplitude unter Umständen nicht rechtzeitig gegengesteuert werden kann und es zum Anschlagen des Kolbens an die Stirnfläche kommt. Daher ist der Grenzwert ε vorzugsweise größer als 1/50 des besagten Abstandes gewählt. - A -
Um die Kolbenbewegung nicht zu beeinflussen, wird als Näherungssensor vorzugsweise ein berührungsloser Sensor verwendet, insbesondere ein induktiver Schalter.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch einen Linearverdichter gemäß einer ersten
Ausgestaltung der Erfindung;
Fig. 2 den zeitlichen Verlauf der Kolbenbewegung und eines daraus abgeleiteten Näherungssensorsignals;
Fig. 3 den Zusammenhang zwischen dem Tastverhältnis des Näherungssensorsignals und Amplitude der Kolbenbewegung; und
Fig. 4 einen zu Fig. 1 analogen Schnitt durch einen Linearverdichter gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung.
Der in Fig. 1 dargestellte Linearverdichter umfasst ein zylindrisches Rohr 1 , das an einem Ende durch eine Stirnfläche 15 verschlossen ist, und einen in dem Rohr 1 oszillierend beweglich aufgenommenen Kolben 2. Der Kolben 2 ist becherförmig ausgebildet, wobei ein Boden des Bechers eine der Stirnfläche 15 zugewandte Stirnseite 4 des Kolbens bildet. Eine Wand 6 des Bechers ist wenigstens zum Teil durch einen Permanentmagneten gebildet, der mit einem von einer Spule 7 erzeugten magnetischen Wechselfeld wechselwirkt, um einen Hin- und Herbewegung des Kolbens 2 anzutreiben. Die Spule 7 ist hier exemplarisch als sich um das Rohr 1 erstreckende Ringspule dargestellt; diverse andere Spulenanordnungen sind auf dem Gebiet der Linearverdichter bekannt und im Rahmen der vorliegenden Erfindung ebenfalls geeignet. Es sind auch Spulenanordnungen möglich, die den Kolben 2 auch dann antreiben können, wenn dieser lediglich aus einem ferromagnetischen, aber nicht permanentmagnetisierten Material besteht.
Durch die Stirnfläche 15 erstrecken sich, jeweils mit Rückschlagventilen 10 versehen, ein Einlass 14 und ein Auslass 13 für ein zu verdichtendes Gas, z.B. ein Kältemittel, falls der Verdichter in einer Kältemaschine, insbesondere eines Haushaltskältegeräts, eingesetzt wird..
Ein induktiver Näherungsschalter 17 ist hier durch eine eng um das aus nicht ferromagnetischem Material bestehende Rohr 1 herum gelegte Spule gebildet. Der Näherungsschalter 17 ist in einem geringen Abstand von der Stirnfläche 15 angeordnet, um die Stirnseite 4 des Kolbens 2 zu erfassen, sobald und so lange ihr Abstand von der Stirnfläche 15 einen durch die Platzierung des Näherungsschalters 17 festgelegten Grenzwert ε unterschreitet. Das Ausgangssignal des Näherungsschalters 17 ist somit eine Folge von Rechteckimpulsen, deren Periode der Periode der Kolbenbewegung enstspricht, wobei die Dauer Δteιn jedes Impulses die Zeitspanne darstellt, in der der Grenzwert ε unterschritten ist.
Andere Typen von Näherungsschaltern sind im Rahmen der Erfindung ebenfalls brauchbar; so kann z.B. insbesondere wenn der Kolben des Verdichters von einem mit dem magnetischen Wechselfeld der Spule 7 wechselwirkender Schwingkörper nicht wie in Fig. 1 gezeigt, in einem Bauteil verschmolzen sind, sondern der Schwingkörper außerhalb des Rohrs 1 angeordnet und mit dem Kolben verbunden ist, eine Lichtschranke, die einen Teil des Schwingkörpers erfasst, als Näherungsschalter dienen.
Eine Steuerschaltung 19 empfängt das Ausgangssignal des Näherungsschalters 17 und regelt anhand dieses Ausgangssignals, wie später noch genauer beschrieben wird, einen Wechselstrom, mit dem sie die Spule 7 beaufschlagt.
Fig. 2 veranschaulicht den zeitlichen Verlauf der Bewegung des Kolbens 2 und das daraus resultierende Ausgangssignals des Näherungsschalters 17. An der Abszisse des Diagramms ist die Zeit aufgetragen, an der linken Ordinate die Auslenkung des Kolbens in Bezug auf eine mit 0 bezeichnete Gleichgewichtsstellung und an der rechten Ordinate der Ausgangssignalpegel des Näherungsschalters 17. Die Bewegung des Kolbens folgt einer Cosinuskurve 18. Wenn sich der Kolben 2 in der Gleichgewichtsstellung befindet, beträgt der Abstand zwischen Kolben 2 und Stirnfläche 15 1 cm; das heißt, die maximale Amplitude der Kolbenbewegung sind 2 cm. Eine gestrichelte Linie in einer Entfernung xs von 0,95 cm entspricht der Erfassungsschwelle des Näherungsschalters 17; befindet sich der Kolben 2 jenseits dieser Grenze, so hat das Ausgangssignal des Näherungsschalters 17 den Wert 1 ; anderenfalls ist es O. Es lässt sich zeigen, dass für die Amplitude lhub einer harmonischen Schwingung gilt:
wobei tein die Dauer eines Impulses des Ausgangssignals des Näherungsschalters 17 und T die Periode der Kolbenbewegung ist.
Wenn man annimmt, dass lhUb kleiner als die maximale Amplitude L (hier L=2cm) der Kolbenbewegung sein soll, bei der der Kolben 2 am Umkehrpunkt seiner Bewegung die Stirnfläche 15 berührt, so ergibt sich aus der obigen Formel für die Impulsdauer teιn des Ausgangssignals des Näherungsschalters 17 die Anforderung
Der Zusammenhang zwischen dem Tastverhältnis teιn/T des Näherungsschalter- Ausgangssignals und der zugehörigen Schwingungsamplitude des Kolbens 2 ist in Fig. 3 dargestellt. Ein oberer Bereich des Diagramms oberhalb einer Amplitude von 2 cm ist schraffiert dargestellt, um anzudeuten, dass dieser Bereich in der Praxis nicht erreicht werden darf, da sonst der Kolben 2 an die Stirnfläche 15 anschlagen würde. Wenn die Amplitude der Schwingung kleiner ist als 2xs = 1 ,9 cm, spricht der Näherungsschalter 17 nicht an, und das Tastverhältnis ist 0. Zulässige Werte des Tastverhältnisses liegen somit in einem Intervall von 0 bis 0,1.
Man erkennt, dass bei einer Amplitude der Schwingung knapp über 2xs das Tastverhältnis teιn/T sehr stark mit der Amplitude variiert, während zu größeren Amplituden hin die Abhängigkeit des Tastverhältnisses teιn/T von der Amplitude abnimmt. Das heißt, die exakteste Amplitudenmessung ist möglich, wenn diese nur knapp über der Nach- weisgrenze von 2xs liegt. Daher ist es sinnvoll, den Abstand ε zwischen der Nachweisgrenze des Näherungsschalters 17 und der Stirnfläche 15 klein zu machen, im vorliegenden Fall 0,05 cm. Das Tastverhältnis kann dann maximal den Wert 0,1 erreichen; je näher an diesem Wert der Verdichter betrieben wird, um so höher ist zwar sein Wirkungsgrad, um so höher ist aber auch die Gefahr, dass aufgrund einer unvorhergesehenen Amplitudenschwankung der Kolben 2 an der Stirnfläche 15 anschlägt. Um dies zu vermeiden, regelt die Steuerschaltung 19 Amplitude und/oder Periode eines in die Spule 7 eingespeisten Wechselstroms anhand des Ausgangssignals des Näherungsschalters 17 und eines vorgegebenen Sollwertes für das Tastverhältnis dieses Ausgangssignals, der hier zwischen 0 und 0,1 , zum Beispiel bei 0,05, liegt. Stellt die Steuerschaltung 19 fest, dass das Tastverhältnis den Sollwert überschreitet, so reduziert sie die Amplitude des in die Spule 7 eingespeisten Wechselstroms, oder verstimmt dessen Frequenz gegen die Resonanzfrequenz des Kolbens 2, um so dessen Bewegungsamplitude zu reduzieren. Bei Unterschreitung des Sollwertes erhöht sie die Amplitude des Wechselstroms oder verringert die Abweichung zwischen dessen Frequenz und der Resonanzfrequenz des Kolbens 2, um eine effizientere Schwingungsanregung herbeizuführen.
Wie in Fig. 4 dargestellt, ist das Prinzip der Erfindung auch auf einen Linearverdichter mit zwei gegenläufig bewegten Kolben 2|, 2r übertragbar. Bei der hier gezeigten Anordnung bilden die Längsenden des zylindrischen Rohres 1 jeweils Einlasse 14 für zu verdichtendes Gas, und durch in den Stirnseiten 4 der sich gegenüberliegenden Kolben 2|, 2r gebildete Ventile 9 gelangt das Gas in die von dem Rohr 1 und den Kolben 2|, 2r begrenzte Pumpkammer 5. In einer als gestrichelte Linie dargestellten Mittelebene durch die Wand des Rohres 1 verlaufende Bohrungen 11 führen zu einem Auslass 13.
Bei dieser Ausgestaltung entspricht jeweils die Stirnseite 4 eines der Kolben 2h 2r der Stirnfläche 15 des Verdichters aus Fig. 1 , an die die Stirnseite 4 des jeweils anderen Kolbens 2r, 2| nicht anschlagen darf. Zur Überwachung der Kolbenbewegung sind beiderseits der Mittelebene in einem Abstand ε von dieser Näherungsschalter 17h 17r angeordnet. Eine Steuerschaltung 19 beaufschlagt jede Spule 7h 7r mit zueinander phasengleichen Wechselströmen I1, I1-. Dabei regelt sie die Amplitude jedes Wechselstroms l|, I1- wie oben beschrieben anhand des Tastverhältnisses teιn/T des Ausgangssignals des jeweils zugeordneten Näherungsschalters 17|, 17r. Indem die Schwingungsamplituden beider Kolben 2|, 2r so geregelt werden, dass sie die Mittelebene knapp nicht erreichen, ist ein sicherer Betrieb mit hohem Wirkungsgrad möglich.

Claims

Patentansprüche
1. Linearverdichter mit wenigstens einem Elektromagneten (7), wenigstens einem in einem Wechselfeld des Elektromagneten (7) oszillierend beweglich geführten Schwingkörper (2), wenigstens einem mit dem Schwingkörper (2) verbundenen, in einem Zylinder (1 ) hin und her beweglichen Kolben (2) und einer Stromversorgungsschaltung (19) zum Versorgen des Elektromagneten (7) mit einem Wechselstrom, gekennzeichnet durch einen Näherungssensor (14) zum Erfassen, ob der Abstand zwischen dem Kolben (2) und einer Stirnfläche (15) des Zylinders (1 ) einen Grenzwert (ε) unterschreitet oder nicht, und eine
Regelschaltung (19) zum Erfassen einer Zeitspanne (Δteιn), in der der Abstand zwischen dem Kolben (2) und der Stirnfläche (15) den Grenzwert (ε) unterschreitet und zum Regeln der Amplitude und/oder Phase des Wechselstroms im Falle einer Abweichung der Zeitspanne (Δteιn) von einem positiven Sollwert.
2. Linearverdichter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert kleiner als —cos"1 — ist, wobei ε der Grenzwert, T die Oszillationsperiode π L des Kolbens (2) und L der Abstand zwischen der Stirnfläche (15) und dem Kolben (2) in einer Ruhestellung des Kolbens (2) ist.
3. Linearverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert kleiner als 0,15 T ist.
4. Linearverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert größer als 0,02 T ist.
5. Linearverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert (ε) kleiner als ein Zehntel des Abstands zwischen der Stirnfläche (15) und dem Kolben (2) in einer Ruhestellung des
Kolbens (2) ist.
6. Linearverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert (ε) größer als ein Fünfzigstel des Abstands zwischen der Stirnfläche (15) und dem Kolben (2) in einer Ruhestellung des Kolbens (2) ist.
7. Linearverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Näherungssensor (17) ein berührungsloser Sensor ist.
8. Linearverdichter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein induktiver Schalter (17) ist.
EP08774910A 2007-07-24 2008-07-09 Hubgeregelter linearverdichter Withdrawn EP2171274A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

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DE102007034293A DE102007034293A1 (de) 2007-07-24 2007-07-24 Hubgeregelter Linearverdichter
PCT/EP2008/058904 WO2009013131A1 (de) 2007-07-24 2008-07-09 Hubgeregelter linearverdichter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2171274A1 true EP2171274A1 (de) 2010-04-07

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ID=39847066

Family Applications (1)

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