EP2235369A1 - Steuergerät für eine kältemaschine und diese verwendendes haushaltskältegerät - Google Patents

Steuergerät für eine kältemaschine und diese verwendendes haushaltskältegerät

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EP2235369A1
EP2235369A1 EP08861041A EP08861041A EP2235369A1 EP 2235369 A1 EP2235369 A1 EP 2235369A1 EP 08861041 A EP08861041 A EP 08861041A EP 08861041 A EP08861041 A EP 08861041A EP 2235369 A1 EP2235369 A1 EP 2235369A1
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EP
European Patent Office
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compressor
control device
control
control signal
switching
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08861041A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mario Bechtold
Stefan Nunninger
Jan-Grigor Schubert
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
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Filing date
Publication date
Application filed by BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Publication of EP2235369A1 publication Critical patent/EP2235369A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04B49/06—Control using electricity
    • F04B49/065—Control using electricity and making use of computers
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    • F04B2201/02—Piston parameters
    • F04B2201/0206—Length of piston stroke

Definitions

  • the present invention relates to a control unit for a refrigerating machine, comprising a refrigerant circuit with a compressor and at least one switchable element, in particular for a refrigerating machine with a linear compressor, which is used in a home refrigeration appliance.
  • linear compressors comprise a linearly oscillating armature in a magnetic field gap whose linear movement directly drives a compressor piston.
  • the stroke of the armature depends on the strength and phase of the alternating magnetic field generated by the stator electromagnet, which drives its movement, and the damping applied to it by the compressor piston.
  • the dead volume must be made as small as possible, i. the top dead center of the compressor piston must lie in the immediate vicinity of an end wall of a compressor chamber in which the piston moves.
  • a striking of the piston against the end wall must be avoided, as this would significantly affect the life of the compressor.
  • Object of the present invention is to provide a control unit for a refrigerating machine comprising a refrigerant circuit with a compressor and at least one switchable element, which eliminate the risk of damage to the compressor by striking due to changes in pressure drop in the refrigerant circuit in a simple manner or at least allowed to reduce significantly.
  • control unit for such a refrigerating machine is set up to output a first control signal for controlling the compressor before each switching of the element.
  • this control signal in good time, for example with a time advantage over the switching of the element, there is sufficient time to reduce the piston stroke during operation of the compressor to such an extent that changes in the piston damping or pressure surges to be expected from the switching process no longer occur Hitting the piston on the valves or the cylinder end wall can lead.
  • the efficiency of the compressor is greatly reduced by the compressor's response to the first control signal, this is not significant as long as the period in which the efficiency is reduced is small compared to the operating time of the compressor under normal operating conditions.
  • the control unit should preferably output the first control signal at least one second, better still several seconds, before the element is switched.
  • a second control signal may be output to the compressor to signal that normal operation is to be resumed.
  • the second control signal is preferably output one second, more preferably several seconds after the element is switched.
  • the first control signal is a prevention
  • the second control signal is an increase in the supply power supplied to the compressor.
  • the first control signal may be a shutdown and the second control signal may be a reconnection of the supply current of the compressor.
  • the supply power is not reduced to zero, but only as much as necessary to reduce the amplitude of oscillation to a safe value in order to quickly restore the high amplitude of normal operation in response to the second signal.
  • the controller is preferably configured to switch the element while the oscillation amplitude of the linear compressor is different from zero. That is, even if the first control signal would lead to long-term stoppage of the compressor, the element can already be switched before the oscillation has subsided completely. Thus, the period in which the compressor operates with low efficiency can be kept short.
  • the control unit is set up to output an AC supply voltage to the compressor, the first control signal may also be a phase jump of the AC supply voltage.
  • the magnetic fields dampen the armature movement for a time until the phase of the latter has adapted to the new phase of the AC supply voltage.
  • a second control signal is not required in this case because, while maintaining the changed phase, the amplitude of the armature movement reaches its steady state value after a certain time by itself.
  • a time offset between the first control signal and the switching of the element is expediently chosen here so that the switching takes place approximately at the time at which the amplitude of the armature is minimal.
  • the control device can expediently have a
  • Control signal only then to switch the element when a release signal on the
  • Enable signal input was received.
  • Such an enable signal may be from
  • Output of the sensor to be derived by a control circuit of the compressor itself or any other evaluation circuit.
  • the invention further relates to a refrigerating machine with a linear compressor and a control device of the type described above, as well as a household refrigerator, which uses such a refrigerator.
  • the element to be switched may in particular be a switching valve for controlling the refrigerant flow through an evaporator.
  • FIG. 1 is a block diagram of a refrigerant circuit of a
  • FIG. 2 shows an exemplary time profile of the supply voltage of the stator magnets of a
  • Linear compressor a drive signal for a solenoid valve of the refrigerant circuit of FIG. 1 and the armature amplitude according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 3 shows an exemplary profile of the armature amplitude according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a refrigerant circuit for a household refrigerating appliance with a linear compressor 1, a condenser 2 connected to a pressure connection of the linear compressor 1 and two evaporators 5, 6 connected in parallel to an outlet of the condenser 2 via magnetic valves 3, 4.
  • the evaporators 5, 6 are each arranged at separate, to be held at different temperatures compartments of a refrigeration device housing, not shown in the figure.
  • linear compressor 1 Since the present invention is not limited to a specific construction of the linear compressor 1, the structure of the linear compressor 1 will not be described here. Detailed descriptions of suitable linear compressors can be found, for example, in DE 10 2006 009 271 A1, DE 10 2006 009 232 A1, DE 10 2004 062 307 A1, DE 10 2004 062 303 A1 and others.
  • a control unit 7 for the linear compressor 1 is here divided into a digital module 8 and a power module 9.
  • the digital module 8 can be implemented in particular in the form of a microcontroller, in addition to the tasks of the control of the linear compressor 1 explained in more detail below also the monitoring of Temperature of the evaporators 5, 6 to be cooled fan takes over.
  • the power module 9 comprises a frequency converter which supplies the stator magnets of the linear compressor 1 with an alternating voltage whose frequency corresponds to the resonant frequency of the compressor 1.
  • the of the Power assembly 9 under normal operating conditions fed into the linear compressor 1 electrical power is such that its armature amplitude is just below that would hit the compressor piston and end wall of the compressor together.
  • This power can be fixed and have two or three different values, depending on whether the solenoid valve 3, the solenoid valve 4 or both are open; Preferably, it is regulated in a closed control loop by means of an armature amplitude measured on the linear compressor 1.
  • the steady-state value of the amplitude is so high that if one of the valves 3, 4 was switched and in particular opened in the case of a linear compressor 1 operating in normal operation, the piston would strike in the linear compressor 1.
  • the digital module 8 decides on the need to switch the solenoid valves 3 or 4, based on measured in the respective associated compartments of the refrigerator housing temperatures.
  • the digital module 8 recognizes refrigeration demand in the compartment of the evaporator 6 at time t-i.
  • the curve 1 1 denotes a drive level output from the digital board 8 to the power board 9 (or the amplitude of the AC voltage output from the power board 9 to the line compressor 1)
  • curve 12 a drive level of the solenoid valve 4
  • curve 13 the amplitude of the piston of the linear compressor 1.
  • a straight line 14 represents the value of the piston amplitude at which it comes to the stop on the end wall of the compressor.
  • the digital module 8 switches the Solenoid valve 4 on.
  • the resulting pressure fluctuations are recognizable as small peaks of the curve 13. If, after about another five seconds of delay, at time t 3 , these pressure fluctuations have subsided with certainty, the digital subassembly continues
  • FIG. 3 An alternative functional principle is explained in FIG. 3 on the basis of an exemplary time profile of the armature amplitude 13 '.
  • the control unit 7 reacts to the detection of refrigeration demand in the evaporator 6 by inducing a phase jump in the output from the power assembly 9 to the linear compressor 1 AC voltage at time t.
  • the consequence of the phase jump is a temporary reduction in the armature amplitude, which lasts until the phase of the armature has adapted to the new phase of the supply voltage.
  • the armature amplitude passes through a minimum, the value of which depends on the extent of the phase jump. How long the linear compressor 1 takes to reach this minimum may, for example, be determined empirically.
  • the time t 2 of the switching of the solenoid valve 4 is set. The pressure fluctuations induced by the switching gradually decrease again after t 2 , while the armature amplitude rises again and gradually approaches the steady state value.
  • the flow of the controller of FIG. 2 or FIG. 3 can also be made directly dependent on the detected amplitude of the armature oscillation.
  • a sensor for detecting the armature position of the compressor 1 is connected to an input 10 of the digital module 8.
  • the signal provided by the sensor to the input may be a binary signal indicating whether the amplitude of the armature exceeds a threshold or not, or it may be a representative of the armature position or amplitude quantitative signal from which the digital assembly 8 is the binary Derived signal itself. If the amplitude falls below the limit value, this can not become so great that it comes to striking by the switching of the valve 4. Therefore, after the first control signal is output, the digital module 8 waits until the underflow of the limit value is detected, and then switches the valve 4.
  • the second control signal can be generated at a predetermined time interval to the switching time t 2 , or it is detected on the basis of the signal at the input 10, when the amplitude fluctuations caused by the switching are sufficiently decayed, so that the second control signal can be spent without risk of striking.
  • the detection signal of the armature position sensor can be used in the power module 9 or a control circuit of the linear compressor 1, not shown, in order to form a closed control loop for regulating the amplitude of the linear compressor 1.
  • the signal level supplied by the digital module 8 11 can be used as representative of a desired value of the amplitude, ie from time ti to time t 3 , the power assembly 9 or the control circuit of the linear compressor, not shown controls its amplitude to a lower setpoint than before and after.

Abstract

Eine Kältemaschine umfasst einen Kältemittelkreislauf mit einem Verdichter (1 ) und wenigstens einem schaltbaren Element (3, 4) und ein Steuergerät (7), das eingerichtet ist, das Element (3, 4) zu schalten und vor jedem Schalten des Elements (3, 4) ein erstes Steuersignal an den Verdichter (1 ) auszugeben.

Description

Steuergerät für eine Kältemaschine und diese verwendendes
Haushaltskältegerät
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuergerät für eine Kältemaschine, die einen Kältemittelkreislauf mit einem Verdichter und wenigstens einem schaltbaren Element umfasst, und zwar insbesondere für eine Kältemaschine mit einem Linearverdichter, die in einem Hauhaltskältegerät verwendbar ist.
Während bei herkömmlichen rotatorisch angetriebenen Verdichtern der Kolbenhub durch die Konstruktion des Verdichters fest vorgegeben ist, ist dies bei einem Linearverdichter in der Regel nicht der Fall. Linearverdichter umfassen herkömmlicherweise einen in einem Magnetfeldspalt linear oszillierenden Anker, dessen lineare Bewegung unmittelbar einen Verdichterkolben antreibt. Der Hub des Ankers ist abhängig von Stärke und Phase des von Ständer-Elektromagneten erzeugten, seine Bewegung antreibenden magnetischen Wechselfeldes sowie der vom Verdichterkolben auf ihn ausgeübten Dämpfung. Um einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen, muss das Totvolumen so klein wie möglich gemacht werden, d.h. der obere Totpunkt des Verdichterkolbens muss in unmittelbarer Nähe einer Stirnwand einer Verdichterkammer liegen, in der sich der Kolben bewegt. Ein Anschlagen des Kolbens gegen die Stirnwand muss jedoch vermieden werden, da dies die Lebensdauer des Verdichters erheblich beeinträchtigen würde.
Es sind bereits diverse Ansätze gemacht worden, um die Amplitude des Ankers eines solchen Linearverdichters im Betrieb zu überwachen und zu regeln, um einen brauchbaren Kompromiss zwischen den einander widerstrebenden Anforderungen zu erreichen, einerseits das Totvolumen zu minimieren und andererseits ein Anschlagen des Verdichterkolbens gegen die Stirnwand zu vermeiden.
In DE 199 18934 B4 findet sich der Vorschlag, ein Anschlagen des Verdichterkolbens gegen die Stirnwand, anstatt es a priori zu unterdrücken, zu erfassen, um im Falle des Anschlagens den Ankerhub so weit abzuregein, dass das Anschlagen vermieden wird. Diese Lösung kann nicht vollauf befriedigen, da die Gefahr einer Beschädigung des Verdichters durch das Anschlagen nicht ausgeräumt wird. Allen Ansätzen, den Ankerhub über die Leistungsversorgung der Ständermagnete zu regeln, ist gemeinsam, dass die Reaktionszeit des oszillierenden Systems auf eine Änderung wesentlich länger als die Periode seiner Ankerbewegung ist. Das heißt, wenn eine Störung auftritt, die zu einer Erhöhung des Ankerhubs führt, so lässt sich, auch wenn die Störung sofort erfasst wird und gegengesteuert wird, ein Anschlagen des Kolbens an die Stirnwand meist nicht verhindern. Vor allem wenn in einem von einem solchen Verdichter angetriebenen Kältemittelkreislauf schaltbare Elemente vorhanden sind, deren Schaltzustand den Druckabfall in dem Kältemittelkreislauf beeinflusst, kann das Schalten dieser Elemente leicht zu unerwünschten Schwankungen der Ankeramplitude führen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Steuergerät für eine Kältemaschine, die einen Kältemittelkreislauf mit einem Verdichter und wenigstens einem schaltbaren Element umfasst, anzugeben, das die Gefahr einer Beschädigung des Verdichters durch Anschlagen infolge von Änderungen des Druckabfalls im Kältemittelkreislauf auf einfache Weise zu beseitigen oder wenigstens erheblich zu verringern erlaubt.
Die Aufgabe wird gelöst, indem das Steuergerät für eine solche Kältemaschine eingerichtet ist, vor jedem Schalten des Elements ein erstes Steuersignal zum Steuern des Verdichters auszugeben. Indem dieses Steuersignal rechtzeitig, z.B. mit einem zeitlichen Vorsprung vor dem Schalten des Elements zur Verfügung gestellt wird, bleibt genügend Zeit, um denKolbenhub beim Betrieb des Verdichters so weit zu reduzieren, dass aus dem Schaltvorgang zu erwartende Änderungen der Kolbendämpfung oder Druckstöße nicht mehr zu einem Anschlagen des Kolbens an den Ventilen oder der Zylinderstirnwand führen können. Zwar ist durch die Reaktion des Verdichters auf das erste Steuersignal der Wirkungsgrad des Verdichters stark verringert, doch fällt dies nicht weiter ins Gewicht, solange die Zeitspanne, in der der Wirkungsgrad verringert ist, klein ist im Vergleich zur Betriebszeit des Verdichters unter normalen Betriebsbedingungen. Unter diesen normalen Betriebsbedingungen ist ein sehr hoher Wirkungsgrad erreichbar, da bei der Festlegung des oberen Umkehrpunkts der Ankerbewegung kein Sicherheitsabstand zum Abfangen von durch das Schalten des Elements bedingten Amplitudenschwankungen des Kolbens vorgesehen werden muss. So kann der Wirkungsgrad des Verdichters unter normalen Betriebsbedingungen im Vergleich zu herkömmlichen Linearverdichtern noch gesteigert werden. Um vor dem Schalten des Elements die Schwingung des Ankers ausreichend abklingen zu lassen oder dämpfen zu können, sollte das Steuergerät das erste Steuersignal vorzugsweise wenigstens eine Sekunde, besser noch mehrere Sekunden, vor dem Schalten des Elements ausgeben.
Nach dem Schalten kann ein zweites Steuersignal an den Verdichter ausgegeben werden, um zu signalisieren, dass der Normalbetrieb wieder aufgenommen werden soll.
Bevor dieses zweite Steuersignal ausgegeben wird, sollten durch das Schalten des Elements im Kältemittelkreislauf angeregte Druckschwingungen hinreichend abgeklungen sein; daher wird das zweite Steuersignal vorzugsweise eine Sekunde, besser mehrere Sekunden nach dem Schalten des Elements ausgegeben.
Einer besonders einfachen Ausgestaltung zu folge ist das erste Steuersignal ein Verhindern, und das zweite Steuersignal ein Heraufsetzen der dem Verdichter zugeführten Versorgungsleistung.
In einem besonders einfachen Extremfall kann das erste Steuersignal ein Abschalten und das zweite Steuersignal ein Wiedereinschalten des Versorgungsstroms des Verdichters sein.
Vorzugsweise wird die Versorgungsleistung nicht auf Null herabgesetzt, sondern nur so weit, wie erforderlich, um die Schwingungsamplitude auf einen sicheren Wert zu reduzieren, um in Reaktion auf das zweite Signal die hohe Schwingungsamplitude des Normalbetriebs schnell wieder herstellen zu können.
Unabhängig von der Art des Steuersignals ist das Steuergerät vorzugsweise eingerichtet, das Element zu schalten, während die Schwingungsamplitude des Linearverdichters von Null verschieden ist. D.h. auch wenn das erste Steuersignal langfristig zum Stehenbleiben des Verdichters führen würde, kann das Element bereits geschaltet werden, bevor die Schwingung vollständig abgeklungen ist. So kann die Zeitspanne, in der der Verdichter mit geringem Wirkungsgrad arbeitet, kurz gehalten werden. Wenn das Steuergerät eingerichtet ist, eine Versorgungswechselspannung an den Verdichter auszugeben, kann das erste Steuersignal auch ein Phasensprung der Versorgungswechselspannung sein. Indem durch einen solchen Phasensprung die Ankerbewegung des Verdichters und die anregenden magnetischen Felder außer Phase geraten, wirken die magnetischen Felder eine Zeitlang dämpfend auf die Ankerbewegung, bis sich Phase der letzteren an die neue Phase der Versorgungswechselspannung angepasst hat. Ein zweites Steuersignal ist in diesem Falle nicht erforderlich, da bei Beibehaltung der veränderten Phase die Amplitude der Ankerbewegung nach einer bestimmten Zeit von alleine wieder ihren stationären Wert erreicht.
Ein Zeitversatz zwischen dem ersten Steuersignal und dem Schalten des Elements ist hier zweckmäßigerweise so gewählt, dass das Schalten in etwa zu dem Zeitpunkt stattfindet, an dem die Amplitude des Ankers minimal ist.
Insbesondere wenn der Verdichter einen Sensor zum Erfassen der Ankerposition oder - amplitude aufweist, kann das Steuergerät zweckmäßigerweise einen
Freigabesignaleingang aufweisen und eingerichtet sein, nach Ausgabe des ersten
Steuersignals erst dann das Element zu schalten, wenn ein Freigabesignal auf dem
Freigabesignaleingang empfangen wurde. Ein solches Freigabesignal kann vom
Ausgangssignal des Sensors durch eine Steuerschaltung des Verdichters selbst oder eine beliebige andere Auswerteschaltung abgeleitet sein.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Kältemaschine mit einem Linearverdichter und einem Steuergerät der oben beschriebenen Art, sowie ein Haushaltskältegerät, das eine solche Kältemaschine verwendet.
In einer solchen Kältemaschine kann das zu schaltende Element insbesondere ein Schaltventil zum Steuern des Kältemittelflusses durch einen Verdampfer sein.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Kältemittelkreislaufs eines
Haushaltskältegeräts mit einem Steuergerät gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 einen exemplarischen zeitlichen Verlauf der Versorgungsspannung der Ständermagnete eines
Linearverdichters; eines Ansteuersignals für ein Magnetventil des Kältemittelkreislaufs der Fig. 1 und der Ankeramplitude gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung; und
Fig. 3 einen exemplarischen Verlauf der Ankeramplitude gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung.
Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Kältemittelkreislaufs für ein Haushaltskältegerät mit einem Linearverdichter 1 , einem an einen Druckanschluss des Linearverdichters 1 angeschlossenen Verflüssiger 2 und zwei parallel an einen Ausgang des Verflüssigers 2 über Magnetventile 3, 4 angeschlossenen Verdampfern 5, 6. Die Verdampfer 5, 6 sind jeweils an getrennten, auf unterschiedlichen Temperaturen zu haltenden Fächern eines in der Figur nicht gezeigten Kältegerätegehäuses angeordnet.
Da die vorliegende Erfindung nicht an eine bestimmte Konstruktion des Linearverdichters 1 gebunden ist, wird der Aufbau des Linearverdichters 1 hier nicht beschrieben. Ausführliche Beschreibungen von geeigneten Linearverdichtern finden sich zum Beispiel in DE 10 2006 009 271 A1 , DE 10 2006 009 232 A1 , DE 10 2004 062 307 A1 , DE 10 2004 062 303 A1 und anderen.
Ein Steuergerät 7 für den Linearverdichter 1 ist hier gegliedert in eine digitale Baugruppe 8 und eine Leistungsbaugruppe 9. Die digitale Baugruppe 8 kann insbesondere in Form eines Mikrocontrollers implementiert sein, der neben den im Folgenden genauer erläuterten Aufgaben der Steuerung des Linearverdichters 1 auch die Überwachung der Temperatur der von den Verdampfern 5, 6 zu kühlenden Fächer übernimmt. Die Leistungsbaugruppe 9 umfasst insbesondere einen Frequenzwandler, der die Ständermagneten des Linearverdichters 1 mit einer Wechselspannung versorgt, deren Frequenz der Resonanzfrequenz des Verdichters 1 entspricht. Die von der Leistungsbaugruppe 9 unter normalen Betriebsbedingungen in den Linearverdichter 1 eingespeiste elektrische Leistung ist so bemessen, dass dessen Ankeramplitude knapp unter derjenigen liegt, bei der Verdichterkolben und Stirnwand des Verdichters aneinander stoßen würden.
Diese Leistung kann fest vorgegeben sein und zwei oder drei verschiedene Werte haben, je nachdem ob das Magnetventil 3, das Magnetventil 4 oder beide offen sind; vorzugsweise ist sie in einem geschlossenen Regelkreis anhand einer an dem Linearverdichter 1 gemessenen Ankeramplitude geregelt. Der stationäre Wert der Amplitude ist so hoch, dass, wenn bei in Normalbetrieb laufendem Linearverdichter 1 eines der Ventile 3, 4 geschaltet und insbesondere geöffnet würde, der Kolben im Linearverdichter 1 anschlagen würde.
Die digitale Baugruppe 8 entscheidet über die Notwendigkeit, die Magnetventile 3 oder 4 zu schalten, anhand von in den jeweils zugeordneten Fächern des Kältegerätegehäuses gemessenen Temperaturen. Anhand von Fig. 2 soll exemplarisch der Fall betrachtet werden, dass bei laufendem Verdichter 1 , offenem Ventil 3 und geschlossenem Ventil 4 die digitale Baugruppe 8 zum Zeitpunkt t-i Kältebedarf im Fach des Verdampfers 6 erkennt. In Fig. 2 bezeichnet die Kurve 1 1 einen von der digitalen Baugruppe 8 an die Leistungsbaugruppe 9 ausgegebenen Ansteuerpegel (oder die Amplitude der von der Leistungsbaugruppe 9 an den Linearverdichter 1 ausgegebenen Wechselspannung), Kurve 12 einen Ansteuerpegel des Magnetventils 4 und Kurve 13 die Amplitude des Kolbens des Linearverdichters 1. Eine Gerade 14 repräsentiert den Wert der Kolbenamplitude, bei dem es zum Anschlag an die Stirnwand des Verdichters kommt.
Wie Fig. 2 zeigt, besteht ein erstes, zur Zeit t-i an die Leistungsbaugruppe 9 ausgegebenes Steuersignal aus einem Abfall des Ansteuerpegels 1 1 auf Null. Die Leistungsbaugruppe 9 wird abgeschaltet, und die Magnete des Linearverdichters 1 werden nicht mehr erregt. Die Ankeramplitude des Verdichters 1 klingt exponentiell ab.
Wenn nach einer vorgegebenen Zeit von einigen Sekunden, vorzugsweise ca. fünf Sekunden, zum Zeitpunkt t2, die Ankeramplitude so weit abgeklungen ist, dass aus dem Öffnen des Magnetventils 4 resultierende Druckschwankungen nicht mehr zum Anschlagen des Kolbens führen können, schaltet die digitale Baugruppe 8 das Magnetventil 4 auf. Daraus resultierende Druckschwankungen sind als kleine Zacken der Kurve 13 erkennbar. Wenn nach wiederum circa fünf Sekunden Verzögerung, zur Zeit t3, diese Druckschwankungen mit Sicherheit abgeklungen sind, setzt die digitale Baugruppe
8 den Ansteuerpegel 1 1 der Leistungsbaugruppe 9 wieder hoch, und der Verdichter 1 wird wieder mit Energie versorgt. Die Schwingungsamplitude 13 wächst wieder an und nähert sich allmählich dem vor der Zeit I1 innegehabten stationären Wert.
Anstatt im Zeitintervall I1 bis t3 die Leistungsbaugruppe 9 auszuschalten, kann es auch sinnvoll sein, ihre Ausgangsleistung lediglich auf einen von Null verschiedenen Wert zu reduzieren, um die Amplitude der Ankerschwingung in dieser Zeit nicht stärker als nötig abklingen zu lassen und nach t3 den stationären Wert der Amplitude schnell wieder zu erreichen.
Wichtig ist im einen wie im anderen Falle, dass zwischen der von der Leistungsbaugruppe
9 vor ti ausgegebenen Wechselspannung und der nach t3 ausgegebenen kein nennenswerter Phasenversatz besteht, um eine unnötige Dämpfung der Ankerbewegung beim Wiedereinsetzen der Energieversorgung zur Zeit t3zu vermeiden.
Ein alternatives Funktionsprinzip wird in Fig. 3 anhand eines exemplarischen zeitlichen Verlaufs der Ankeramplitude 13' erläutert. Hier reagiert das Steuergerät 7 auf die Erkennung von Kältebedarf im Verdampfer 6 durch Induzieren eines Phasensprungs in der von der Leistungsbaugruppe 9 an den Linearverdichter 1 ausgegebenen Wechselspannung zur Zeit t|. Die Folge des Phasensprungs ist eine zeitweilige Verringerung der Ankeramplitude, die so lange anhält, bis sich die Phase des Ankers an die neue Phase der Versorgungsspannung angepasst hat. In dieser Zeit durchläuft die Ankeramplitude ein Minimum, dessen Wert vom Ausmaß des Phasensprungs abhängt. Wie lange der Linearverdichter 1 benötigt, um dieses Minimum zu erreichen, kann zum Beispiel empirisch ermittelt sein. In etwa auf die Zeit dieses Minimums wird der Zeitpunkt t2 des Schaltens des Magnetventils 4 gelegt. Die durch das Schalten induzierten Druckschwankungen klingen nach t2 allmählich wieder ab, während die Ankeramplitude wieder ansteigt und sich allmählich wieder dem stationären Wert nähert.
Anstatt mit vorgegebenen festen Zeitspannen zwischen den Zeitpunkten t-i der Ausgabe des ersten Steuersignals an die Leistungsbaugruppe 9 bzw. den Verdichter 1 und dem Schaltzeitpunkt t2 bzw. ggf. zwischen t2 und der Zeit t3 der Ausgabe des zweiten Steuersignals zu arbeiten, kann der Ablauf der Steuerung gemäß Fig. 2 oder Fig. 3 auch direkt von der erfassten Amplitude der Ankerschwingung abhängig gemacht werden. Hierzu ist ein Sensor zum Erfassen der Ankerstellung des Verdichters 1 mit einem Eingang 10 der digitalen Baugruppe 8 verbunden. Das vom Sensor an den Eingang gelieferte Signal kann ein Binärsignal sein, dass anzeigt, ob die Amplitude des Ankers einen Grenzwert überschreitet oder nicht, oder es kann ein für die Ankerstellung oder - amplitude repräsentatives quantitatives Signal sein, aus dem die digitale Baugruppe 8 das binäre Signal selbst ableitet. Wenn die Amplitude den Grenzwert unterschreitet, kann diese durch das Schalten des Ventils 4 nicht so groß werden, dass es zum Anschlagen kommt. Die digitale Baugruppe 8 wartet daher nach Ausgabe des ersten Steuersignals ab, bis die Unterschreitung des Grenzwerts festgestellt wird, und schaltet dann das Ventil 4.
Im Falle des Ablaufs der Fig. 2 kann das zweite Steuersignal in einem vorgegebenen Zeitabstand zum Schaltzeitpunkt t2 erzeugt werden, oder es wird anhand des Signals am Eingang 10 erfasst, wann die durch das Schalten verursachten Amplitudenschwankungen hinreichend abgeklungen sind, so dass das zweite Steuersignal ohne Gefahr des Anschlagens ausgegeben werden kann.
Das Erfassungssignal des Ankerstellungssensors kann einer weiteren Ausgestaltung zufolge in der Leistungsbaugruppe 9 oder einer nicht dargestellten eigenen Steuerschaltung des Linearverdichters 1 genutzt werden, um einen geschlossenen Regelkreis zum Regeln der Amplitude des Linearverdichters 1 zu bilden. In diesem Fall kann der von der digitalen Baugruppe 8 gelieferte Signalpegel 11 als repräsentativ für einen Sollwert der Amplitude genutzt werden, d.h. vom Zeitpunkt t-i bis zum Zeitpunkt t3 regelt die Leistungsbaugruppe 9 oder die nicht dargestellte Steuerschaltung des Linearverdichters dessen Amplitude auf einen niedrigeren Sollwert als davor und danach.

Claims

Patentansprüche
1. Steuergerät für eine Kältemaschine, die einen Kältemittelkreislauf mit einem Verdichter (1 ) und wenigstens einem schaltbaren Element (3, 4) umfasst, wobei das Steuergerät (7) eingerichtet ist, das Element (3, 4) zu schalten, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (7) ferner eingerichtet ist, vor jedem Schalten des Elements (3, 4) ein erstes Steuersignal an den Verdichter (1 ) auszugeben, das den Betrieb des Verdichters (1 ) steuert.
2. Steuergerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das von dem Steuergerät (7) ausgegebene erste Steuersignal an eine Steuerelektronik zum
Steuern des Verdichters (1 ) vermittelt wird.
3. Steuergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es das erste Steuersignal wenigstens eine Sekunde vor dem Schalten des Elements (3, 4) ausgibt.
4. Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (7) eingerichtet ist, nach dem Schalten ein zweites Steuersignal an den Verdichter (1 ) auszugeben
5. Steuergerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass es das zweite Steuersignal wenigstens eine Sekunde nach dem Schalten des Elements ausgibt.
6. Steuergerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste
Steuersignal ein Vermindern und das zweite Steuersignal ein Heraufsetzen der dem Verdichter (1 ) zugeführten Versorgungsleistung ist.
7. Steuergerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Herabsetzen ein Ausschalten der Versorgungsleistung ist.
8. Steuergerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die herabgesetzte
Versorgungsleistung von Null verschieden ist.
9. Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (7) eingerichtet ist, eine Versorgungswechselspannung an den Verdichter (1 ) auszugeben und dass das erste Steuersignal ein Phasensprung der Versorgungswechselspannung ist.
10. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Freigabesignaleingang (10) aufweist und eingerichtet ist, nach Ausgabe des ersten Steuersignals (ti) erst dann das
Element zu schalten (t2), wenn ein Freigabesignal auf dem Freigabesignaleingang (10) empfangen wurde.
11. Kältemaschine mit einem Kältemittelkreislauf, der einen Verdichter (1 ) und wenigstens ein schaltbares Element (3, 4) umfasst, und einem Steuergerät (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (1 ) ein Linearverdichter mit veränderbarer Schwingungsamplitude ist und eingerichtet ist, in Reaktion auf das erste Steuersignal seine Schwingungsamplitude zu reduzieren.
12. Kältemaschine nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (7) eingerichtet ist, das Element (3, 4) zu schalten, während die Schwingungsamplitude des Linearverdichters (1 ) von Null verschieden ist.
13. Kältemaschine nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearverdichter (1 ) einen Sensor zum Erfassen der Schwingungsamplitude und eine Steuerschaltung (9) zum Regeln der Schwingungsamplitude anhand des Erfassungsergebnisses des Sensors umfasst, und dass das erste Steuersignal eine Verringerung eines von dem Steuergerät (8) bereitgestellten Sollamplitudensignals (1 1 ) ist.
14. Kältemaschine nach Anspruch 11 , 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (3, 4) ein Schaltventil zum Steuern des Kältemittelflusses durch einen Verdampfer (5, 6) ist.
15. Haushaltskältegerät mit einer Kältemaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 14.
EP08861041A 2007-12-18 2008-12-05 Steuergerät für eine kältemaschine und diese verwendendes haushaltskältegerät Withdrawn EP2235369A1 (de)

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