EP3555474B1 - Steuerungseinrichtung und verfahren zum betreiben eines kältemittelkompressors - Google Patents

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EP3555474B1
EP3555474B1 EP17821607.3A EP17821607A EP3555474B1 EP 3555474 B1 EP3555474 B1 EP 3555474B1 EP 17821607 A EP17821607 A EP 17821607A EP 3555474 B1 EP3555474 B1 EP 3555474B1
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crankshaft
braking
refrigerant compressor
control device
electronic control
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Definitions

  • the present invention relates to an electronic control device for a refrigerant compressor, which has at least one drive unit and a compression mechanism in operative connection with the drive unit with at least one moving back and forth in a cylinder of a cylinder block of the refrigerant compressor in an operating state of the refrigerant compressor for the operational compression of refrigerant comprises pistons driven via a crankshaft of the drive unit, the electronic control device of the refrigerant compressor being set up at least to detect at least one physical process parameter, preferably the rotational speed of the crankshaft or the power consumption of the refrigerant compressor, to detect a switch-off signal directed to the refrigerant compressor, which switch-off signal an operating phase of the refrigerant compressor ended, in which operating phase the refrigerant k ompressor is operated as intended with a positive operating torque, and is set up to regulate a torque applied by the drive unit to the crankshaft to adjust its rotational speed.
  • the electronic control device of the refrigerant compressor being set up at least to
  • the present invention further relates to a refrigerant compressor for use in a cooling device, preferably in a refrigerator or freezer, the refrigerant compressor comprising an electronic control device according to the invention.
  • the present invention also relates to a cooling device, preferably a refrigerator or freezer, with a refrigerant compressor according to the invention.
  • the present invention also relates to a method for operating a refrigerant compressor suitable for use in a refrigerator, preferably in a refrigerator or freezer, which comprises a compression mechanism for compressing refrigerant and a drive unit, the compression mechanism by means of a crankshaft to which a torque is applied Drive unit is driven.
  • Variable speed refrigerant compressors have the advantage that they can be tailored more specifically to the cooling requirements of the object to be cooled, for example in that they can be operated at a lower rotational speed in the case of lower cooling requirements and at a correspondingly increased rotational speed in the case of an increased cooling requirement.
  • refrigerant compressors are well known. They essentially consist of a drive unit and a compression mechanism in the form of a piston moving back and forth in a cylinder housing between a first and a second dead center, which is connected via a connecting rod to a crankshaft, which in turn is rotatably coupled to a rotor of the drive unit .
  • a brushless DC motor is typically used as the drive unit. It is possible to determine the relative position of the rotor of the DC motor and thus also the speed of rotation of the motor or the compression mechanism on the basis of the counter-voltage (induced counter-voltage) induced in the motor winding. This method manages without separate sensors and is therefore particularly easy to implement and less prone to failure.
  • speed is used when the actual, instantaneous angular speed of the crankshaft is meant, whereas the term rotational speed is used when the average number of revolutions per minute of the crankshaft is meant, i.e. the value that is commonly meant when one thinks of the Speed of a refrigerant compressor speaks.
  • an increased load torque acts on the compression mechanism during the compression phase compared to the suction phase, which must be overcome by the operating torque of the drive unit in order to keep the compression process going.
  • This increased load torque leads to a reduction in the speed of the crankshaft during the compression phase.
  • a load torque that varies over the entire crank angle acts on the compression mechanism and thus on the crankshaft, with the fluctuation range of the load torque primarily depending on the pressure ratio in the refrigerant circuit and on different angular accelerations and thus on a crankshaft speed during one crankshaft rotation that is non-uniform over the crank angle leads.
  • this vibration system In order to compensate for oscillations and vibrations of the compression mechanism during operation, it and the drive unit are mounted in a housing via spring elements.
  • the natural frequencies of this vibration system are between 5 Hz and 16 Hz, depending on the type of compressor.
  • the increased load torque that recurs during each crankshaft revolution during the compression phase leads to impacts on the compression mechanism, which presses the compression mechanism and drive unit into the spring elements and deflects them, the shock frequency being in the range of the natural frequency of the vibration system, so that the deflections of the spring elements increase with each crankshaft rotation in such a way that the compression mechanism and / or the drive unit can hit the housing, which can lead to undesirable noise emissions.
  • This fact is also a reason why known refrigerant compressors are not operated in the normal, regulated operating phase below a range between 1000 rpm and 700 rpm, i.e. not in the rotational speed range that is critical with regard to noise emissions.
  • the electronic control device of the refrigerator sends a signal (switch-off signal) to the electronic Control device of the refrigerant compressor, with which this is communicated that no more cooling capacity is required because the target temperature has been reached.
  • switch-off signal a signal
  • the electronic control device of the refrigerant compressor then switches off the drive or the positive operating torque with which the refrigerant compressor was operated as intended during the regulated operating phase (switch-off time). The stopping process therefore begins immediately after the switch-off signal is detected, with the positive operating torque being switched off.
  • crankshaft of the compression mechanism also runs through complete revolutions after the switch-off time, starting at the first dead center (crank angle 0 °), whereby a suction phase (correct: suction and re-expansion phase) is carried out, during which refrigerant is sucked into the cylinder.
  • This suction phase ends theoretically when the cylinder has reached the second dead center (crank angle 180 °).
  • the compression phase begins (correct: compression and expulsion phase), during which the refrigerant in the cylinder is compressed and expelled from the cylinder.
  • the compression phase ends when the piston has reached the first dead center (crank angle 360 °) again.
  • the actual compression of the refrigerant only begins at a crank angle of around 210 ° (depending on the refrigerant compressor, the pressure conditions, the valve design, etc.) but at least after 180 ° and the suction phase at around 30 °, in any case after the first dead center.
  • Switching off the drive unit of the refrigerant compressor at a switch-off time which switch-off time in reality does not coincide with the detection of the switch-off signal by the electronic control device but is slightly backwards in time, initiates the stopping process and results in the crankshaft in a non-powered state (without positive operating torque) and only continues to rotate due to its inertia until it has come to a complete standstill, ie its rotational speed is 0. Colloquially, one could also say that the refrigerant compressor is "running out”.
  • the crankshaft rotates exclusively due to the kinetic energy it has at the time of switch-off and the inertia. It rotates in an uncontrolled manner, so to speak, and its rotational speed behavior is dependent on the load torque acting on the compression mechanism.
  • the load torque leads to a constant reduction in the rotational speed of the crankshaft of the non-driven refrigerant compressor, so that the kinetic energy of the crankshaft decreases until, depending on the pressure conditions in the refrigerant circuit, it is no longer sufficient to overcome the load torque (limit rotational speed).
  • crankshaft which rotates without drive after the switch-off time, is actively braked and brought to a standstill by applying a braking torque when the rotational speed falls below a certain level.
  • the braking torque that causes the crankshaft to come to a standstill can sensibly only be applied after the crankshaft has fallen below a certain rotational speed, since the energy consumption of a braking torque that causes a crankshaft rotating at a higher than this specific rotational speed would be disproportionately high.
  • the prior art provides for the said braking process to be preceded by a comparatively long period of time, which period extends between the switch-off signal and the application of the braking torque and in which the crankshaft coasts down without a positive operating torque or to be exposed to a braking torque running in the opposite direction.
  • the stopping process that begins at the time of switch-off is thus made up of the period in which the crankshaft coasts down in an uncontrolled manner and the final braking process, which is intended to bring the crankshaft to a standstill.
  • the application of the braking torque to the crankshaft according to the invention leads to the braking process being carried out directly to the operating phase in which the refrigerant compressor was operated with positive operating torque, and thus starts at the same time as the stopping process.
  • a prolongation of the stopping process known from the prior art by letting the crankshaft run down in order to reduce its rotational speed before the actual braking process, which is initiated by applying the braking torque, is thus avoided.
  • the braking process begins at the moment immediately following the detection of the switch-off signal and generally extends until the crankshaft comes to a standstill. Overall, this results in a significantly shortened stopping process compared to the prior art, which is due to the avoidance of the crankshaft running out on the one hand and faster braking of the crankshaft due to the earlier braking process on the other.
  • the inventive selection of the amount of braking torque as a function of the detected process parameter of the refrigerant compressor enables particularly energy-efficient braking of the crankshaft, since different braking torques can be applied to the crankshaft at different process times during the braking process.
  • the selection of the braking torque as a function of the rotational speed of the crankshaft of the refrigerant compressor has proven to be particularly advantageous, since high braking torques in particular at the beginning of the braking process - i.e. when the rotational speed is still high - are associated with increased energy loss.
  • the crankshaft can be stopped quickly and at the same time in an energy-efficient manner by varying the braking torque applied over the entire braking process as a function of the respective rotational speed of the crankshaft.
  • the physical process parameter is the rotational speed of the crankshaft.
  • the amount of the braking torque applied to the crankshaft is indirectly proportional to the rotational speed of the crankshaft immediately after the switch-off signal is detected, which the crankshaft has at the moment of the detection of the switch-off signal.
  • the braking torque applied to the crankshaft at the beginning of the braking process i.e. immediately after the switch-off signal has been detected - in the case of high or low rotational speeds during the Switch-off signal for the previous operating phase selected lower or higher.
  • a corresponding selection of the braking torque leads to a further shortening of the stopping process, since the crankshaft is already exposed to a high braking torque at the beginning of the stopping process.
  • the selection of the braking torque according to the invention leads to a lower energy requirement over long stretches of the stopping process, while the stopping process according to the invention compared to stopping processes with a phase of the crankshaft coasting according to the prior art by the Braking torque already applied at the beginning of the stopping process is nevertheless shortened.
  • the braking torque applied to the crankshaft forms a braking profile, a function determining the course of the braking profile being stored by the electronic control device and preferably a linear dependence on the current rotational speed of the crankshaft and / or the time that has elapsed since the detection of the switch-off signal.
  • the implementation of the braking torque as a braking profile, which braking profile represents the time curve of the braking torque, enables the amount of the braking torque to be optimally adapted to the rotational speed of the crankshaft, which decreases during the stopping process.
  • the prefabricated braking profile can be determined as a function of the time that has elapsed since the switch-off signal was detected.
  • a function that defines the specific braking profile - with functional parameters, the current rotational speed of the crankshaft and / or the time that has elapsed since the switch-off signal was detected - is stored by the electronic control device.
  • the electronic control device is set up to set the rotational speed of the crankshaft, preferably several times, particularly preferably continuously, at a predetermined rate in a braking period extending between the detection of the switch-off signal and the standstill of the crankshaft Compare rotational speed values.
  • the function determining the braking profile which is stored by the electronic control device, has a different value or a different curve for each rotational speed regime, i.e. for all values of the current rotational speed of the crankshaft between two of the specified rotational speed values (e.g. slope, curvature) of the applied braking profile.
  • the course of the braking profile essentially follows a piece-wise linear function, each of the predetermined rotational speed values being assigned a section of the braking period within which this piece-wise linear function has an essentially constant gradient having.
  • the electronic control device enables the braking period to be divided into any number of sections subdivide, with the braking profile in each of these sections following the course of a linear function with a specific slope assigned to the respective area.
  • the braking profile can be applied to the crankshaft in a particularly simple, stable and easily implemented manner and, at the same time, an optimal adaptation of the respective braking torque to the instantaneous speed of the crankshaft can be ensured.
  • the term piece-wise linearity in the present document is to be interpreted in such a way that the value of the slope can assume any real number, in particular zero. In this sense, it can be provided that the function determining the course of the braking profile is constant within a section of the braking period, the said gradient - in accordance with the above diction - being zero in this section.
  • the amount of the braking torque resulting from the course of the braking profile is a function of the time that has elapsed since the detection of the switch-off signal, which increases monotonically from the time of the detection of the switch-off signal to the time of the standstill of the crankshaft follows.
  • the crankshaft can be stopped quickly and in an energy-efficient manner - initially independently of the respective instantaneous value of the rotational speed and its specific course during the entire braking period.
  • An object of the present invention is also achieved by a refrigerant compressor for use in a cooling device, preferably in a refrigerator or freezer, the refrigerant compressor comprising an electronic control device according to the invention.
  • An object of the invention is also achieved in a cooling device, preferably a refrigerator or freezer, with a refrigerant compressor having an electronic control device according to the invention.
  • the method according to the invention enables the braking process to begin immediately after the switch-off signal has been detected and thus at the same time as the stopping process. It also makes it possible to adapt the braking process, in particular the amount of braking torque applied immediately after detection of the switch-off signal, ie the amount of a torque opposing the operating torque, to that operating phase which was ended by the switch-off signal. As a result, the stopping process of the crankshaft is significantly shortened overall, as a result of which both the development of noise and the energy consumption associated with the braking torque causing the crankshaft to come to a standstill can be reduced during the stopping process.
  • the physical process parameter is the rotational speed of the crankshaft.
  • this embodiment enables the crankshaft to be stopped particularly efficiently and quickly.
  • the braking torque necessary for a specified reduction in the rotational speed in a specified time interval in the case of a high rotational speed of the crankshaft is much higher than the braking torque necessary for the same reduction in the rotational speed in the same time interval in the case of a low rotational speed of the crankshaft, it is at a Particularly preferred embodiment of the method according to the invention provides that the amount of the braking torque applied to the crankshaft immediately after detection of the switch-off signal is essentially indirectly proportional to the rotational speed of the crankshaft that the crankshaft is at the moment the switch-off signal is detected.
  • a further preferred embodiment of the method according to the invention provides that the braking torque is maintained at least in sections within a braking period, but preferably until the crankshaft comes to a standstill, the braking period being that period between the detection of the switch-off signal and the crankshaft is at a standstill.
  • the braking torque is applied to the crankshaft in the form of a braking profile, a function determining the course of the braking profile being stored by the electronic control device, and preferably a linear dependence on the current one Speed of rotation of the crankshaft and / or the time that has elapsed since the detection of the shutdown signal.
  • the braking torque required to stop the crankshaft can be varied over the entire braking process, which can be used to further shorten the stopping process.
  • the amount of the braking torque resulting from the course of the braking profile increases monotonically from the point in time of the detection of the switch-off signal to the point in time when the crankshaft comes to a standstill.
  • the rotational speed of the crankshaft is compared with predetermined rotational speed values and the braking period is at least partially, preferably the entire braking period, subdivided into process time segments, the rotational speed of the crankshaft in each of these process time segments being in a value range that is assigned to one of the predetermined rotational speed values.
  • a further particularly preferred embodiment of the method according to the invention provides that the course of the braking profile essentially follows a piece-wise linear function of the process time, this function having a section with a constant gradient in each process time segment having.
  • FIG. 1 shows two diagrams corresponding to one another, which show the rotational speed n of a crankshaft of a refrigerant compressor and the torque M applied to the crankshaft during an operating phase II in which the refrigerant compressor is operated as intended, as well as during a stopping process III following this operating phase, each as a function of Process time t.
  • an electronic control device detects a start signal directed to the refrigerant compressor.
  • a drive unit of the refrigerant compressor sets the crankshaft of the refrigerant compressor in motion. After the crankshaft has first been moved into a predetermined position in the course of a corresponding starting process I of the refrigerant compressor, the crankshaft is accelerated from this position to a predetermined rotational speed n start.
  • the starting process I is completed and the refrigerant compressor is ready for use in order to provide the cooling power required by a cooling device in which the refrigerant compressor is used.
  • the crankshaft maintains the rotational speed n start .
  • the starting speed n start can be reached and maintained by means of an open control loop.
  • the rotational speed n of the crankshaft by means of a closed control loop from the starting speed n start (hereinafter abbreviated rpm) on a in a range between about 700 rpm and 4000 rpm lying and corresponding to the predetermined cooling demand rotational velocity command value regulated n target.
  • a certain, positive operating torque M is applied to the crankshaft, which in coordination with a measured value of the current rotational speed n the crankshaft is varied until the rotational speed setpoint n setpoint is reached.
  • This rotational speed setpoint n setpoint is maintained until the required cooling capacity has been made available to the refrigerator and the result is the desired temperature in the refrigerator or in an area of the refrigerator, such as the freezer compartment of a refrigerator.
  • the braking torque applied to the crankshaft immediately after the detection of the switch-off signal is a function of the rotational speed that the crankshaft at Time of the detection of the shutdown signal.
  • Fig. 1 it is planned and off Fig. 1 It can be clearly seen that the braking torque applied to the crankshaft immediately after the shutdown signal is detected is lower in the case of a high setpoint value of the rotational speed n setpoint of the crankshaft at the time the shutdown signal is detected than in the case of a low one Rotational speed n setpoint of the crankshaft at the time of the detection of the switch-off signal.
  • the amount of the braking torque applied to the crankshaft immediately after the switch-off signal is detected is thus indirectly proportional to the rotational speed n setpoint that the crankshaft has at the time the switch-off signal is detected.
  • another detected, physical process parameter for example the power consumption of the refrigerant compressor, takes the place of the rotational speed of the crankshaft - the braking torque is the function of another process parameter is.
  • crankshaft has a high rotational speed n Soll at the time the switch-off signal is detected, the braking torque applied at the beginning of the stopping process initially leads to a comparatively weak braking of the crankshaft, whereas the braking effect is comparatively high when the crankshaft has a low rotational speed n Soll at the time of the detection of the shutdown signal.
  • the rotational speed of the crankshaft decreases faster than with refrigerant compressors according to the state of the art, in which the crankshaft initially coasts down in an uncontrolled manner for the purpose of speed reduction before the braking torque, which ultimately brings about the complete standstill of the crankshaft and to prevent a reversal of the direction of rotation at the last moment of the stopping process, is applied to the crankshaft.
  • the braking torque applied to the crankshaft forms a braking profile that extends over an entire braking period between the detection of the switch-off signal and the standstill of the crankshaft. This means that the crankshaft is exposed to a braking torque during the entire braking period.
  • the amount of this braking torque which results from the course of the braking profile, increases monotonically from the point in time at which the switch-off signal is detected until the crankshaft comes to a standstill.
  • the course of the braking profile itself can in turn contain a function of the current rotational speed of the crankshaft and / or the process time t (for example that has elapsed since the start of the stopping process), a function determining this course being stored by the control device according to the invention.
  • the braking period is divided into four (scenario 1) or two (scenario 2) process time segments (T 1 , T 2 , T 3 , T 4 or T 11 , T 22 ) without affecting the general public.
  • process time segments Within each of these process time segments lies the respective rotational speed of the crankshaft, which is monitored by the electronic control device with a high frequency, for example with a frequency higher than 10 Hz, and with predefined values (n 1 , n 2 , n 3 , n 0 or n 3 , n 0 ) of the rotational speed is compared, in each case in a range which is assigned to a predefined value of the rotational speed.
  • the braking profile extending over the entire braking period and thus over all process time segments (T 1 , T 2 , T 3 , T 4 or T 11 , T 22 ) can be designed in such a way that it follows the course of a piecewise linear function of the process time t , the slope of this function in each of the process time segments (T 1 , T 2 , T 3 , T 4 or T 11 T 22 ) each having a different, constant value.
  • the said slope of the said piecewise linear function of the process time t assumes the value zero - the braking profile applied to the crankshaft, more precisely its amount, is therefore constant in the last process time segment (T 4 in the case of scenario 1; T 22 in the case of scenario 2) of the braking period.
  • the braking behavior caused by the electronic control device according to the invention during the final process time segment immediately preceding the standstill of the crankshaft differs from that of the remaining process time segments within which the amount of the braking torque increases or rises monotonically.

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Description

    GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Steuerungseinrichtung für einen Kältemittelkompressor, welcher zumindest eine Antriebseinheit sowie einen mit der Antriebseinheit in Wirkverbindung stehenden Kompressionsmechanismus mit zumindest einem sich in einem Zylinder eines Zylinderblocks des Kältemittelkompressors in einem Betriebszustand des Kältemittelkompressors zur betriebsgemäßen Verdichtung von Kältemittel hin- und herbewegenden und über eine Kurbelwelle der Antriebseinheit angetriebenen Kolben umfasst, wobei die elektronische Steuerungseinrichtung des Kältemittelkompressors zumindest dazu eingerichtet ist, zumindest einen physikalischen Prozessparameter, vorzugsweise die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle oder die Leistungsaufnahme des Kältemittelkompressors, zu detektieren, ein an den Kältemittelkompressor gerichtetes Abschaltsignal zu detektieren, welches Abschaltsignal eine Betriebsphase des Kältemittelkompressors beendet, in welcher Betriebsphase der Kältemittelkompressor mit einem positiven Betriebsdrehmoment bestimmungsgemäß betrieben wird, sowie dazu eingerichtet ist, ein von der Antriebseinheit an die Kurbelwelle zur Einstellung deren Drehgeschwindigkeit angelegtes Drehmoment zu regeln.
  • Weiters betrifft die vorliegende Erfindung einen Kältemittelkompressor zur Verwendung in einem Kühlgerät, vorzugsweise in einem Kühlschrank oder Gefrierschrank, wobei der Kältemittelkompressor eine erfindungsgemäße elektronische Steuerungseinrichtung umfasst.
  • Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Kühlgerät, vorzugsweise Kühlschrank oder Gefrierschrank, mit einem erfindungsgemäßen Kältemittelkompressor.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft auch noch ein Verfahren zum Betreiben eines zur Verwendung in einem Kühlgerät, vorzugsweise in einem Kühlschrank oder Gefrierschrank, geeigneten Kältemittelkompressors, welcher einen Kompressionsmechanismus zur Verdichtung von Kältemittel sowie eine Antriebseinheit umfasst, wobei der Kompressionsmechanismus mittels einer mit einem Drehmoment beaufschlagten Kurbelwelle der Antriebseinheit angetrieben wird.
    • STAND DER TECHNIK
  • Derartige elektronische Steuerungseinrichtungen kommen bei drehgeschwindigkeitsvariablen Kältemittelkompressoren zum Einsatz. Drehgeschwindigkeitsvariable Kältemittelkompressoren haben den Vorteil, dass sie spezifischer auf Kälteanforderungen des zu kühlenden Objekts abgestimmt werden können, indem sie beispielsweise im Falle geringerer Kälteanforderungen mit geringerer Drehgeschwindigkeit und im Falle einer erhöhten Kälteanforderung, mit entsprechend erhöhter Drehgeschwindigkeit betrieben werden können.
  • Der Aufbau von Kältemittelkompressoren ist hinlänglich bekannt. Sie bestehen im Wesentlichen aus einer Antriebseinheit und einem Kompressionsmechanismus in Form eines in einem Zylindergehäuse sich zwischen einem ersten und einem zweiten Totpunkt hin- und herbewegenden Kolben, der über ein Pleuel mit einer Kurbelwelle verbunden ist, die wiederum drehstarr mit einem Rotor der Antriebseinheit gekoppelt ist.
  • Als Antriebseinheit kommt typischerweise ein bürstenloser Gleichstrommotor zum Einsatz. Dabei ist es möglich die relative Position des Rotors des Gleichstrommotors und damit auch die Drehgeschwindigkeit des Motors bzw. des Kompressionsmechanismus auf Basis der in der Motorwicklung induzierten Gegenspannung (Induktionsgegenspannung) zu bestimmen. Dieses Verfahren kommt ohne separate Sensoren aus und ist daher besonders einfach zu implementieren und wenig störanfällig.
  • Bei Kältemittelkompressoren nach dem Stand der Technik kommt es insbesondere während des Anhalteprozesses, welcher unmittelbar an eine Phase anschließt, in der der Kältemittelkompressor mit einem positiven Betriebsdrehmoment bestimmungsgemäß betrieben wurde, zu Problemen geräuschtechnischer Art. In der Saug- und Kompressionsphase wirken unterschiedliche Gaskräfte (bewirkt durch die Kältemitteldruckverhältnisse im System) und Reibungskräfte (beide gemeinsam werden als Lastmoment bezeichnet) auf den Kompressionsmechanismus, was bei genauerer Betrachtung in einer über den Kurbelwinkel ungleichförmigen, weil variierenden Drehzahl der Kurbelwelle resultiert. In der vorliegenden Anmeldung wird grundsätzlich zwischen den Begriffen Drehzahl und Drehgeschwindigkeit unterschieden. Der Begriff Drehzahl wird verwendet, wenn die tatsächliche, momentane Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle gemeint ist, wohingegen der Begriff Drehgeschwindigkeit dann verwendet wird, wenn die durchschnittliche Anzahl von Umdrehungen pro Minute der Kurbelwelle gemeint ist, also jener Wert der gemeinhin gemeint ist, wenn man von der Drehzahl eines Kältemittelkompressors spricht.
  • Konkret wirkt während der Kompressionsphase ein gegenüber der Saugphase erhöhtes Lastmoment auf den Kompressionsmechanismus, welches vom Betriebsdrehmoment der Antriebseinheit überwunden werden muss, um den Verdichtungsprozess in Gang zu halten. Dieses erhöhte Lastmoment führt zu einer Verringerung der Drehzahl der Kurbelwelle während der Kompressionsphase.
  • Während der Saugphase hingegen bewirken die Gaskräfte ein gegenüber der Kompressionsphase verringertes Lastmoment. Dies führt zu einer Erhöhung der Drehzahl der Kurbelwelle während der Saugphase.
  • Insgesamt wirkt somit ein über den gesamten Kurbelwinkel variierendes Lastmoment auf den Kompressionsmechanismus und somit auf die Kurbelwelle, wobei die Schwankungsbreite des Lastmomentes vor allem vom Druckverhältnis im Kältemittelkreislauf abhängt und zu unterschiedlich hohen Winkelbeschleunigungen und damit zu einer über den Kurbelwinkel ungleichförmigen Drehzahl der Kurbelwelle während einer Kurbelwellenumdrehung führt.
  • Um Schwingungen und Vibrationen des Kompressionsmechanismus während des Betriebs auszugleichen, ist dieser samt Antriebseinheit über Federelemente in einem Gehäuse gelagert. Die Eigenfrequenzen dieses Schwingungssystems liegen je nach Kompressortyp zwischen 5 Hz und 16 Hz.
  • Somit führt das während jeder Kurbelwellenumdrehung wiederkehrende, erhöhte Lastmoment während der Kompressionsphase, insbesondere bei Betrieb des Kältemittelkompressors bei Drehgeschwindigkeiten unterhalb eines Bereichs zwischen 1000 U/min und 700 U/min, zu Stößen auf den Kompressionsmechanismus, welche den Kompressionsmechanismus samt Antriebseinheit in die Federelemente drückt und diese auslenkt, wobei die Stoßfrequenz im Bereich der Eigenfrequenz des Schwingungssystems liegt, so dass sich die Auslenkungen der Federelemente mit jeder Kurbelwellenumdrehung derart vergrößern, dass der Kompressionsmechanismus und/oder die Antriebseinheit gegen das Gehäuse schlagen können, wodurch es zu unerwünschten Schallemissionen kommen kann. Dieser Umstand ist auch ein Grund, dass bekannte Kältemittelkompressoren in der normalen, geregelten Betriebsphase nicht unterhalb eines Bereichs zwischen 1000 U/min und 700 U/min, also nicht in dem hinsichtlich der Lärmemission kritischen Drehgeschwindigkeitsbereiches, betrieben werden.
  • Die beschriebenen, unerwünschten Schallemissionen eines Kältemittelkompressors bei geringen Drehgeschwindigkeiten treten aber nicht nur im normalen, geregelten Betrieb sondern vor allem auch während des Anhalteprozesses auf, wo diese geringen Drehgeschwindigkeiten durchfahren werden müssen. Der Anhalteprozess läuft in der Regel wie folgt ab:
  • Ist nach einer normalen, geregelten Betriebsphase des Kältemittelkompressors, innerhalb welcher der Kältemittelkompressor mit einem positiven Betriebsdrehmoment bestimmungsgemäß betrieben wurde, die Zieltemperatur des zu kühlenden Objektes, beispielsweise eines Kühlfachs eines Kühlschranks erreicht, sendet die elektronische Steuerungseinrichtung des Kühlschranks ein Signal (Abschaltsignal) an die elektronische Steuerungseinrichtung des Kältemittelkompressors, mit welchem dieser mitgeteilt wird, dass keine Kühlleistung mehr benötigt wird, da die Zieltemperatur erreicht ist. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass daraufhin die elektronische Steuerungseinrichtung des Kältemittelkompressors den Antrieb bzw. das positive Betriebsdrehmoment, mit welchem der Kältemittelkompressor während der geregelten Betriebsphase bestimmungsgemäß betrieben wurde, abschaltet (Abschaltzeitpunkt). Der Anhalteprozess beginnt somit unmittelbar nach dem Detektieren des Abschaltsignals mit dem Wegschalten des positiven Betriebsdrehmomentes.
  • Die Kurbelwelle des Kompressionsmechanismus durchläuft auch nach dem Abschaltzeitpunkt jeweils vollständige Umdrehungen, beginnend beim ersten Totpunkt (Kurbelwinkel 0°), wobei zunächst eine Saugphase (korrekt: Saug- und Rückexpansionsphase) durchlaufen wird, während welcher Kältemittel in den Zylinder gesaugt wird. Diese Saugphase endet theoretisch wenn der Zylinder den zweiten Totpunkt (Kurbelwinkel 180°) erreicht hat. Danach beginnt die Kompressionsphase (korrekt: Kompressions- und Ausschiebephase), während welcher das im Zylinder befindliche Kältemittel komprimiert und aus dem Zylinder ausgeschoben wird. Die Kompressionsphase endet theoretisch, wenn der Kolben den ersten Totpunkt (Kurbelwinkel 360°) wieder erreicht hat. In der Praxis beginnt die tatsächliche Kompression des Kältemittels allerdings erst bei einem Kurbelwinkel von in etwa 210° (abhängig vom Kältemittelkompressor, den Druckverhältnisse, der Ventilauslegung, etc.) jedenfalls aber nach 180° und die Saugphase in etwa bei 30°, jedenfalls aber nach dem ersten Totpunkt.
  • Das Abschalten der Antriebseinheit des Kältemittelkompressors zu einem Abschaltzeitpunkt, welcher Abschaltzeitpunkt in der Realität nicht mit dem Detektieren des Abschaltsignals durch die elektronische Steuerungseinrichtung zusammenfällt sondern zeitlich geringfügig nach hinten versetzt ist, leitet den Anhalteprozess ein und führt dazu, dass sich die Kurbelwelle in einem antriebslosen Zustand (ohne positives Betriebsdrehmoment) befindet und sich nur aufgrund seiner Massenträgheit noch weiter dreht, bis er vollkommen zum Stillstand gekommen ist, d. h. seine Drehgeschwindigkeit 0 ist. Umgangssprachlich könnte man auch sagen, dass der Kältemittelkompressor "ausläuft".
  • Während des antriebslosen Zustandes dreht sich die Kurbelwelle ausschließlich aufgrund der kinetischen Energie, die sie zum Abschaltzeitpunkt inne hat sowie der Massenträgheit. Sie dreht sich damit sozusagen unkontrolliert und ihr Drehgeschwindigkeitsverhalten ist abhängig von dem auf den Kompressionsmechanismus wirkenden Lastmoment. Das Lastmoment führt zu einer steten Verringerung der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle des antriebslos ausdrehenden Kältemittelkompressors, so dass die kinetische Energie der Kurbelwelle immer geringer wird, bis sie, abhängig von den Druckverhältnissen im Kältemittelkreislauf, nicht mehr ausreicht, um das Lastmoment zu überwinden (Grenzdrehgeschwindigkeit).
  • Dabei ist zu berücksichtigen, dass bei abgeschalteter Antriebseinheit, anders als während der normalen geregelten Betriebsphase, kein positives Betriebsdrehmoment existiert, welches dem Lastmoment, insbesondere dem erhöhten Lastmoment in der Kompressionsphase entgegenwirkt, so dass bei abgeschalteter Antriebseinheit die durch das erhöhte Lastmoment in der Kompressionsphase auf den Kompressionsmechanismus wirkenden Stöße sozusagen ungebremst durchschlagen und daher die Auswirkungen in Bezug auf die Auslenkung der Federelemente noch gravierender sind, als dies in der normalen geregelten Betriebsphase der Fall ist, wo das positive Betriebsdrehmoment den Stößen entgegenwirkt und diese damit etwas dämpft.
  • Dies wiederum führt dazu, dass die Auslenkung der Federelemente bei geringen Drehzahlen während des Anhalteprozesses noch größer ist als während des normalen geregelten Betriebs des Kältemittelkompressors bei denselben geringen Drehzahlen und damit die Wahrscheinlichkeit eines Kontaktes zwischen Kompressionsmechanismus/Antriebseinheit und Gehäuse ebenfalls höher ist, womit insgesamt eine höhere Lärmemission verbunden ist.
  • Hinzu kommt, dass für den Fall, dass sich der der Kolben gerade in einer Kompressionsphase befindet, wenn die kinetische Energie der Kurbelwelle nicht mehr ausreicht, um das Lastmoment zu überwinden, die Situation eintreten kann, dass der Kolben des Kompressionsmechanismus wieder in Richtung des zweiten Totpunktes zurückgedrückt wird, sich die Drehrichtung des Kompressionsmechanismus damit umkehrt.
  • Mit der Drehrichtungsumkehr ist ein zusätzlicher, auf den Kompressionsmechanismus wirkender Anhalteruck verbunden, der zu einer zusätzlichen Auslenkung der Federelemente führt.
  • Gerade während des Anhalteprozesses, wo, wie oben bereits beschrieben, kein positives Betriebsdrehmoment dem Lastmoment entgegenwirkt und das in der Kompressionsphase wirkende erhöhte Lastmoment sowieso schon stoßartig das Schwingungssystem in Bereich seiner Eigenfrequenz anregt, trägt der Anhaltruck aufgrund der Drehrichtungsumkehr noch mehr zur Auslenkung der Federelemente bei, so dass die Wahrscheinlichkeit, dass der Kompressionsmechanismus/die Antriebseinheit an der Gehäusewand anschlagen, nochmals erhöht wird und damit unerwünschte Geräuschemissionen verursachen.
  • Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die antriebslose Phase durch Anlegen eines Bremsmomentes zu beenden und dadurch zumindest ein Zurückschlagen des Kältemittelkompressors und damit des Anhalterucks zu vermeiden. Dabei ist es vorgesehen, die nach dem Abschaltzeitpunkt antriebslos drehende Kurbelwelle bei Unterschreiten einer bestimmten Drehgeschwindigkeit durch Anlegen eines Bremsmomentes aktiv abzubremsen und zum Stillstand zu bringen. Dazu ist es erforderlich, die Drehgeschwindigkeit der antriebslos drehenden Kurbelwelle nach dem Abschaltzeitpunkt ständig zu überwachen und die Kurbelwelle bei einer definierten Drehgeschwindigkeit, die jedenfalls noch ausreichend hoch sein muss, um das Lastmoment bis dahin überwinden zu können, also über der Grenzdrehgeschwindigkeit liegen muss, mittels des Bremsmomentes, welches am Ende des Anhalteprozesses an die Kurbelwelle angelegt wird, aktiv abzubremsen.
  • Aus Gründen der Energieeffizienz kann das den Stillstand der Kurbelwelle herbeiführende Bremsmoment sinnvoller Weise erst nach Unterschreiten einer bestimmten Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle angelegt werden, da der Energieaufwand eines den Stillstand einer sich mit höherer als dieser bestimmten Drehgeschwindigkeit drehenden Kurbelwelle herbeiführenden Bremsmomentes unverhältnismäßig hoch wäre. Um diese bestimmte Drehgeschwindigkeit zu erreichen, sieht es der Stand der Technik vor, dem besagten Bremsprozess einen vergleichsweise langen Zeitraum vorhergehen zu lassen, welcher Zeitraum sich zwischen dem Abschaltsignal und dem Anlegen des Bremsmomentes erstreckt und in welchem die Kurbelwelle ausläuft, ohne einem positiven Betriebsdrehmoment oder einem diesem entgegen gerichteten Bremsmomentausläuft ausgesetzt zu sein. Der zum Abschaltzeitpunkt einsetzende Anhalteprozess setzt sich bei elektronischen Steuerungseinrichtungen nach dem Stand der Technik somit aus dem Zeitraum, in welchem die Kurbelwelle unkontrolliert ausläuft, und dem finalen Bremsprozess, welcher den Stillstand der Kurbelwelle herbeiführen soll, zusammen.
  • Aus den oben diskutierten Gründen problematisch ist jedoch, dass der Anhalteprozess insbesondere durch das Auslaufenlassen der Kurbelwelle zum Erreichen der bestimmten Drehgeschwindigkeit, ab welcher das Bremsmoment sinnvoller Weise angelegt werden kann, drastisch verlängert wird. Zusätzlich zu den damit einhergehenden Lärmemissionen, welche durch das - zunächst sehr langsame - Durchlaufen des kritischen Drehgeschwindigkeitsbereiches hervorgerufen werden, stellt sich das weitere Problem ein, dass die elektronische Steuerungseinrichtung zwecks ständiger Überwachung der Drehgeschwindigkeit auch während des gesamten Zeitraumes, in dem die Kurbelwelle ungeregelt ausläuft, mit Strom versorgt werden muss. Ein Abschalten der Stromversorgung der elektronischen Steuerungseinrichtung, die üblicherweise durch die Elektronik des Kühlgerätes, in dem der Kältemittelkompressor zum Einsatz kommt, erfolgt, kann somit bei elektronischen Steuerungseinrichtungen gemäß dem Stand der Technik erst erfolgen, wenn die Kurbelwelle zum Stillstand gebracht wurde. Aus den genannten Gründen kann somit zusammenfassend festgestellt werden, dass der Betrieb von bekannten drehgeschwindigkeitsvariablen Kältemittelkompressoren bei geringen Drehzahlen eine Anregung des Schwingungssystems im Bereich deren Eigenfrequenzen verursacht und deshalb zu unerwünschten Schallemissionen führt. Da dieser Effekt besonders stark während des Anhalteprozesses zu beobachten ist, in welchem die Kurbelwelle des Kältemittelkompressors einen hinsichtlich der Lärmerzeugung kritischen Drehgeschwindigkeitsbereich durchlaufen muss, ist grundsätzlich ein möglichst kurzer Anhalteprozess wünschenswert. Diesem Bestreben steht bei elektronischen Steuerungseinrichtungen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, jedoch die Notwendigkeit entgegen, die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle zuerst unter einen bestimmten Wert der Drehgeschwindigkeit zu reduzieren, bevor das den Stillstand der Kurbelwelle herbeiführende Bremsmoment mit vertretbarem Energieaufwand und ohne Gefährdung etwaiger elektronsicher Bauteile der Steuerungseinrichtung angelegt werden kann. DE20 2012 013046 zeigt eine gattungstypische Steuerungseinrichtung für Kompressoren. Das Bremsmoment wird dort wie oben beschrieben erst nach Unterschreiten einer bestimmten Drehzahl angelegt.
    • AUFGABE DER ERFINDUNG
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektronische Steuerungseinrichtung für einen Kältemittelkompressor bereit zu stellen, welche ein rasches und energieeffizientes Anhalten des Kältemittelkompressors, insbesondere der Kurbelwelle des Kältemittelkompressors, ermöglicht und eine durch Betrieb des Kältemittelkompressors bei geringen Drehzahlen - also insbesondere während des Anhalteprozesses - hervorgerufene Lärmentwicklung möglichst gering hält.
  • Zudem ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Kältemittelkompressor und ein Kühlgerät bereit zu stellen, welche die eben genannten Vorteile bieten. Außerdem ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkompressors bereit zu stellen, welches ein rasches und kosteneffizientes Anhalten des Kältemittelkompressors ermöglicht und die mit dem Abbremsen und Anhalten verbundene Lärmentwicklung möglichst gering hält.
    • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Eine der vorstehend genannten Aufgaben wird bei einer erfindungsgemäßen elektronischen Steuerungseinrichtung für einen Kältemittelkompressor, welcher zumindest
    • eine Antriebseinheit sowie
    • einen mit der Antriebseinheit in Wirkverbindung stehenden Kompressionsmechanismus mit zumindest einem sich in einem Zylinder eines Zylinderblocks des Kältemittelkompressors in einem Betriebszustand des Kältemittelkompressors zur betriebsgemäßen Verdichtung von Kältemittel hin- und herbewegenden und über eine Kurbelwelle der Antriebseinheit angetriebenen Kolben umfasst,
    wobei die elektronische Steuerungseinrichtung des Kältemittelkompressors zumindest dazu eingerichtet ist,
    • zumindest einen physikalischen Prozessparameter, vorzugsweise die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle oder die Leistungsaufnahme des Kältemittelkompressors, zu detektieren,
    • ein an den Kältemittelkompressor gerichtetes Abschaltsignal zu detektieren, welches Abschaltsignal eine Betriebsphase des Kältemittelkompressors beendet, in welcher Betriebsphase der Kältemittelkompressor mit einem positiven Betriebsdrehmoment bestimmungsgemäß betrieben wird, sowie dazu eingerichtet ist,
    • ein von der Antriebseinheit an die Kurbelwelle zur Einstellung deren Drehgeschwindigkeit angelegtes Drehmoment zu regeln,
    dadurch gelöst, dass die elektronische Steuerungseinrichtung weiters dazu eingerichtet ist, unmittelbar nach Detektieren des Abschaltsignals ein Bremsmoment an die Kurbelwelle anzulegen, wobei das Bremsmoment dem während der Betriebsphase vorherrschenden positiven Drehmoment entgegengerichtet ist und der Betrag dieses Bremsmomentes eine Funktion des detektierten physikalischen Prozessparameters, vorzugsweise der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle oder der Leistungsaufnahme des Kältemittelkompressors, ist.
  • Das erfindungsgemäße Anlegen des Bremsmomentes an die Kurbelwelle führt dazu, dass der Bremsprozess unmittelbar an die Betriebsphase, in welcher der Kältemittelkompressor mit positivem Betriebsdrehmoment betrieben wurde, anschließt und somit zeitgleich mit dem Anhalteprozess einsetzt. Eine aus dem Stand der Technik bekannte Verlängerung des Anhalteprozesses durch ein Auslaufenlassen der Kurbelwelle, um deren Drehgeschwindigkeit vor dem eigentlichen Bremsprozess, welcher durch Anlegen des Bremsmomentes eingeleitet wird, zu verringern, wird somit vermieden. Stattdessen beginnt der Bremsprozess in dem unmittelbar auf das Detektieren des Abschaltsignals folgenden Moment und erstreckt sich in der Regel bis zum Stillstand der Kurbelwelle. Insgesamt ergibt sich somit ein im Vergleich zum Stand der Technik deutlich verkürzter Anhalteprozess, welcher durch die Vermeidung eines Auslaufenlassens der Kurbelwelle einerseits und eine schnellere Abbremsung der Kurbelwelle durch den früher einsetzenden Bremsprozess andererseits bedingt ist.
  • Darüber hinaus ermöglicht die erfindungsgemäße Wahl des Betrags des Bremsmomentes als Funktion des detektierten Prozessparameters des Kältemittelkompressors ein besonders energieeffizientes Abbremsen der Kurbelwelle, da zu verschiedenen Prozesszeitpunkten während des Bremsprozesses verschiedene Bremsmomente an die Kurbelwelle angelegt werden können.
  • Als besonders vorteilhaft hat sich die Wahl des Bremsmomentes als Funktion der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle des Kältemittelkompressors herausgestellt, da insbesondere hohe Bremsmomente zu Beginn des Bremsprozesses - also dann, wenn die Drehgeschwindigkeit noch hoch ist - mit einem erhöhten Energieverlust einhergehen. Zudem kann ein rasches und zugleich energieeffizientes Anhalten der Kurbelwelle bewerkstelligt werden, indem das jeweils anliegende Bremsmoment über den gesamten Bremsprozess in Abhängigkeit von der jeweiligen Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle variiert wird.
  • Deshalb ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektronischen Steuerungseinrichtung vorgesehen, dass der physikalische Prozessparameter die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle ist.
  • Da ein energetisch günstiges Abbremsen der Kurbelwelle insbesondere bei geringen Drehgeschwindigkeiten erreicht werden kann, ist es bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektronischen Steuerungseinrichtung vorgesehen, dass der Betrag des an die Kurbelwelle angelegten Bremsmomentes unmittelbar nach Detektieren des Abschaltsignals indirekt proportional jener Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle ist, welche die Kurbelwelle im Moment des Detektierens des Abschaltsignals innehat.
  • Dadurch wird das zu Beginn des Bremsprozesses - also unmittelbar nach Detektieren des Abschaltsignals - an die Kurbelwelle angelegte Bremsmoment im Falle hoher bzw. geringer Drehgeschwindigkeiten während der dem Abschaltsignal vorangehenden Betriebsphase geringer bzw. höher gewählt. Bei geringen Drehgeschwindigkeiten führt eine dementsprechende Wahl des Bremsmomentes zu einer weiteren Verkürzung des Anhalteprozesses, da die Kurbelwelle schon zu Beginn des Anhalteprozesses einem hohen Bremsmoment ausgesetzt ist. Bei hohen Drehgeschwindigkeiten der Kurbelwelle im Moment des Detektierens des Abschaltsignals führt die erfindungsgemäße Wahl des Bremsmomentes hingegen zu einen geringeren Energiebedarf über weite Strecken des Anhalteprozesses, während der erfindungsgemäße Anhalteprozess im Vergleich zu Anhalteprozessen mit einer Phase des Auslaufenlassens der Kurbelwelle gemäß dem Stand der Technik durch das bereits zu Beginn des Anhalteprozesses angelegte Bremsmoment dennoch verkürzt wird.
  • Um die Dauer des Anhalteprozesses weiter zu verkürzen und die mit dem Betrieb des Kältemittelkompressors bei geringen Drehzahlen einhergehende Lärmentwicklung so gering wie möglich zu halten, ist es vorteilhaft, das zu Beginn des Anhalteprozesses angelegte Bremsmoment über den gesamten Anhalteprozess aufrecht zu halten. Deshalb ist es bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektronischen Steuerungseinrichtung vorgesehen, dass das Bremsmoment bis zum Stillstand der Kurbelwelle aufrechterhalten wird.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektronischen Steuerungseinrichtung ist es vorgesehen, dass das an die Kurbelwelle angelegte Bremsmoment ein Bremsprofil ausbildet, wobei eine den Verlauf des Bremsprofils bestimmende Funktion von der elektronischen Steuerungseinrichtung gespeichert ist und vorzugsweise eine lineare Abhängigkeit von der jeweils aktuellen Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle und/oder der seit Detektion des Abschaltsignals verstrichenen Zeit umfasst.
  • Die Realisierung des Bremsmomentes als Bremsprofil, welches Bremsprofil den zeitlichen Verlauf des Bremsmomentes darstellt, ermöglicht eine optimale Anpassung des Betrags des Bremsmomentes an die sich während des Anhalteprozesses verringernde Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle. Ausgehend von dem Wert des Bremsmomentes zu Beginn des Anhalteprozesses - also unmittelbar nach Detektieren des Abschaltsignals -wird es beispielsweise möglich, den Betrag des angelegten Bremsmomentes im Laufe des Anhalteprozesses zu erhöhen, um die Bremswirkung sukzessive zu steigern. Dies kann in Anhängigkeit von der tatsächlichen Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle erfolgen, welche selbst wiederum von dem angelegten Bremsmoment abhängt und sich mit fortlaufender Dauer des Anhalteprozesses weiter verringert. Alternativ kann auch auf eine Messung und/oder Verwertung der jeweils aktuellen Drehgeschwindigkeit während des Anhalteprozesses verzichtet und das vorgefertigte Bremsprofil als Funktion der seit Detektion des Abschaltsignals verstrichenen Zeit bestimmt werden. In beiden Fällen ist es notwendig, dass eine das konkrete Bremsprofil festlegende Funktion - mit Funktionsparametern aktuelle Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle und/oder seit Detektieren des Abschaltsignals verstrichene Zeit - von der elektronischen Steuerungseinrichtung gespeichert ist. Insgesamt kann dadurch ein besonders vorteilhaftes Bremsprofil gewählt werden, welches dazu führt, dass die Kurbelwelle zu Beginn des Anhalteprozesses nur leicht gebremst wird und die Bremswirkung mit fortschreitender Verringerung der Drehgeschwindigkeit immer höher wird. Dadurch kann eine weitere Verkürzung des Anhalteprozesses sowie eine Verringerung des Energiebedarfs des Kältemittelkompressors während des Anhalteprozesses erreicht werden.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektronischen Steuerungseinrichtung ist es vorgesehen, dass die elektronische Steuerungseinrichtung dazu eingerichtet ist, in einem sich zwischen der Detektion des Abschaltsignals und dem Stillstand der Kurbelwelle erstreckenden Bremszeitraum die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle, vorzugsweise mehrmals, besonders bevorzugt ständig, mit vorgegebenen Drehgeschwindigkeitswerten zu vergleichen.
  • Dadurch wird es möglich, festzustellen, in welchem von mehreren, durch die konkrete Wahl der vorgegebenen Drehgeschwindigkeitswerte festgelegten Drehgeschwindigkeits-Regimen sich die Kurbelwelle während des Bremszeitraumes jeweils befindet. In diesem Zusammenhang hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die aktuelle Drehgeschwindigkeit mehrmals bzw. so oft wie technisch möglich, also ständig, während des Bremszeitraumes mit den vorgegebenen Drehgeschwindigkeitswerten abzugleichen. Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die das Bremsprofil bestimmende Funktion, welche von der elektronischen Steuerungseinrichtung gespeichert ist, für jedes Drehgeschwindigkeits-Regime, also für jeweils alle zwischen zwei der vorgegebenen Drehgeschwindigkeitswerten liegende Werte der aktuellen Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle, einen anderen Wert oder einen anderen Verlauf (beispielsweise Steigung, Krümmung) des angelegten Bremsprofils festlegt.
  • Daher ist es bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektronischen Steuerungseinrichtung vorgesehen, dass der Verlauf des Bremsprofils im Wesentlichen einer stückweise linearen Funktion folgt, wobei jedem der vorgegebenen Drehgeschwindigkeitswerte ein Abschnitt des Bremszeitraumes zugeordnet ist, innerhalb dessen diese stückweise lineare Funktion eine im Wesentlichen konstante Steigung aufweist.
  • Dadurch ermöglicht es die erfindungsgemäße elektronische Steuerungseinrichtung, den Bremszeitraum in beliebig viele Abschnitte zu unterteilen, wobei das Bremsprofil in jedem dieser Abschnitte dem Verlauf einer linearen Funktion mit einer bestimmten, dem jeweiligen Bereich zugeordneten Steigung folgt. Dadurch kann das Bremsprofil auf besonders einfache, stabile und leicht implementierbare Weise an die Kurbelwelle angelegt werden und gleichzeitig eine optimale Anpassung des jeweiligen Bremsmomentes an die Momentangeschwindigkeit der Kurbelwelle sichergestellt werden. Anders als im streng mathematischen Sinne einer (stückweise) linearen Funktion ist der Begriff der stückweisen Linearität im vorliegenden Dokument so auszulegen, dass der Wert der Steigung jede beliebige reelle Zahl, insbesondere auch Null, annehmen kann. In diesem Sinne kann es vorgesehen sein, dass die den Verlauf des Bremsprofils bestimmende Funktion innerhalb eines Abschnittes des Bremszeitraumes konstant ist, wobei die besagte Steigung - im Einklang mit obiger Diktion - in diesem Abschnitt Null wäre.
  • Bei einer anderen besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektronischen Steuerungseinrichtung ist es vorgesehen, dass der sich aus dem Verlauf des Bremsprofils ergebende Betrag des Bremsmomentes einer vom Zeitpunkt der Detektion des Abschaltsignals zum Zeitpunkt des Stillstands der Kurbelwelle hin monoton steigenden Funktion der seit Detektion des Abschaltsignals verstrichenen Zeit folgt.
  • Da bei dieser Ausführungsform der Steuerungseinrichtung der Betrag des Bremsmomentes einer vom Zeitpunkt der Detektion des Abschaltsignals zum Zeitpunkt des Stillstands der Kurbelwelle hin monoton steigenden (steigt oder bleibt gleich), vorzugsweise streng monoton steigenden (steigt immer), Funktion der seit Detektion des Abschaltsignals verstrichenen Zeit folgt, ist sichergestellt, dass die Bremswirkung, der die Kurbelwelle unmittelbar nach dem Detektieren des Abschaltsignals ausgesetzt ist, während des gesamten Anhalteprozesses zunimmt oder zumindest nicht kleiner wird. Dadurch kann ein rasches und energieeffizientes Anhalten der Kurbelwelle - zunächst unabhängig von dem jeweiligen Momentanwert der Drehgeschwindigkeit und deren konkretem Verlauf während des gesamten Bremszeitraumessichergestellt werden.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird auch durch einen Kältemittelkompressor zur Verwendung in einem Kühlgerät, vorzugsweise in einem Kühlschrank oder Gefrierschrank, wobei der Kältemittelkompressor eine erfindungsgemäße elektronische Steuerungseinrichtung umfasst, gelöst.
  • Dadurch können alle oben beschriebenen Vorteile der erfindungsgemäßen elektronischen Steuerungseinrichtung in Verbindung mit einem zur Verwendung in einem Kühlgerät geeigneten Kältemittelkompressor genutzt werden. Insbesondere wird es möglich, die während des Anhalteprozesses auftretende Lärmentwicklung möglichst gering zu halten und ein rasches sowie energieeffizientes Anhalten des Kompressors in Reaktion auf das Detektieren des von einer Steuereinrichtung des Kühlgerätes an den Kältemittelkompressor gerichteten Abschaltsignals zu gewährleisten.
  • Eine Aufgabe der Erfindung wird auch bei einem Kühlgerät, vorzugsweise einem Kühlschrank oder Gefrierschrank, mit einem eine erfindungsgemäße elektronische Steuerungseinrichtung aufweisenden Kältemittelkompressor gelöst. Hierdurch werden alle oben diskutierten Vorteile auch in dem erfindungsgemäßen Kühlgerät nutzbar.
  • Eine Aufgabe der Erfindung wird bei einem Verfahren zum Betreiben eines zur Verwendung in einem Kühlgerät, vorzugsweise in einem Kühlschrank oder Gefrierschrank, geeigneten Kältemittelkompressors, welcher einen Kompressionsmechanismus zur Verdichtung von Kältemittel sowie eine Antriebseinheit umfasst, wobei der Kompressionsmechanismus mittels einer mit einem Drehmoment beaufschlagten Kurbelwelle der Antriebseinheit angetrieben wird, dadurch gelöst, dass es die folgenden Schritte umfasst:
    • Detektieren eines eine Betriebsphase, in der der Kältemittelkompressor mit einem positiven Betriebsdrehmoment bestimmungsgemäß betrieben wird, beendenden Abschaltsignals;
    • Detektieren eines physikalischen Prozessparameters, vorzugsweise einer Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle oder einer Leistungsaufnahme des Kältemittelkompressors;
    • Anlegen eines Bremsmomentes an die Kurbelwelle unmittelbar nach dem Detektieren des Abschaltsignals, wobei das Bremsmoment dem positiven Betriebsdrehmoment in seiner Wirkrichtung entgegengesetzt und der Betrag des Bremsmomentes eine Funktion des detektierten physikalischen Prozessparameters, vorzugsweise der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle oder der Leistungsaufnahme des Kältemittelkompressors, ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es dabei, dass der Bremsprozess unmittelbar nach dem Detektieren des Abschaltsignals und somit gleichzeitig mit dem Anhalteprozess beginnt. Außerdem ermöglicht es, den Bremsvorgang, also insbesondere den unmittelbar nach Detektieren des Abschaltsignal angelegten Betrag des Bremsmomentes, also den Betrag eines dem Betriebsdrehmoment entgegengerichteten Drehmomentes, an diejenige Betriebsphase anzupassen, welche durch das Abschaltsignal beendet wurde. Dadurch wird der Anhalteprozess der Kurbelwelle insgesamt deutlich verkürzt, wodurch sich sowohl die Lärmentwicklung als auch der mit dem den Stillstand der Kurbelwelle herbeiführenden Bremsmoment verbundene Energieverbrauch während des Anhalteprozesses reduzieren lassen.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass der physikalische Prozessparameter die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle ist.
  • Da die Drehgeschwindigkeit, die die Kurbelwelle zu Beginn des Anhalteprozesses, also unmittelbar nach dem Detektieren des Abschaltsignals, innehat, maßgeblich für das zum Anhalten der Kurbelwelle benötigte Bremsmoment ist, ermöglicht diese Ausführungsform ein besonders effizientes und rasches Anhalten der Kurbelwelle.
  • Da das für eine festgelegte Reduktion der Drehgeschwindigkeit in einem festgelegten Zeitintervall notwendige Bremsmoment im Falle einer hohen Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle viel höher ist als das für die selbe Reduktion der Drehgeschwindigkeit in dem selben Zeitintervall notwendige Bremsmoment im Falle einer geringen Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle, ist es bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass der Betrag des an die Kurbelwelle angelegten Bremsmomentes unmittelbar nach Detektieren des Abschaltsignals im Wesentlichen indirekt proportional jener Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle ist, welche die Kurbelwelle im Moment des Detektierens des Abschaltsignals innehat.
  • Dadurch kann der Anhalteprozess verkürzt und der zum Anhalten der Kurbelwelle notwendige Gesamtenergieverbrauch erheblich reduziert werden.
  • Um den Anhalteprozess weiter zu verkürzen, ist es bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass das Bremsmoment zumindest abschnittsweise innerhalb eines Bremszeitraumes, vorzugsweise jedoch bis zum Stillstand der Kurbelwelle, aufrecht erhalten wird, wobei der Bremszeitraum jener Zeitraum zwischen dem Detektieren des Abschaltsignals und dem Stillstand der Kurbelwelle ist.
  • Bei einer anderen besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass das Bremsmoment in Form eines Bremsprofils an die Kurbelwelle angelegt wird, wobei eine den Verlauf des Bremsprofils bestimmende Funktion von der elektronischen Steuerungseinrichtung gespeichert ist, und vorzugsweise eine lineare Abhängigkeit von der jeweils aktuellen Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle und/oder von der seit Detektion des Abschaltsignals verstrichenen Zeit umfasst.
  • Durch Verwendung eines solchen Bremsprofils kann das zum Anhalten der Kurbelwelle notwendige Bremsmoment über den gesamten Bremsprozess hinweg variiert werden, was zu einer weiteren Verkürzung des Anhalteprozesses genützt werden kann.
  • Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass der sich aus dem Verlauf des Bremsprofils ergebende Betrag des Bremsmomentes vom Zeitpunkt der Detektion des Abschaltsignals zum Zeitpunkt des Stillstands der Kurbelwelle hin monoton steigt.
  • Somit ist sichergestellt, dass die Bremswirkung, welcher die Kurbelwelle ausgesetzt ist, im Laufe des Anhalteprozesses stetig anwächst und ein rasches Anhalten der Kurbelwelle möglich wird.
  • Um festzustellen, in welchem von mehreren, durch die konkrete Wahl der vorgegebenen Drehgeschwindigkeitswerte festgelegten Drehgeschwindigkeits-Regime sich die Kurbelwelle während des Bremszeitraumes jeweils befindet, ist es bei einer bevorzugten ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass während des Bremszeitraumes die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle, vorzugsweise mehrmals, besonders bevorzugt ständig, mit vorgegebenen Drehgeschwindigkeitswerten verglichen wird und der Bremszeitraum zumindest abschnittsweise, vorzugsweise der gesamte Bremszeitraum, in Prozesszeitabschnitte unterteilt wird, wobei in jedem dieser Prozesszeitabschnitte die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle jeweils in einem Wertebereich liegt, der einem der vorgegebenen Drehgeschwindigkeitswerte zugeordnet ist.
  • Um ein besonders einfach implementierbares und effizientes Bremsprofil zu erhalten, ist es bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass der Verlauf des Bremsprofils im Wesentlichen einer stückweise linearen Funktion der Prozesszeit folgt, wobei diese Funktion in jedem Prozesszeitabschnitt einen Abschnitt mit konstanter Steigung aufweist.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung ist beispielhaft und soll den Erfindungsgedanken zwar darlegen, ihn aber keinesfalls einengen oder gar abschließend wiedergeben.
  • Dabei zeigt:
    • FIG. 1
    zwei einander korrespondierende Diagramme, welche einen mittels einer erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung geregelten Anhalteprozess darstellen.
    WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • FIG. 1 zeigt zwei zueinander korrespondierende Diagramme, welche die Drehgeschwindigkeit n einer Kurbelwelle eines Kältemittelkompressors sowie das an die Kurbelwelle angelegte Drehmoment M während einer Betriebsphase II, in der der Kältemittelkompressor bestimmungsgemäß betrieben wird, wie auch während eines an diese Betriebsphase anschließenden Anhalteprozesses III, jeweils als Funktion der Prozesszeit t, darstellen.
  • Zum Zeitpunkt t0, welcher mit dem Ursprung der Abszisse zusammen fällt, detektiert eine erfindungsgemäße elektronische Steuerungseinrichtung ein an den Kältemittelkompressor gerichtetes Start-Signal. In Reaktion auf das Start-Signal versetzt eine Antriebseinheit des Kältemittelkompressors die Kurbelwelle des Kältemittelkompressors in Bewegung. Nachdem die Kurbelwelle im Laufe eines entsprechenden Startvorganges I des Kältemittelkompressors zuerst in eine vorgegebene Position bewegt wurde, wird die Kurbelwelle von dieser Position aus auf eine vorgegebene Drehgeschwindigkeit nStart beschleunigt. Sobald die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle den Wert nStart erreicht hat, ist der Startvorgang I abgeschlossen und ist der Kältemittelkompressor einsatzbereit, um von einem Kühlgerät, in welchem der Kältemittelkompressor zum Einsatz kommt, benötigte Kühlleistung bei Bedarf zur Verfügung zu stellen. Solange ein solcher Bedarf nicht besteht bzw. von einer weiteren Steuerungseinrichtung des Kühlgerätes, in welchem der Kältemittelkompressor zum Einsatz kommt, nicht an die erfindungsgemäße elektronische Steuerungseinrichtung des Kältemittelkompressors kommuniziert wurde, behält die Kurbelwelle die Drehgeschwindigkeit nStart bei. Das Erreichen und Halten der Startgeschwindigkeit nStart kann erfindungsgemäß mittels eines offenen Regelkreises bewerkstelligt werden.
  • Sobald der erfindungsgemäßen elektronischen Steuerungseinrichtung ein bestimmter Bedarf an Kühlleistung mitgeteilt wird, welche Kühlleistung von der weiteren Steuerungselektronik des Kühlgerätes automatisch festgelegt oder von einem Benutzer des Kühlgerätes manuell bestimmt werden kann und welche Kühlleistung zu einer bestimmten gewünschten Temperatur innerhalb des Kühlgerätes korrespondiert, wird die Drehgeschwindigkeit n der Kurbelwelle mittels eines geschlossenen Regelkreises von der Startgeschwindigkeit nStart auf einen in einem Bereich zwischen etwa 700 Umdrehungen pro Minute (im Folgenden mit rpm abgekürzt) und 4000 rpm liegenden und zum vorgegebenen Bedarf an Kühlleistung korrespondierenden Drehgeschwindigkeits-Sollwert nSoll geregelt. Dazu wird ein bestimmtes, positives Betriebsdrehmoment M an die Kurbelwelle angelegt, welches in Abstimmung mit einem gemessenen Wert der aktuellen Drehgeschwindigkeit n der Kurbelwelle variiert wird, bis der Drehgeschwindigkeits-Sollwert nSoll erreicht ist. Dieser Drehgeschwindigkeits-Sollwert nSoll wird beibehalten, bis dem Kühlgerät die geforderte Kühlleistung zur Verfügung gestellt wurde und im Resultat die gewünschte Temperatur im Kühlgerät oder einem Bereich des Kühlgerätes, etwa dem Gefrierfach eines Kühlschrankes, erreicht ist.
  • In Folge des Erreichens der gewünschten Temperatur wird der elektronischen Steuerungseinrichtung dies in Form eines an den Kältemittelkompressor gerichteten Abschaltsignals mitgeteilt. Der im Anschluss an das Detektieren dieses Abschaltsignals einsetzender Anhalteprozess III, an dessen Ende der vollkommene Stillstand der Kurbelwelle steht, gestaltet sich erfindungsgemäß wie folgt:
    • Unmittelbar nach Detektieren des Abschaltsignals legt die elektronische Steuerungseinrichtung ein dem in der Betriebsphase II vorherrschenden Drehmoment (seiner Richtung nach) entgegen gerichtetes Drehmoment, also ein Bremsmoment, an die Kurbelwelle an und leitet somit gleichzeitig den Bremsprozess ein. Der Anhalteprozess III weist somit keinen aus dem Stand der Technik bekannten, dem Bremsprozess vorhergehenden Zeitraum auf, in welchem die Kurbelwelle unkontrolliert ausläuft, um die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle vor Anlegen des Bremsmomentes unter einen bestimmten,
    • ausreichend geringen Wert zu reduzieren. Dadurch wird der Anhalteprozess insgesamt deutlich verkürzt, womit eine Verkürzung jener Zeit einhergeht,
    • innerhalb welcher der Kältemittelkompressor einen hinsichtlich der Lärmerzeugung kritischen Drehgeschwindigkeitsbereich, also den Bereich zwischen etwa 700 rpm und 0 rpm, durchläuft.
  • Da jedoch das Bremsmoment, welches notwendig wäre, um die zum Zeitpunkt des Detektierens des Abschaltsignals eine hohe Drehgeschwindigkeit nSoll innehabende Kurbelwelle vollständig abzubremsen, also zum Stillstand zu bringen, sowohl aus Sicht der Energieeffizienz, wie auch aus lärmtechnischen Gründen viel zu hoch wäre und darüber hinaus auch die Gefahr bestünde, dass Komponenten der Steuerungseinrichtung und/oder des Kältemittelkompressors während dieses heftigen Abbremsens Schaden nehmen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das unmittelbar nach dem Detektieren des Abschaltsignals an die Kurbelwelle angelegte Bremsmoment eine Funktion jener Drehgeschwindigkeit ist, die die Kurbelwelle zum Zeitpunkt des Detektierens des Abschaltsignals inne hat.
  • Konkret ist es vorgesehen und aus Fig. 1 deutlich ersichtlich, dass das unmittelbar nach dem Detektieren des Abschaltsignals an die Kurbelwelle angelegte Bremsmoment im Falle eines hohen Soll-Wertes der Drehgeschwindigkeit nSoll der Kurbelwelle zum Zeitpunkt des Detektierens des Abschaltsingals geringer ist als im Falle einer geringen Drehgeschwindigkeit nSoll der Kurbelwelle zum Zeitpunkt des Detektierens des Abschaltsignals. Der Betrag des unmittelbar nach Detektieren des Abschaltsignals an die Kurbelwelle angelegten Bremsmomentes ist somit indirekt proportional jener Drehgeschwindigkeit nSoll, die die Kurbelwelle zum Zeitpunkt des Detektierens des Abschaltsignals innehat. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass bei der Festlegung des Betrages des Bremsmomentes unmittelbar nach Detektieren des Abschaltsignals ein anderer detektierter, physikalischer Prozessparameter, beispielsweise die Leistungsaufnahme des Kältemittelkompressors, an die Stelle der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle tritt - das Bremsmoment also die Funktion eines anderen Prozessparameters ist.
  • Hat die Kurbelwelle also zum Zeitpunkt des Detektierens des Abschaltsignals eine hohe Drehgeschwindigkeit nSoll inne, so führt das zu Beginn des Anhalteprozesses angelegte Bremsmoment zunächst zu einer vergleichsweise schwachen Abbremsung der Kurbelwelle, wohingegen die Bremswirkung vergleichsweise hoch ist, wenn die Kurbelwelle eine geringe Drehgeschwindigkeit nSoll zum Zeitpunkt des Detektierens des Abschaltsignals innehat.
  • Aufgrund des bereits gleichzeitig mit dem Beginn des Anhalteprozesses einsetzenden Bremsprozesses verringert sich die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle schneller als bei Kältemittelkompressoren gemäß dem Stand der Technik, bei denen die Kurbelwelle zum Zweck der Geschwindigkeitsreduktion zunächst unkontrolliert ausläuft bevor das Bremsmoment, das schließlich den vollkommenen Stillstand der Kurbelwelle herbeiführen und eine Umkehr der Drehrichtung im letzten Moment des Anhalteprozesses verhindern soll, an die Kurbelwelle angelegt wird.
  • Um mit fortschreitender Prozesszeit t seit Detektieren des Abschaltsignals eine immer stärkere Bremswirkung zu erzielen, bildet das an die Kurbelwelle angelegte Bremsmoment ein sich über einen gesamten, sich zwischen dem Detektieren des Abschaltsignals und dem Stillstand der Kurbelwelle erstreckenden Bremszeitraum erstreckendes Bremsprofil aus. Das heißt, dass die Kurbelwelle während des gesamten Bremszeitraumes einem Bremsmoment ausgesetzt ist. Der Betrag dieses Bremsmomentes, welcher sich aus dem Verlauf des Bremsprofils ergibt, steigt dabei von dem Zeitpunkt des Detektierens des Abschaltsignals bis hin zum Stillstand der Kurbelwelle monoton an. Der Verlauf des Bremsprofils kann selbst wiederum eine Funktion der jeweils aktuellen Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle und/oder der (z.B. seit Beginn des Anhalteprozesses verstrichenen) Prozesszeit t beinhalten, wobei eine diesen Verlauf bestimmende Funktion von der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung gespeichert ist.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Bremszeitraum - ohne Beeinträchtigung der Allgemeinheit - in vier (Szenario 1) bzw. in zwei (Szenario 2) Prozesszeitabschnitte (T1, T2, T3, T4 bzw. T11, T22) unterteilt. Innerhalb jedes einzelnen dieser Prozesszeitabschnitte liegt die jeweilige Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle, die von der elektronischen Steuerungseinrichtung mit hoher Frequenz, beispielsweise mit einer höher als 10 Hz liegenden Frequenz, überwacht und mit vordefinierten Werten (n1, n2, n3, n0 bzw. n3, n0) der Drehgeschwindigkeit verglichen wird, jeweils in einem Bereich, der jeweils einem vordefinierten Wert der Drehgeschwindigkeit zugeordnet ist. Das sich über den gesamten Bremszeitraum und somit über alle Prozesszeitabschnitte (T1, T2, T3, T4 bzw. T11, T22) erstreckende Bremsprofil kann derart ausgebildet sein, dass es dem Verlauf einer stückweise linearen Funktion der Prozesszeit t folgt, wobei die Steigung dieser Funktion in jedem einzelnen der Prozesszeitabschnitte (T1, T2, T3, T4 bzw. T11 T22) jeweils einen anderen, konstanten Wert aufweist.
  • Unterhalb des letzten nicht-verschwindenden, vordefinierten Wertes der Drehgeschwindigkeit (in beiden Szenarien ist das die Drehgeschwindigkeit n3) nimmt die besagte Steigung der besagten stückweise linearen Funktion der Prozesszeit t den Wert Null an - das an die Kurbelwelle angelegte Bremsprofil, genauer dessen Betrag, ist in dem letzten Prozesszeitabschnitt (T4 im Falle von Szenario 1; T22 im Falle von Szenario 2) des Bremszeitraumes also konstant. Somit unterscheidet sich das durch die erfindungsgemäße elektronische Steuerungseinrichtung hervorgerufene Bremsverhalten während des finalen, dem Stillstand der Kurbelwelle unmittelbar vorhergehenden, Prozesszeitabschnittes von jenem der übrigen Prozesszeitabschnitte, innerhalb welcher der Betrag des Bremsmomentes jeweils monoton anwächst bzw. steigt.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • M
    Drehmoment
    n
    Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle
    nα,nβ,...
    vorgegebene Drehgeschwindigkeitswerte
    nStart
    vorgegebene Drehgeschwindigkeit
    nSoll
    Soll-Wert der Drehgeschwindigkeit
    t
    Prozesszeit
    t0
    Zeitpunkt des Detektierens eines Start-Signals
    Ti, Tii
    Prozesszeitabschnitte des Bremszeitraumes (i=1,2,...,11,22,...)

Claims (18)

  1. Elektronische Steuerungseinrichtung für einen Kältemittelkompressor, welcher zumindest
    - eine Antriebseinheit sowie
    - einen mit der Antriebseinheit in Wirkverbindung stehenden Kompressionsmechanismus mit zumindest einem sich in einem Zylinder eines Zylinderblocks des Kältemittelkompressors in einem Betriebszustand des Kältemittelkompressors zur betriebsgemäßen Verdichtung von Kältemittel hin- und herbewegenden und über eine Kurbelwelle der Antriebseinheit angetriebenen Kolben
    umfasst, wobei die elektronische Steuerungseinrichtung des Kältemittelkompressors zumindest dazu eingerichtet ist,
    - zumindest einen physikalischen Prozessparameter, vorzugsweise die Drehgeschwindigkeit (n) der Kurbelwelle oder die Leistungsaufnahme des Kältemittelkompressors, zu detektieren,
    - ein an den Kältemittelkompressor gerichtetes Abschaltsignal zu detektieren, welches Abschaltsignal eine Betriebsphase des Kältemittelkompressors beendet, in welcher Betriebsphase der Kältemittelkompressor mit einem positiven Betriebsdrehmoment bestimmungsgemäß betrieben wird, sowie dazu eingerichtet ist,
    - ein von der Antriebseinheit an die Kurbelwelle zur Einstellung deren Drehgeschwindigkeit (n) angelegtes Drehmoment zu regeln,
    dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuerungseinrichtung weiters dazu eingerichtet ist, unmittelbar nach Detektieren des Abschaltsignals ein Bremsmoment an die Kurbelwelle anzulegen, wobei das Bremsmoment dem während der Betriebsphase vorherrschenden positiven Drehmoment entgegengerichtet ist und der Betrag dieses Bremsmomentes eine Funktion des detektierten physikalischen Prozessparameters, vorzugsweise der Drehgeschwindigkeit (n) der Kurbelwelle oder der Leistungsaufnahme des Kältemittelkompressors, ist.
  2. Elektronische Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der physikalische Prozessparameter die Drehgeschwindigkeit (n) der Kurbelwelle ist.
  3. Elektronische Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag des an die Kurbelwelle angelegten Bremsmomentes unmittelbar nach Detektieren des Abschaltsignals indirekt proportional jener Drehgeschwindigkeit (n) der Kurbelwelle ist, welche die Kurbelwelle im Moment des Detektierens des Abschaltsignals innehat.
  4. Elektronische Steuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremsmoment bis zum Stillstand der Kurbelwelle aufrecht erhalten wird.
  5. Elektronische Steuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das das an die Kurbelwelle angelegte Bremsmoment ein Bremsprofil ausbildet, wobei eine den Verlauf des Bremsprofils bestimmende Funktion von der elektronischen Steuerungseinrichtung gespeichert ist und vorzugsweise eine lineare Abhängigkeit von der jeweils aktuellen Drehgeschwindigkeit (n) der Kurbelwelle und/oder der seit Detektion des Abschaltsignals verstrichenen Zeit umfasst.
  6. Elektronische Steuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuerungseinrichtung dazu eingerichtet ist, in einem sich zwischen der Detektion des Abschaltsignals und dem Stillstand der Kurbelwelle erstreckenden Bremszeitraum die Drehgeschwindigkeit (n) der Kurbelwelle, vorzugsweise mehrmals, besonders bevorzugt ständig, mit vorgegebenen Drehgeschwindigkeitswerten (nα,nβ,...) zu vergleichen.
  7. Elektronische Steuerungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf des Bremsprofils im Wesentlichen einer stückweise linearen Funktion folgt, wobei jedem der vorgegebenen Drehgeschwindigkeitswerte (nα,nβ,...) ein Abschnitt des Bremszeitraumes zugeordnet ist, innerhalb dessen diese stückweise lineare Funktion eine im Wesentlichen konstante Steigung aufweist.
  8. Elektronische Steuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der sich aus dem Verlauf des Bremsprofils ergebende Betrag des Bremsmomentes vom Zeitpunkt der Detektion des Abschaltsignals zum Zeitpunkt des Stillstands der Kurbelwelle hin monoton steigt.
  9. Kältemittelkompressor zur Verwendung in einem Kühlgerät, vorzugsweise in einem Kühlschrank oder Gefrierschrank, wobei der Kältemittelkompressor eine elektronische Steuerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
  10. Kühlgerät, vorzugsweise Kühlschrank oder Gefrierschrank, mit einem Kältemittelkompressor nach Anspruch 9.
  11. Verfahren zum Betreiben eines zur Verwendung in einem Kühlgerät, vorzugsweise in einem Kühlschrank oder Gefrierschrank, geeigneten Kältemittelkompressors, welcher einen Kompressionsmechanismus zur Verdichtung von Kältemittel sowie eine Antriebseinheit umfasst, wobei der Kompressionsmechanismus mittels einer mit einem Drehmoment beaufschlagten Kurbelwelle der Antriebseinheit angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst:
    - Detektieren eines eine Betriebsphase, in der der Kältemittelkompressor mit einem positiven Betriebsdrehmoment bestimmungsgemäß betrieben wird, beendenden Abschaltsignals;
    - Detektieren eines physikalischen Prozessparameters, vorzugsweise einer Drehgeschwindigkeit (n) der Kurbelwelle oder einer Leistungsaufnahme des Kältemittelkompressors;
    - Anlegen eines Bremsmomentes an die Kurbelwelle unmittelbar nach dem Detektieren des Abschaltsignals, wobei das Bremsmoment dem positiven Betriebsdrehmoment in seiner Wirkrichtung entgegengesetzt und der Betrag des Bremsmomentes eine Funktion des detektierten physikalischen Prozessparameters, vorzugsweise der Drehgeschwindigkeit (n) der Kurbelwelle oder der Leistungsaufnahme des Kältemittelkompressors, ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der physikalische Prozessparameter die Drehgeschwindigkeit (n) der Kurbelwelle ist.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag des an die Kurbelwelle angelegten Bremsmomentes unmittelbar nach Detektieren des Abschaltsignals im Wesentlichen indirekt proportional jener Drehgeschwindigkeit (n) der Kurbelwelle ist, welche die Kurbelwelle im Moment des Detektierens des Abschaltsignals innehat.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremsmoment zumindest abschnittsweise innerhalb eines Bremszeitraumes, vorzugsweise jedoch bis zum Stillstand der Kurbelwelle, aufrecht erhalten wird, wobei der Bremszeitraum jener Zeitraum zwischen dem Detektieren des Abschaltsignals und dem Stillstand der Kurbelwelle ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremsmoment in Form eines Bremsprofils an die Kurbelwelle angelegt wird, wobei eine den Verlauf des Bremsprofils bestimmende Funktion von der elektronischen Steuerungseinrichtung gespeichert ist, und vorzugsweise eine lineare Abhängigkeit von der jeweils aktuellen Drehgeschwindigkeit (n) der Kurbelwelle und/oder von der seit Detektion des Abschaltsignals verstrichenen Zeit umfasst.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der sich aus dem Verlauf des Bremsprofils ergebende Betrag des Bremsmomentes vom Zeitpunkt der Detektion des Abschaltsignals zum Zeitpunkt des Stillstands der Kurbelwelle hin monoton steigt.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass während des Bremszeitraumes die Drehgeschwindigkeit (n) der Kurbelwelle, vorzugsweise mehrmals, besonders bevorzugt ständig, mit vorgegebenen Drehgeschwindigkeitswerten (nα,nβ,...) verglichen wird und der Bremszeitraum zumindest abschnittsweise, vorzugsweise der gesamte Bremszeitraum, in Prozesszeitabschnitte (Tα,Tβ,...) unterteilt wird, wobei in jedem dieser Prozesszeitabschnitte (Tα,Tβ,...) die Drehgeschwindigkeit (n) der Kurbelwelle jeweils in einem Wertebereich liegt, der einem der vorgegebenen Drehgeschwindigkeitswerte (nα,nβ,...) zugeordnet ist.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf des Bremsprofils im Wesentlichen einer stückweise linearen Funktion der Prozesszeit folgt, wobei diese Funktion in jedem Prozesszeitabschnitt (Tα,Tβ,...) einen Abschnitt mit konstanter Steigung aufweist.
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