WO2019166326A1 - System umfassend einen kältemittelkompressor und verfahren zum betreiben des kältemittelkompressors - Google Patents

System umfassend einen kältemittelkompressor und verfahren zum betreiben des kältemittelkompressors Download PDF

Info

Publication number
WO2019166326A1
WO2019166326A1 PCT/EP2019/054361 EP2019054361W WO2019166326A1 WO 2019166326 A1 WO2019166326 A1 WO 2019166326A1 EP 2019054361 W EP2019054361 W EP 2019054361W WO 2019166326 A1 WO2019166326 A1 WO 2019166326A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
drive unit
speed
compression mechanism
revolutions
energy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2019/054361
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alfred Freiberger
Hans Peter SCHÖGLER
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.)
Secop GmbH
Original Assignee
Nidec Global Appliance Germany GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nidec Global Appliance Germany GmbH filed Critical Nidec Global Appliance Germany GmbH
Priority to US16/977,146 priority Critical patent/US20210062797A1/en
Priority to CN201980015814.3A priority patent/CN111836960A/zh
Publication of WO2019166326A1 publication Critical patent/WO2019166326A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/06—Control using electricity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B35/00—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
    • F04B35/04—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/02—Stopping, starting, unloading or idling control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2201/00—Pump parameters
    • F04B2201/02—Piston parameters
    • F04B2201/0201—Position of the piston
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2203/00—Motor parameters
    • F04B2203/02—Motor parameters of rotating electric motors
    • F04B2203/0209—Rotational speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/0005—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00 adaptations of pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/12—Casings; Cylinders; Cylinder heads; Fluid connections

Definitions

  • the present invention relates to a system
  • a compression mechanism operatively connected to a rotor of the drive unit having at least one piston reciprocable in a cylinder of a cylinder block and driven by a crankshaft for cyclically sucking refrigerant into the cylinder during a suction phase and the refrigerant during a subsequent to the suction phase
  • a piston position of the piston at least approximately
  • the present invention also relates to a
  • drivable compression mechanism comprising a piston and a crankshaft connected thereto via a connecting rod.
  • Such electronic control devices come with rotational speed variables or variable speed
  • Refrigerant compressors are used, in particular also with refrigerant compressors, which are based on the reciprocating piston principle
  • Variable speed refrigerant compressors have the advantage that they can be more specifically tailored to the refrigeration requirements of the object to be cooled by
  • Refrigeration request can be operated at a correspondingly higher speed.
  • Reciprocating refrigerant compressors consist essentially of a drive unit and a compression mechanism in the form of a cylinder in a cylinder housing between an upper and lower dead center reciprocating piston, which is connected via a connecting rod with a crankshaft, which in turn is rotationally rigidly coupled to a rotor of the drive unit.
  • the drive unit is typically a brushless DC motor. It is possible the
  • rotational speed is used when the
  • Speed of a crankshaft revolution is meant, so that value is commonly meant, if one speaks of the speed of a reciprocating refrigerant compressor.
  • Pressure ratio in the refrigerant circuit depends on and
  • Vibration system is located so that the deflections of the spring elements with each crankshaft revolution in such a way
  • Reciprocating refrigerant compressors in the normal, regulated operating phase not below a range between
  • Rotation speeds / speeds must be traversed.
  • the suspension process usually takes place as follows:
  • the electronic unit sends the target temperature
  • Control device of the refrigerator a signal to the electronic control device of the
  • Target temperature is reached. From the prior art it is known that then the electronic
  • Control device of the refrigerant compressor shuts off the drive (shutdown Z eit Vietnamese) and the stopping process begins.
  • crank shaft of the compression mechanism passes through even after the shutdown Z eittician each complete revolutions starting from the top dead center (crank angle 0 °), wherein firstly a suction phase (correct: Suction and
  • Discharge phase during which the refrigerant in the cylinder is compressed and pushed out of the cylinder.
  • the compression phase ends theoretically when the piston has reached the top dead center (crank angle 360 °) again.
  • the rotational speed behavior or speed behavior depends on the load torque acting on the compression mechanism.
  • the load torque leads to a reduction in the rotational speed or the speed of the non-driven
  • Refrigerant circuit may not be sufficient to overcome the load torque.
  • the kinetic energy is no longer enough to complete the compression phase and expel the compressed refrigerant so that the compressed refrigerant in the cylinder re-expands, pushing the piston back toward bottom dead center.
  • Compression mechanism after shutdown Z eit Vietnamese constantly closed monitor and at a defined speed, which in any case must still be high enough to overcome the load torque until then, the compression mechanism by means of a braking torque, which is applied to the compression mechanism, actively decelerate.
  • the aim of the invention is therefore to provide a system with a
  • Refrigerant compressor preferably one
  • Refrigerant compressor preferably one
  • the core of the subject invention to solve the above object is essential parameters of the
  • a compression mechanism operatively connected to a rotor of the drive unit having at least one piston reciprocable in a cylinder of a cylinder block and driven by a crankshaft for cyclically sucking refrigerant into the cylinder during a suction phase and refrigerant during a subsequent suction phase
  • a piston position of the piston at least approximately
  • the invention provides that the electronic
  • Control device is set up
  • Disconnect drive unit at the limit speed and the shutdown piston position Disconnect drive unit at the limit speed and the shutdown piston position.
  • Refrigerant compressor with a drive unit, a drivable by means of the drive unit
  • Compression mechanism comprising a piston and provided with this via a connecting rod in connection crankshaft according to the invention provided that the method following
  • Steps includes:
  • Drive unit is to be turned off at the reference piston position, to cause a standstill of the compression mechanism in the suction phase and switching off the drive unit at the turn-off speed,
  • the detection of the speed does not rule out in principle that the rotational speed can be detected.
  • Crankshaft rotational position can be specified in degrees, for example, the top or bottom dead center of the piston can be defined as 0 °.
  • connection drive unit is meant that the drive unit generates no positive (ie accelerating) or negative (ie braking) operating torque and the compression mechanism is non-driving, i.e. due to the inertia of the rotor and
  • Compression mechanism continues to run or expires.
  • Rotation energy stored essentially in the compression mechanism is a measure of how much of this rotational energy per
  • crankshaft rotation is used up during coasting.
  • the rotational energy used up per crankshaft revolution could also be referred to as rotational energy decrement.
  • the energy evaluation variable is in a certain, not necessarily known ratio to the rotation energy decrement.
  • the ratio is simply 1: 1, i. where a proportionality factor between the rotational energy decrement and the energy evaluation variable difference is simply 1.
  • the energy evaluation variable at a certain, in principle arbitrary measuring speed is a measure of how large the
  • Rotation energy at this measurement speed is. In particular, it is sufficient if the energy evaluation variable in one
  • ratio to the rotational energy is simply 1: 1, ie where a proportionality factor between the rotational energy and the energy evaluation quantity is simply 1.
  • the compression mechanism can be switched on and off by the
  • the predeterminable limit speed may be e.g. be stored in a memory of the controller or may possibly there
  • control device is set up to
  • Compression mechanism is driven so and the drive unit is turned off so that the compression mechanism comes to a standstill during the suction phase.
  • the energy evaluation variable difference can be determined particularly easily and quickly in the described manner when the drive unit is switched off and the compression mechanism is running out. By considering the Nachkommanteils of the determined number of revolutions can be accurately set whether the compression mechanism in the suction phase comes to a standstill or not.
  • control device in a preferred embodiment, provision is made for the control device to be set up only to switch off the drive unit and to determine the energy evaluation variable difference if the rotational speed is greater than or equal to a preferably predetermined minimum rotational speed. Analogously, it is at a preferred
  • Energy evaluation variable difference is determined when the speed is greater than or equal to one, preferably predetermined
  • Minimum speed is. In particular, this way can
  • Energy evaluation variable difference can be reliably and accurately determined.
  • the minimum speed may e.g. be stored in the memory of the controller or be.
  • the reference piston position is the top dead center (TDC) of the piston in the cylinder.
  • TDC top dead center
  • the top dead center is well defined and is therefore very well suited as a reference piston position.
  • Control device is adapted to the
  • N E (co b ) / W
  • N ' an adapted number of revolutions (N ') is calculated by dividing the number of revolutions to the next larger integer
  • the turn-off speed is calculated to be a constant factor (c) as the root of the product of the number of rotations adapted and the energy judgment quantity difference:
  • Cüabschalt C * (N '* W) °' 5 .
  • Compression mechanism is driven so that the shut-off speed ((O shutting off ) is reached, and the drive unit at the shut-off speed and the reference piston position
  • N E (co b ) / W
  • N ' an adapted number of revolutions (N ') is calculated by dividing the number of revolutions to the next larger integer
  • the addition of the adaptation number ensures that the fractional part of the adapted number of revolutions is such that with respect to the reference piston position
  • Compression mechanism safely stops in the suction phase. That when the compression mechanism comes to a stop, the piston position must be sufficiently after top dead center and sufficiently before the compression phase,
  • the determination speed in a range from 500 min -1 to 1500 min -1, preferably from 800 min -1 to 1200 min -1, is located. This ensures that the determination speed is above a lowest operating speed of the compressor and the energy evaluation variable difference can be determined reliably and accurately accordingly.
  • the electronic control device is adapted to determine the energy evaluation variable for the measurement speed by squaring the measurement speed.
  • Control device is adapted to the
  • the energy evaluation quantity is determined at the limit speed
  • N E (o gren z) / W
  • Compression mechanism is driven so that the limit speed (O limit ) is reached, and the drive unit is turned off at the limit speed and the shut-off piston position, wherein the shut-off piston position is determined by the energy evaluation variable at the limit speed determined becomes,
  • N E (o gren z) / W
  • the compression mechanism is thus driven to a certain extent fixed with the predetermined or predetermined limit speed by means of the drive unit.
  • a suitable piston position namely the switch-off piston position, is determined, in which the
  • the minimum speed must be greater than the limit speed.
  • the limit speed in a range of 500 min -1 to
  • Control device is set up
  • bl determine the energy evaluation variable difference
  • b2 determine the energy evaluation variable (E (o au siauf)) for a run-off rotational speed (wauslauf) then acting as a measurement rotational speed
  • N E (o aus2) / W
  • N E ( coexistence ) / W
  • Control device (13) is arranged to at least the Steps b2), b3), b4) and c) iteratively repeat. Analogously, it is provided in a particularly preferred embodiment of the method according to the invention that at least steps b2), b3), b4) and c) are repeated iteratively.
  • step c) decides whether another iteration is performed or not.
  • step bl it is also conceivable step bl) to
  • the outflow speed in a range from 500 min -1 to
  • Anschubsen the rotational energy can be increased very accurately targeted. Accordingly, it can be ensured particularly reliably that the compression mechanism comes to a standstill in the suction phase.
  • the top dead center is particularly well suited as a reference piston position. In this case, it is in a preferred embodiment of the invention
  • Adjustment number in the range of 0.1 to 0.4, preferably from 0.2 to 0.3, to guarantee that the
  • Energy evaluation quantity difference to be determined such that a plurality of energy evaluation variable differences for speeds at every two consecutive revolutions in a sequence of more than two consecutive revolutions are determined and from these
  • Fig.l is a schematic representation of a
  • Fig.l shows a schematic representation of a connected to an electrical power supply 12, regulated by an electronic control device 13
  • the refrigerant takes in the evaporator 4 heat from a refrigerator, whereby it is cooled.
  • the evaporated refrigerant is over a compression mechanism 5 of the
  • the electronic control device 13 communicates the refrigerant compressor 1 with an electronic one
  • Control device 14 of a refrigerator 15 is not
  • Refrigerator 15 communicates, not even its own
  • Compression mechanism 5 consisting of a driven by a drive unit 16 crankshaft 6, a connecting rod 7 and a cylinder block 8 up and down movable piston 9.
  • the compression mechanism 5 is mounted via spring elements 10 in a housing 11, which spring elements 10 due to the rotation of the Crankshaft 6 and the movements of the piston 9 occurring vibrations of the unit consisting of compression mechanism 5 and drive unit 16 record and compensate.
  • drive unit 16 In the controlled by the electronic control device 13 drive unit 16 is a
  • Variable speed drive unit 16 typically a brushless DC motor whose speed w can be controlled by means of the electronic control device 13.
  • the required for the control of the speed w detection of the actual speed is done by detecting the in one
  • Hubkolbenhimlteschkompressors 1 are basically three phases to distinguish: the start phase, the normal, controlled operating phase of the stopping process
  • Limits preselectable refrigerator temperature ( target temperature) of the refrigerator 15. If one starts from a cooled to the target temperature refrigerator and the refrigerator 15 is loaded or the refrigerator door is opened, warm air flows into the refrigerator.
  • the electronic control device 14 of the refrigerator 15 detects that the refrigerator compartment temperature rises and sends a signal (usually on
  • Frequency signal to the electronic control device 13 of the refrigerant compressor 1 informing the latter that cooling power is needed, whereupon it controls and regulates the refrigerant compressor 1 according to its programming to provide (more or less) cooling power.
  • the electronic circuit In the present example, the electronic circuit
  • Control device 13 of the refrigerant compressor 1 to start this to compress the refrigerant and the heat of the refrigerator and to reach the target temperature again.
  • This "starting” initiates the start phase Refrigerant compressor 1, specifically its drive unit 16, to a certain, from the electronic
  • predefined speed w accelerates. Reaching this speed w ends the starting phase. At this time, the target temperature is usually not reached yet.
  • the refrigerant compressor 1 then goes into the normal,
  • Refrigerant compressor 1 is turned on or something
  • Compression mechanism 5 energy is supplied and the
  • the compression mechanism 5 may rotate at different speeds w during this normal, controlled phase of operation, depending on whether more or less heat is to be withdrawn from the cold room. If, for example, the door of the refrigerator 15 is opened during such a normal, controlled operating phase, the electronic air will flow in due to the incoming warm air
  • Control device 14 of the refrigerator 15 require more cooling power from the refrigerant compressor 1, so that the electronic control device 13 of the refrigerant compressor 1, the rotational speed w of the drive unit 16 and thus of the
  • Compression mechanism 5 is increased in order to be able to carry away the heat flowing into the cooling space.
  • the increase in the speed w is associated with an increased energy requirement of the refrigerant compressor 1. If the electronic control device 14 of the refrigerator 15 that the current refrigerator compartment temperature approaches the target temperature, the electronic control device 14 of the refrigerator 15 is a corresponding signal to the
  • Refrigerant compressor 1 send to less cooling power and not overshoot the target temperature and slowly approach it
  • Control device 13 of the refrigerant compressor 1 in turn is due to this requirement, the speed w
  • Refrigerator 15 that in the meantime, the refrigerator temperature rises again, for example, because the refrigerator was reloaded, the electronic control device 14 of the refrigerator 15 of the electronic control device 13 of the refrigerant compressor 1 again demand more cooling power, so that this rotational speed w of the drive unit 16 / of the compression mechanism 5 will increase again.
  • Refrigerant compressor 1 the drive unit 16 from.
  • Rotational speed is 0. Colloquially, one could also say that the refrigerant compressor 1 "leaks".
  • Compression mechanism 5 exerted shocks, which repeat with each crankshaft revolution and at low
  • Rotational speeds w can coincide with the natural frequency of the vibration system formed by the spring elements 10, whereby its deflection increases so as to make contact between the unit consisting of
  • Housing 11 may come, whereby unwanted noise emissions are generated.
  • Housing 11 is brought into contact and causes noise emissions.
  • FIG. 3 shows a diagram of the course of the load torque L m (dot-dashed line in FIG. 3) over the crank angle f during a normal, controlled operating phase of a known from the prior art reciprocating refrigerant compressor 1, the drive unit 16, the compression mechanism 5 with an operating torque B m ( dotted line in Fig. 3) drives. It was assumed that the crankshaft 6 rotates clockwise. The direction of rotation thus takes place from 0 ° (top dead center (TDC)) to 360 ° (again top dead center (TDC)). It should also be noted that out
  • Dead center reached, so at about 330 °, in terms of magnitude highest and counteracts the operating torque B m .
  • the load moment L m acts in the same direction of rotation
  • Control device 13 provided that the electronic control device 13 for carrying out a method according to the invention for operating the
  • Refrigerant compressor 1 is set up, namely, when switched off the drive unit 16 a
  • Crankshaft revolution required energy is, at a measuring speed w, an energy evaluation amount E (w), which is proportional to a rotational energy at the measuring speed w, to determine and the number N of remaining when the drive unit 16
  • Compression mechanism 5 to check whether the remaining crankshaft revolutions N when the drive unit 16 is turned off at a reference piston position enable the compression mechanism 5 to stop in its suction phase, optionally turn on the drive unit 16 and determine a turn-off speed co shutoff , taking into account the energy evaluation variable difference W the drive unit 16 at the reference piston position
  • Diagrams of the speed w as a function of time t closer illuminated the control device 13 is in each case adapted to the energy evaluation variable difference W by forming the difference of the energy evaluation variables E (oy), E (w 2 ) in the case of two successive revolutions of the crankshaft 6
  • the reference piston position is the top dead center (TDC) of the piston 9 in FIG.
  • Energy judgment quantity E (w) for the measurement rotational speed w is calculated by squaring the measurement rotational speed w, that is.
  • control device 13 is adapted to drive the compression mechanism 5 so that the turn-off speed G) is achieved schschit , and the drive unit 16 abschait at the turn-off speed G) and turn off the reference piston position, the
  • Shutdown speed G is determined by the energy evaluation quantity E (ü b ) at an as
  • N E (o b ) / W
  • an adapted number of revolutions N ' is calculated by the number of revolutions N is rounded up to the next larger integer and then an adjustment number in Range of 0.1 to 0.4, preferably from 0.2 to 0.3, is added, and the turn-off speed ⁇ > abscbait is calculated as the root of the product of the adapted number of revolutions N 'and the energy evaluation variable difference W:
  • Fig. 4 shows the resulting diagram of speed w over the time t for an application in which the
  • Refrigerant compressor 1 is initially operated at a certain speed C0o, for example 2000 min -1 . To determine the
  • the compression mechanism continues to run until the
  • Compression mechanism 5 by means of the drive unit 16 to the turn-off speed G) abscbait is accelerated.
  • the drive unit 16 is turned off as soon as the reference piston position (TDC) is reached.
  • the Compression mechanism 5 then runs out to zero speed and comes to a standstill in the suction phase.
  • control device 13 is configured to a) turn off the drive unit 16 and
  • Fig. 5 shows the associated diagram speed w versus time t, again for an application in which the
  • Refrigerant compressor 1 is first with a certain speed coo, for example, 2000 min -1 , operated. To determine the
  • the drive unit 16 is a moment during which only a part of a complete revolution of the crankshaft 6 takes place, switched to the
  • Compression mechanism 5 to a certain extent "to push".
  • Compression mechanism 5 to zero speed and comes to a standstill in the suction phase.
  • control device 13 is adapted to the compression mechanism 5 so
  • N E ( ⁇ > gre nz) / W
  • an adapted fractional part is determined by an adaptation number in the range from 0.1 to 0.4, preferably from 0.2 to 0.3, of the fractional part of the number of revolutions N,
  • Fig. 6 shows the resulting diagram of speed w over the time t for an application in which the
  • Refrigerant compressor 1 initially with a certain speed C0o, eg 2000 min -1 , is operated.
  • the drive unit 16 is turned off, so that the compression mechanism 5
  • Number of revolutions N or their decimal part determines and is determined by subtracting the adjustment number from the fractional part that piston position, which is subtracted from the reference piston position to obtain the cut-off piston position.
  • Drive device 16 is driven to the limit speed G) gre nz and held there.
  • the holding at the limit speed w 5Gbhz takes place only very briefly or for a moment, which is exaggerated in FIG. 6 for reasons of clarity, namely until the switch-off piston position is reached.
  • the drive unit 16 is finally turned off, and the
  • Compression mechanism 5 runs to a stop, wherein the compression mechanism 5 comes to a standstill in the suction phase. LIST OF REFERENCE NUMBERS

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)

Abstract

System umfassend einen Kältemittelkompressor und eine elektronische Steuerungseinrichtung (13) für den Kältemittelkompressor (1), welcher Kältemittelkompressor (1) zumindest umfasst eine Antriebseinheit (16), einen mittels der Antriebseinheit (16) antreibbaren Kompressionsmechanismus (5) mit einem über eine Kurbelwelle (6) antreibbaren Kolben (9), wobei die elektronische Steuerungseinrichtung (13) dazu eingerichtet ist, eine Drehzahl (ω) der Kurbelwelle (6) zu erfassen und zu steuern und/oder regeln sowie eine Kolbenposition des Kolbens (9) zumindest annähernd zu erfassen. Erfindungsgemäß ist die elektronische Steuereinrichtung (13) dazu eingerichtet, bei abgeschalteter Antriebseinheit (16) eine Energiebeurteilungsgrößendifferenz (W) zu bestimmen, die proportional zu einer für die Durchführung einer Kurbelwellenumdrehung benötigten Energie ist, bei einer Messdrehzahl (ω) eine Energiebeurteilungsgröße (E (ω) ), die proportional zu einer Rotationsenergie bei der Messdrehzahl (ω) ist, zu bestimmen sowie die Anzahl der bei abgeschalteter Antriebseinheit (16) verbleibenden Kurbelwellenumdrehungen (N) bis zum Stillstand des Kompressionsmechanismus (5), zu prüfen, ob die verbleibenden Kurbelwellenumdrehungen (N) bei Abschalten der Antriebseinheit (16) bei einer Referenz-Kolbenposition ein Anhalten des Kompressionsmechanismus (5) in dessen Saugphase ermöglichen.

Description

SYSTEM UMFASSEND EINEN KÄLTEMITTELKOMPRESSOR UND VERFAHREN ZUM BETREIBEN DES KÄLTEMITTELKOMPRESSORS
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System
umfassend einen Kältemittelkompressor und eine elektronische Steuerungseinrichtung für den Kältemittelkompressor, welcher Kältemittelkompressor zumindest umfasst
eine Antriebseinheit,
einen mit einem Rotor der Antriebseinheit in Wirkverbindung stehenden Kompressionsmechanismus mit zumindest einem in einem Zylinder eines Zylinderblocks hin und her bewegbaren, über eine Kurbelwelle antreibbaren Kolben, um zyklisch Kältemittel während einer Saugphase in den Zylinder zu saugen und das Kältemittel während einer auf die Saugphase folgenden
Verdichtungsphase im Zylinder zu verdichten,
wobei die elektronische Steuerungseinrichtung dazu
eingerichtet ist,
eine Drehzahl der Kurbelwelle zu erfassen und zu steuern und/oder regeln,
eine Kolbenposition des Kolbens zumindest annähernd zu
erfassen .
Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf ein
Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkompressors mit einer Antriebseinheit, einem mittels der Antriebseinheit
antreibbaren Kompressionsmechanismus umfassend einen Kolben sowie eine mit diesem über ein Pleuel in Verbindung stehende Kurbelwelle . STAND DER TECHNIK
Derartige elektronische Steuerungseinrichtungen kommen bei drehgeschwindigkeitsvariablen bzw. drehzahlvariablen
Kältemittelkompressoren zum Einsatz, insbesondere auch bei Kältemittelkompressoren, die auf dem Hubkolbenprinzip
aufbauen. Drehzahlvariable 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 Drehzahl und im Falle einer erhöhten
Kälteanforderung, mit entsprechend erhöhter Drehzahl betrieben werden können.
Der Aufbau von drehzahlvariablen
Hubkolbenkältemittelkompressoren ist hinlänglich bekannt. Sie bestehen im Wesentlichen aus einer Antriebseinheit und einem Kompressionsmechanismus in Form eines in einem Zylindergehäuse sich zwischen einem oberen und unteren Totpunkt hin und her bewegenden 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 sowie die Drehzahl 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.
Problematisch gestaltet sich bei
Hubkolbenkältemittelkompressoren der Anhalteprozess. Im
Betriebszustand des Kältemittelkompressors wirken in der Saug- und Kompressionsphase 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 Drehgeschwindigkeit resultiert. In der vorliegenden Anmeldung wird grundsätzlich zwischen den
Begriffen Drehzahl und Drehgeschwindigkeit unterschieden. Der Begriff Drehgeschwindigkeit wird verwendet, wenn die
tatsächliche, momentane Drehgeschwindigkeit gemeint ist, die bei Hubkolbenkältemittelkompressoren nach dem Stand der
Technik über den Kurbelwinkel variiert, wohingegen der Begriff Drehzahl dann verwendet wird, wenn die durchschnittliche
Drehzahl einer Kurbelwellenumdrehung gemeint ist, also jener Wert der gemeinhin gemeint ist, wenn man von der Drehzahl eines Hubkolbenkältemittelkompressors spricht.
Konkret wirkt während der Kompressionsphase, welche im
Wesentlichen einer Bewegung des Kolbens vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt entspricht, ein gegenüber der Saugphase erhöhtes Lastmoment auf den Kompressionsmechanismus, welches vom Betriebsdrehmoment der Antriebseinheit überwunden werden muss, um den Verdichtungsprozess in Gang zu halten. Das erhöhte Lastmoment in der Kompressionsphase führt bei
Hubkolbenkältemittelkompressoren nach dem Stand der Technik, die mit konstanter Spannung betrieben werden, zu einer
Verringerung der Drehgeschwindigkeit des
Kompressionsmechanismus in der Kompressionsphase.
Während der Saugphase, welche im Wesentlichen einer Bewegung des Kolbens vom oberen zum unteren Totpunkt entspricht, hingegen, bewirken die Gaskräfte gegenüber der
Kompressionsphase ein verringertes Lastmoment. Dies führt zu einer Erhöhung der Drehgeschwindigkeit des
Kompressionsmechanismus während der Saugphase. Insgesamt wirkt somit ein über den Kurbelwinkel variierendes Lastmoment auf den Kompressionsmechanismus, 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
Drehgeschwindigkeit des Kompressionsmechanismus 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
Hubkolbenkältemittelkompressors bei Drehgeschwindigkeiten bzw. Drehzahlen unterhalb eines Bereichs zwischen 1000 U/min und 700 U/min zu Stößen auf den Kompressionsmechanismus, welche den Kompressionsmechanismus samt Antriebseinheit in die
Federelemente drücken und diese auslenken, wobei die
Stoßfrequenz im Bereich der Eigenfrequenz des
Schwingungssystems liegt, sodass 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
Hubkolbenkältemittelkompressoren in der normalen, geregelten Betriebsphase nicht unterhalb eines Bereichs zwischen
1000 U/min und 700 U/min betrieben werden.
Die beschriebenen, unerwünschten Schallemissionen eines
Hubkolbenkältemittelkompressors bei geringen Drehgeschwindigkeiten/Drehzahlen treten aber nicht nur im normalen, geregelten Betrieb auf sondern vor allem auch während des Anhalteprozesses, wo diese geringen
Drehgeschwindigkeiten/Drehzahlen durchfahren werden müssen.
Der Anhalteprozess läuft in der Regel wie folgt ab:
Ist nach einer entsprechend andauernden normalen, geregelten Betriebsphase des Kältemittelkompressors die Zieltemperatur des zu kühlenden Objektes, beispielsweise eines Kühlfachs eines Kühlschranks erreicht, sendet die elektronische
Steuerungseinrichtung des Kühlschranks ein Signal 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 abschaltet (AbschaltZeitpunkt) und der Anhalteprozess beginnt.
Die Kurbelwelle des Kompressionsmechanismus durchläuft auch nach dem AbschaltZeitpunkt jeweils vollständige Umdrehungen beginnend beim oberen 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 unteren Totpunkt (Kurbelwinkel 180°) erreicht hat. Danach beginnt die
Kompressionsphase (korrekt: Kompressions- und
Ausschiebephase) , während welcher das im Zylinder befindliche Kältemittel komprimiert wird und aus dem Zylinder ausgeschoben wird. Die Kompressionsphase endet theoretisch, wenn der Kolben den oberen 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 oberen Totpunkt.
Das Abschalten der Antriebseinheit des Kältemittelkompressors zu einem AbschaltZeitpunkt leitet den Anhalteprozess ein und führt dazu, dass sich der Kompressionsmechanismus in einem antriebslosen Zustand (ohne Betriebsdrehmoment) befindet und sich nur aufgrund seiner Massenträgheit noch weiter dreht, bis er vollkommen zum Stillstand gekommen ist, d.h. seine
Drehgeschwindigkeit bzw. Drehzahl 0 ist. Umgangssprachlich könnte man auch sagen, dass der Kältemittelkompressor
„ausläuft" .
Während des antriebslosen Zustandes drehen sich der
Kompressionsmechanismus und die Antriebseinheit ausschließlich aufgrund der kinetischen Energie, die sie zum
AbschaltZeitpunkt innehaben, sowie der Massenträgheit. Sie drehen sich damit sozusagen unkontrolliert und ihr
Drehgeschwindigkeitsverhalten bzw. Drehzahlverhalten ist abhängig von dem auf den Kompressionsmechanismus wirkenden Lastmoment. Das Lastmoment führt zu einer Verringerung der Drehgeschwindigkeit bzw. der Drehzahl des antriebslos
ausdrehenden Kältemittelkompressors, so dass die kinetische Energie des Kompressionsmechanismus immer geringer wird, bis sie, abhängig von den Druckverhältnissen im
Kältemittelkreislauf, möglicherweise nicht mehr ausreicht, um das Lastmoment zu überwinden.
Besonders problematisch ist dabei jener Fall, in welchem sich der Kolben gerade in einer Kompressionsphase befindet, wenn die kinetische Energie des Kompressionsmechanismus/der
Antriebseinheit nicht mehr ausreicht, das Lastmoment zu überwinden, und der Kolben des Kompressionsmechanismus wieder in Richtung unterer Totpunkt zurückgedrückt wird, wobei sich die Drehrichtung des Kompressionsmechanismus damit umkehrt.
Mit anderen Worten reicht die kinetische Energie nicht mehr aus, die Kompressionsphase abzuschließen und das verdichtete Kältemittel auszuschieben, sodass das verdichtete Kältemittel im Zylinder rückexpandiert und so den Kolben in Richtung des unteren Totpunkts zurückdrückt.
Mit der Drehrichtungsumkehr ist ein zusätzlicher, auf den Kompressionsmechanismus wirkender Anhalteruck verbunden, der den Kompressionsmechanismus/die Antriebseinheit in die
Federelemente drückt und diese zusätzlich auslenkt.
Gerade während des Anhalteprozesses, wo, wie oben bereits beschrieben, kein positives Betriebsdrehmoment dem Lastmoment entgegenwirkt, trägt der Anhaltruck aufgrund der
Drehrichtungsumkehr maßgeblich zur Auslenkung der
Federelemente bei, so dass die Wahrscheinlichkeit, dass der Kompressionsmechanismus/die Antriebseinheit an der Gehäusewand anschlagen und damit unerwünschte Geräuschemissionen verursach werden, wesentlich erhöht wird. Dieser Effekt resultiert im Wesentlichen aus dem Impulserhaltungssatz, gemäß welchem der Anhaltruck durch eine Gegenauslenkung der Antriebseinheit ausgeglichen wird. Insbesondere für Antriebseinheiten mit verringerten Massenträgheitsmomenten, wie beispielsweise bürstenlose Gleichstrommotoren (Brushless DC Motoren) , führt derselbe Anhaltruck zu einer entsprechend größeren Auslenkung.
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. Konkret ist es aus der EP 2669519 Al und der daraus abgezweigten DE 202012013046 Ul bekannt, den antriebslos drehenden
Kompressionsmechanismus/Antriebseinheit nach dem
AbschaltZeitpunkt bei Unterschreiten einer bestimmten Drehzahl mittels eines Bremsmomentes abzubremsen. Dazu ist es
erforderlich, die Drehzahl des antriebslos drehenden
Kompressionsmechanismus nach dem AbschaltZeitpunkt ständig zu überwachen und bei einer definierten Drehzahl, die jedenfalls noch ausreichend hoch sein muss, um das Lastmoment bis dahin zu überwinden, den Kompressionsmechanismus mittels eines Bremsmomentes, welches an den Kompressionsmechanismus angelegt wird, aktiv abzubremsen.
Ein Nachteil des Stands der Technik äußert sich darin, dass der aktive Bremsvorgang die Energieeffizienz des
Kältemittelkompressors negativ beeinflusst, da bei jedem
Anhalteprozess Bremsenergie aufgebracht werden muss.
Zusätzlich dazu wird das Bremsmoment bereits bei einer
verhältnismäßig hohen Drehzahl angelegt werden, was
energetisch nachteilig ist und darüberhinaus auch zusätzliche Schallemissionen verursacht.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Ziel der Erfindung ist es daher, ein System mit einem
Kältemittelkompressor, vorzugsweise einem
Hubkolbenkältemittelkompressor, und einer elektronischen
Steuerungseinrichtung für den Kältemittelkompressor vorzusehen sowie ein Verfahren zum Betreiben eines
Kältemittelkompressors, vorzugsweise eines
Hubkolbenkältemittelkompressors, welche das Auftreten des Anhaltrucks zuverlässig verhindern, ohne dass dafür aktiv ein Bremsmoment angelegt werden muss, womit ein optimierter
Betrieb des Kältemittelkompressors hinsichtlich
Energieeffizienz und Schallemissionen ermöglicht wird.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Kern der gegenständlichen Erfindung zur Lösung der oben genannten Aufgabe ist es, wesentliche Parameter des
Anhalteprozess nicht dem Zufall zu überlassen, sondern so einzustellen, dass nach dem Abschalten der Antriebseinheit beim Auslaufen des Kompressionsmechanismus möglichst kein Anhaltruck auftritt, indem der Kompressionsmechanismus in der Saugphase zum Stillstand kommt. Hierdurch wird ausgeschlossen, dass eine weitere Kompressionsphase begonnen wird und damit ein Anhaltruck entsteht. Konkret ist es bei einem System umfassend einen Kältemittelkompressor und eine elektronische Steuerungseinrichtung für den Kältemittelkompressor, welcher Kältemittelkompressor zumindest umfasst
eine Antriebseinheit,
einen mit einem Rotor der Antriebseinheit in Wirkverbindung stehenden Kompressionsmechanismus mit zumindest einem in einem Zylinder eines Zylinderblocks hin und her bewegbaren, über eine Kurbelwelle antreibbaren Kolben, um zyklisch Kältemittel während einer Saugphase in den Zylinder zu saugen und das Kältemittel während einer auf die Saugphase folgenden
Verdichtungsphase im Zylinder zu verdichten,
wobei die elektronische Steuerungseinrichtung dazu
eingerichtet ist,
eine Drehzahl der Kurbelwelle zu erfassen und zu steuern und/oder regeln,
eine Kolbenposition des Kolbens zumindest annähernd zu
erfassen,
erfindungsgemäß vorgesehen, dass die elektronische
Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist,
bei abgeschalteter Antriebseinheit eine
Energiebeurteilungsgrößendifferenz zu bestimmen, die
proportional zu einer für die Durchführung einer
Kurbelwellenumdrehung benötigten Energie ist,
bei einer Messdrehzahl eine Energiebeurteilungsgröße, die proportional zu einer Rotationsenergie bei der Messdrehzahl ist, zu bestimmen sowie die Anzahl der bei abgeschalteter Antriebseinheit verbleibenden Kurbelwellenumdrehungen bis zum Stillstand des Kompressionsmechanismus,
zu prüfen, ob die verbleibenden Kurbelwellenumdrehungen bei Abschalten der Antriebseinheit bei einer Referenz- Kolbenposition ein Anhalten des Kompressionsmechanismus in dessen Saugphase ermöglichen,
gegebenenfalls die Antriebseinheit einzuschalten und unter Berücksichtigung der Energiebeurteilungsgrößendifferenz eine Abschalt-Drehzahl zu bestimmen, bei welcher die
Antriebseinheit bei der Referenz-Kolbenposition abzuschalten ist, um einen Stillstand des Kompressionsmechanismus in der Saugphase zu bewirken und die Antriebseinheit bei der
Abschalt-Drehzahl abzuschalten,
oder gegebenenfalls die Antriebseinheit einzuschalten und diese mit einer vorgebbaren Grenz-Drehzahl zu betreiben und unter Berücksichtigung der Energiebeurteilungsgrößendifferenz eine Abschalt-Kolbenposition zu bestimmen und die
Antriebseinheit bei der Grenz-Drehzahl und der Abschalt- Kolbenposition abzuschalten.
Analog ist es bei einem Verfahren zum Betreiben eines
Kältemittelkompressors mit einer Antriebseinheit, einem mittels der Antriebseinheit antreibbaren
Kompressionsmechanismus umfassend einen Kolben sowie eine mit diesem über ein Pleuel in Verbindung stehende Kurbelwelle erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Verfahren folgende
Schritte umfasst:
bei abgeschalteter Antriebseinheit, Bestimmen einer
Energiebeurteilungsgrößendifferenz, die proportional zu einer für die Durchführung einer Kurbelwellenumdrehung benötigten Energie ist,
bei einer Messdrehzahl, Bestimmen einer
Energiebeurteilungsgröße, die proportional zu einer
Rotationsenergie bei der Messdrehzahl ist, und Berechnen der Anzahl der bei abgeschalteter Antriebseinheit verbleibenden Kurbelwellenumdrehungen bis zum Stillstand des
Kompressionsmechanismus ,
Prüfen, ob die verbleibenden Kurbelwellenumdrehungen bei Abschalten der Antriebseinheit bei einer Referenz- Kolbenposition ein Anhalten des Kompressionsmechanismus in dessen Saugphase ermöglichen,
gegebenenfalls Einschalten der Antriebseinheit und unter Berücksichtigung der Energiebeurteilungsgrößendifferenz
Bestimmen einer Abschalt-Drehzahl, bei welcher die
Antriebseinheit bei der Referenz-Kolbenposition abzuschalten ist, um einen Stillstand des Kompressionsmechanismus in der Saugphase zu bewirken und Abschalten der Antriebseinheit bei der Abschalt-Drehzahl,
oder gegebenenfalls Einschalten der Antriebseinheit und
Betreiben derselben mit einer vorgebbaren Grenz-Drehzahl und unter Berücksichtigung der Energiebeurteilungsgrößendifferenz Bestimmen einer Abschalt-Kolbenposition und Abschalten der Antriebseinheit bei der Grenz-Drehzahl und bei der Abschalt- Kolbenposition .
Die Erfassung der Drehzahl schließt prinzipiell nicht aus, dass auch die Drehgeschwindigkeit erfasst werden kann.
Unter Kolbenposition ist klarerweise eine aktuelle
Kolbenposition zu verstehen, die insbesondere als
Kurbelwellendrehposition in Grad angegeben werden kann, wobei beispielsweise der obere oder untere Totpunkt des Kolbens als 0° definiert werden kann.
Unter „abgeschalteter Antriebseinheit" ist zu verstehen, dass die Antriebseinheit kein positives (also beschleunigendes) oder negatives (also bremsendes) Betriebsdrehmoment erzeugt und der Kompressionsmechanismus antriebslos, d.h. aufgrund der Massenträgheit bzw. der Trägheitsmomente des Rotors und
Kompressionsmechanismus, weiterläuft bzw. ausläuft. Die
Antriebseinheit wird also in der Praxis im abgeschalteten Zustand nicht mit Strom versorgt bzw. betrieben. Dies schließt freilich nicht aus, dass z.B. aufgrund unvermeidbarer Reibung in der Antriebseinheit die Antriebseinheit im abgeschalteten Zustand ein gewisses negatives Drehmoment auf den
Kompressionsmechanismus ausübt.
Im sich drehenden Kompressionsmechanismus und Rotor ist
Rotationsenergie gespeichert. Sofern das Trägheitsmoment des Rotors gegenüber jenem des Kompressionsmechanismus
vernachlässigt werden kann, kann man auch sagen, ist die
Rotationsenergie im Wesentlichen im Kompressionsmechanismus gespeichert. Die Energiebeurteilungsgrößendifferenz ist ein Maß dafür, wieviel dieser Rotationsenergie pro
Kurbelwellenumdrehung beim Auslaufen aufgebraucht wird. Die pro Kurbelwellenumdrehung aufgebrauchte Rotationsenergie könnte man auch als Rotationsenergiedekrement bezeichnen.
Insbesondere genügt es, wenn die Energiebeurteilungsgröße in einem bestimmten, nicht notwendigerweise bekannten Verhältnis zum Rotationsenergiedekrement steht. Es ist freilich auch der Fall denkbar, wo das Verhältnis einfach 1:1 ist, d.h. wo ein Proportionalitätsfaktor zwischen dem Rotationsenergiedekrement und der Energiebeurteilungsgrößendifferenz einfach 1 ist. Da das Auslaufen rasch vonstatten geht (typischerweise innerhalb von 1 bis 2 Sekunden), ändert sich die Belastung bzw. das Lastmoment durch Drücke und Temperatur während des Auslaufens praktisch nicht. Folglich kann zumindest in erster Näherung davon ausgegangen werden, dass die
Energiebeurteilungsgrößendifferenz tatsächlich konstant während des gesamten Auslaufens, also bis zum Stillstand des Kompressionsmechanismus bzw. Rotors (letzterer steht
zwangsläufig still, wenn der Kompressionsmechanismus
stillsteht und umgekehrt), ist.
Die Energiebeurteilungsgröße bei einer gewissen, prinzipiell beliebigen Messdrehzahl ist ein Maß dafür, wie groß die
Rotationsenergie bei dieser Messdrehzahl ist. Insbesondere genügt es, wenn die Energiebeurteilungsgröße in einem
bestimmten, nicht notwendigerweise bekannten Verhältnis zur Rotationsenergie steht. Analog zu oben Gesagten ist freilich auch der Fall denkbar, wo das Verhältnis einfach 1:1 ist, d.h. wo ein Proportionalitätsfaktor zwischen der Rotationsenergie und der Energiebeurteilungsgröße einfach 1 ist.
Entsprechend lässt sich für den Fall, dass die Antriebseinheit bei der betrachteten Messdrehzahl ausgeschaltet wird, die Umdrehungsanzahl bzw. die Anzahl der verbleibenden
Kurbelwellenumdrehungen bis zum Stillstand des
Kompressionsmechanismus durch eine einfache Division der entsprechenden Energiebeurteilungsgröße durch die
Energiebeurteilungsgrößendifferenz berechnen. Durch diese Quotientenbildung fällt der - möglicherweise unbekannte - Proportionalitätsfaktor vor der Rotationsenergie (bei der Messdrehzahl) und vor dem Rotationsdekrement weg.
Unter „Anhalten des Kompressionsmechanismus in dessen
Saugphase" ist klarerweise das Zum-Stillstand-Kommen des
Kompressionsmechanismus in dessen Saugphase zu verstehen.
Auf Basis der Information über die Umdrehungsanzahl kann der Kompressionsmechanismus durch Ein- und Ausschalten der
Antriebseinheit so betrieben und auslaufen gelassen werden, dass der Kompressionsmechanismus zum Stillstand kommt. Beim Ausschalten ist dabei der Kolbenposition, bei der
ausgeschaltet wird, bezogen auf die Referenz-Kolbenposition gebührend Rechnung zu tragen.
Die vorgebbare Grenz-Drehzahl kann z.B. in einem Speicher der Steuereinrichtung hinterlegt sein bzw. kann ggf. dort
hinterlegt werden. Sie kann - muss aber nicht - denselben Wert wie die Abschalt-Drehzahl haben.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist es daher vorgesehen, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist,
die Energiebeurteilungsgrößendifferenz durch Bildung der
Differenz der Energiebeurteilungsgrößen bei zwei aufeinanderfolgenden Umdrehungen der Kurbelwelle zu bestimmen, um durch eine Bildung des Quotienten Energiebeurteilungsgröße/ Energiebeurteilungsgrößendifferenz bestimmen zu können, wieviele Umdrehungen der antriebslose Kompressionsmechanismus ausgehend von der Messdrehzahl und der Referenz-Kolbenposition noch weiterlaufen kann, wobei aufgrund des Nachkommaanteils der ermittelten Umdrehungsanzahl bestimmbar ist, ob der
Kompressionsmechanismus in der Saugphase oder in der
Verdichtungsphase zum Stillstand kommen würde,
und unter Anwendung der Quotientenbildung und Berücksichtigung des Nachkommaanteils der ermittelten Umdrehungsanzahl den Kompressionsmechanismus so anzutreiben und die Antriebseinheit so abzuschalten, dass der Kompressionsmechanismus während der Saugphase zum Stillstand kommt.
Analog ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass
die Energiebeurteilungsgrößendifferenz durch Bildung der
Differenz der Energiebeurteilungsgrößen bei zwei
aufeinanderfolgenden Umdrehungen der Kurbelwelle bestimmt wird,
durch eine Bildung des Quotienten Energiebeurteilungsgröße/ Energiebeurteilungsgrößendifferenz bestimmt wird, wieviele Umdrehungen der antriebslose Kompressionsmechanismus ausgehend von der Messdrehzahl und der Referenz-Kolbenposition noch weiterlaufen kann, wobei aufgrund des Nachkommaanteils der ermittelten Umdrehungsanzahl bestimmt wird, ob der
Kompressionsmechanismus in der Saugphase oder in der
Verdichtungsphase zum Stillstand kommen würde,
unter Anwendung der Quotientenbildung und Berücksichtigung des Nachkommaanteils der ermittelten Umdrehungsanzahl der
Kompressionsmechanismus so angetrieben und die Antriebseinheit so abgeschaltet wird, dass der Kompressionsmechanismus während der Saugphase zum Stillstand kommt. Die Energiebeurteilungsgrößendifferenz lässt sich auf die geschilderte Weise, wenn die Antriebseinheit ausgeschaltet ist und der Kompressionsmechanismus ausläuft, besonders leicht und rasch bestimmen. Durch Berücksichtigung des Nachkommanteils der ermittelten Umdrehungszahl lässt sich genau einstellen, ob der Kompressionsmechanismus in der Saugphase zum Stillstand kommt oder nicht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Antriebseinheit nur dann abzuschalten und die Energiebeurteilungsgrößendifferenz zu bestimmen, wenn die Drehzahl größer gleich einer, vorzugsweise vorgebbaren, Mindestdrehzahl ist. Analog ist es bei einer bevorzugten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die Antriebseinheit nur dann abgeschaltet und die
Energiebeurteilungsgrößendifferenz bestimmt wird, wenn die Drehzahl größer gleich einer, vorzugsweise vorgebbaren,
Mindestdrehzahl ist. Insbesondere kann auf diese Weise
sichergestellt werden, dass nach dem Abschalten noch zwei Umdrehungen möglich sind, sodass die
Energiebeurteilungsgrößendifferenz zuverlässig und genau bestimmt werden kann. Wiederum kann die Mindestdrehzahl z.B. im Speicher der Steuereinrichtung hinterlegt sein bzw. werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems bzw. Verfahrens ist vorgesehen, dass die Referenz- Kolbenposition der obere Totpunkt (OT) des Kolbens im Zylinder ist. Der obere Totpunkt ist wohldefiniert und eignet sich daher sehr gut als Referenz-Kolbenposition.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass die elektronische
Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, den
Kompressionsmechanismus so anzutreiben, dass die Abschalt- Drehzahl (<>abSchait) erreicht wird, und die Antriebseinheit bei der Abschalt-Drehzahl und der Referenz-Kolbenposition abzuschalten, wobei die Abschalt-Drehzahl bestimmt wird, indem die Energiebeurteilungsgröße bei einer als Messdrehzahl fungierenden Bestimmungsdrehzahl (cob) , die vorzugsweise bei zur Bestimmung der Energiebeurteilungsgrößendifferenz
abgeschalteter Antriebseinheit vorliegt, bestimmt wird, die Umdrehungsanzahl durch Quotientenbildung berechnet wird:
N = E (cob) /W,
eine adaptierte Umdrehungsanzahl (N') berechnet wird, indem die Umdrehungsanzahl auf die nächstgrößere ganze Zahl
aufgerundet wird und anschließend eine Anpassungszahl zwischen 0 und 1 addiert wird, und
die Abschalt-Drehzahl bis auf einen konstanten Faktor (c) berechnet wird als die Wurzel aus dem Produkt der adaptierten Umdrehungsanzahl und der Energiebeurteilungsgrößendifferenz: Cüabschalt = C * (N ' * W)°'5.
Analog ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass der
Kompressionsmechanismus so getrieben wird, dass die Abschalt- Drehzahl ((Oabschait) erreicht wird, und die Antriebseinheit bei der Abschalt-Drehzahl und der Referenz-Kolbenposition
abgeschaltet wird, wobei die Abschalt-Drehzahl bestimmt wird, indem
die Energiebeurteilungsgröße bei einer als Messdrehzahl fungierenden Bestimmungsdrehzahl (cob) , die vorzugsweise bei zur Bestimmung der Energiebeurteilungsgrößendifferenz
abgeschalteter Antriebseinheit vorliegt, bestimmt wird, die Umdrehungsanzahl durch Quotientenbildung berechnet wird:
N = E (cob) /W,
eine adaptierte Umdrehungsanzahl (N') berechnet wird, indem die Umdrehungsanzahl auf die nächstgrößere ganze Zahl
aufgerundet wird und anschließend eine Anpassungszahl zwischen 0 und 1 addiert wird, und
die Abschalt-Drehzahl bis auf einen konstanten Faktor (c) berechnet wird als die Wurzel aus dem Produkt der adaptierten Umdrehungsanzahl und der Energiebeurteilungsgrößendifferenz: Cüabschalt = C * (N ' * W)°'5.
Durch die Addition der Anpassungszahl wird sichergestellt, dass der Nachkommaanteil der adaptierten Umdrehungsanzahl so ist, dass bezogen auf die Referenz-Kolbenposition der
Kompressionsmechanismus sicher in der Saugphase zum Stillstand kommt. D.h. wenn der Kompressionsmechanismus zum Stillstand kommt, muss die Kolbenposition hinreichend nach dem oberen Totpunkt und hinreichend vor der Verdichtungsphase,
vorzugsweise vor dem unteren Totpunkt, sein.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Systems bzw. Verfahrens ist vorgesehen, dass die Bestimmungsdrehzahl in einem Bereich von 500 min-1 bis 1500 min-1, vorzugsweise von 800 min-1 bis 1200 min-1, liegt. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Bestimmungsdrehzahl über einer niedrigsten Betriebsdrehzahl des Kompressors liegt und die Energiebeurteilungsgrößendifferenz entsprechend zuverlässig und genau bestimmt werden kann.
Der oben genannte konstante Faktor c richtet sich entsprechend danach, wie die Energiebeurteilungsgröße E (w) berechnet wird. Wird für die Berechnung der Energiebeurteilungsgröße einfach E(w)=w2 verwendet, so ist c=l . Entsprechend ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems vorgesehen, dass die elektronische Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Energiebeurteilungsgröße für die
Messdrehzahl durch Quadrieren der Messdrehzahl zu bestimmen. Analog ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die
elektronische Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Energiebeurteilungsgröße für die Messdrehzahl durch Quadrieren der Messdrehzahl zu bestimmen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass die elektronische
Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, den
Kompressionsmechanismus so antreiben, dass die Grenz-Drehzahl (ügrenz ) erreicht wird, und die Antriebseinheit bei der Grenz- Drehzahl und der Abschalt-Kolbenposition abzuschalten, wobei die Abschalt-Kolbenposition bestimmt wird, indem
die Energiebeurteilungsgröße bei der Grenz-Drehzahl bestimmt wird,
die Umdrehungsanzahl (N) durch Quotientenbildung berechnet wird: N = E (ogrenz) /W,
der Nachkommaanteil der Umdrehungsanzahl bestimmt wird, ein adaptierter Nachkommaanteil bestimmt wird, indem vom
Nachkommaanteil der Umdrehungsanzahl eine Anpassungszahl zwischen 0 und 1 subtrahiert wird,
der adaptierte Nachkommaanteil in eine Kolbenposition
umgerechnet und diese von der Referenz-Kolbenposition
abgezogen wird.
Analog ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass der
Kompressionsmechanismus so angetrieben wird, dass die Grenz- Drehzahl (Ogrenz ) erreicht wird, und die Antriebseinheit bei der Grenz-Drehzahl und der Abschalt-Kolbenposition abgeschaltet wird, wobei die Abschalt-Kolbenposition bestimmt wird, indem die Energiebeurteilungsgröße bei der Grenz-Drehzahl bestimmt wird,
die Umdrehungsanzahl (N) durch Quotientenbildung berechnet wird: N = E (ogrenz) /W,
der Nachkommaanteil der Umdrehungsanzahl bestimmt wird, ein adaptierter Nachkommaanteil bestimmt wird, indem vom
Nachkommaanteil der Umdrehungsanzahl eine Anpassungszahl zwischen 0 und 1 subtrahiert wird,
der adaptierte Nachkommaanteil in eine Kolbenposition umgerechnet und diese von der Referenz-Kolbenposition abgezogen wird.
Bei dieser Variante wird der Kompressionsmechanismus also gewissermaßen fix mit der vorgebbaren bzw. vorgegebenen Grenz- Drehzahl mittels der Antriebseinheit angetrieben. Statt der Abschalt-Drehzahl wird eine geeignete Kolbenposition, nämlich die Abschalt-Kolbenposition, bestimmt, bei der die
Antriebseinheit abgeschaltet wird um sicherzustellen, dass der Kompressionsmechanismus in der Saugphase zum Stillstand kommt.
Es sei bemerkt, dass die Mindestdrehzahl größer sein muss als die Grenz-Drehzahl . Um dies leicht sicherstellen zu können, ist es bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems bzw. Verfahrens vorgesehen, dass die Grenz-Drehzahl in einem Bereich von 500 min-1 bis
1500 min-1, vorzugsweise von 800 min-1 bis 1200 min-1, liegt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass die elektronische
Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist,
a) die Antriebseinheit abzuschalten und
b) bei abgeschalteter Antriebseinheit
bl) die Energiebeurteilungsgrößendifferenz zu bestimmen, b2) die Energiebeurteilungsgröße (E (oausiauf) ) für eine dann vorliegende, als Messdrehzahl fungierende Auslauf-Drehzahl ( wauslauf) zu bestimmen,
b3) die Umdrehungsanzahl (N) durch Quotientenbildung zu berechnen: N = E (oausiauf) /W
b4) und den Nachkommaanteil der Umdrehungsanzahl mit einer Anpassungszahl zwischen 0 und 1 zu vergleichen und
c) , wenn der Nachkommaanteil größer als die Anpassungszahl ist, den Kompressionsmechanismus nur für die Dauer eines Teils einer vollständigen Umdrehung der Kurbelwelle anzutreiben.
Analog ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass a) die Antriebseinheit geschaltet wird und
b) bei abgeschalteter Antriebseinheit
bl) die Energiebeurteilungsgrößendifferenz bestimmt wird, b2) die Energiebeurteilungsgröße (E (<>ausiauf) ) für eine dann vorliegende, als Messdrehzahl fungierende Auslauf-Drehzahl ( wauslauf) bestimmt wird,
b3) die Umdrehungsanzahl (N) durch Quotientenbildung berechnet wird: N = E (coausiauf) /W
b4) und der Nachkommaanteil der Umdrehungsanzahl mit einer Anpassungszahl zwischen 0 und 1 verglichen wird und
c) , wenn der Nachkommaanteil größer als die Anpassungszahl ist, der Kompressionsmechanismus nur für die Dauer eines Teils einer vollständigen Umdrehung der Kurbelwelle angetrieben wird .
Vereinfacht gesagt, wird bei dieser Variante während des
Auslaufens zunächst bestimmt, ob der Kompressionsmechanismus in der Saugphase zum Stillstand kommen würde (durch Vergleich des Nachkommaanteils der für die aktuell vorliegende Auslauf- Drehzahl bestimmten Umdrehungsanzahl mit der Anpassungszahl) . Sofern der Kompressionsmechanismus nicht - oder nicht sicher genug - in der Saugphase zum Stillstand kommen würde, wird der Kompressionsmechanismus ein wenig „angeschubst", um dessen Anhalten in der Saugphase sicherzustellen. Besagtes Anschubsen findet statt, indem der Kompressionsmechanismus nur für einen Bruchteil der Dauer einer vollständigen Kurbelwellenumdrehung angetrieben wird, was wiederum durch ein entsprechend kurzes Einschalten der Antriebseinheit bewerkstelligt wird.
Es ist denkbar, dass ein einmaliges Anschubsen nicht
ausreicht, um die Rotationsenergie soweit und/oder genau genug zu erhöhen, dass der auslaufende Kompressionsmechanismus in der Saugphase zum Stillstand kommt. Daher ist es bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems vorgesehen, dass die elektronische
Steuereinrichtung (13) dazu eingerichtet ist, zumindest die Schritte b2), b3) , b4) und c) iterativ zu wiederholen. Analog ist es bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass zumindest die Schritte b2), b3) , b4) und c) iterativ wiederholt werden.
D.h. die besagten Schritte werden solange wiederholt, bis sichergestellt ist, dass der auslaufende
Kompressionsmechanismus in der Saugphase zum Stillstand kommen wird, was in Schritt c) festgestellt wird. Mit anderen Worten entscheidet sich in Schritt c) ob eine weitere Iteration durchgeführt wird oder nicht.
Theoretisch ist es dabei denkbar auch Schritt bl) zu
wiederholen, was in der Praxis aber üblicherweise nicht notwendig ist, da die Energiebeurteilungsgrößendifferenz zumindest näherungsweise konstant ist.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Systems bzw. Verfahrens ist vorgesehen, dass die Auslauf-Drehzahl in einem Bereich von 500 min-1 bis
1500 min-1, vorzugsweise von 800 min-1 bis 1200 min-1, liegt.
Bei einer derartigen Auslauf-Drehzahl kann durch das
Anschubsen die Rotationsenergie sehr genau gezielt erhöht werden. Entsprechend kann besonders zuverlässig sichergestellt werden, dass der Kompressionsmechanismus in der Saugphase zum Stillstand kommt.
Wie bereits gesagt, eignet sich der obere Totpunkt besonders gut als Referenz-Kolbenposition. Für diesen Fall ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Systems bzw. Verfahrens vorgesehen, dass die (jeweilige)
Anpassungszahl im Bereich von 0,1 bis 0,4, vorzugsweise von 0,2 bis 0,3, liegt, um zu garantieren, dass der
Kompressionsmechanismus in der Saugphase zum Stillstand kommt. Dies gilt für alle drei oben geschilderten Spezialfälle, bei denen wahlweise die Bestimmungsdrehzahl, die Grenz-Drehzahl oder die Auslauf-Drehzahl herangezogen wird. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass die
Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die
Energiebeurteilungsgrößendifferenz so zu bestimmen, dass mehrere Energiebeurteilungsgrößendifferenzen für Drehzahlen bei jeweils zwei aufeinanderfolgenden Umdrehungen in einer Abfolge von mehr als zwei aufeinanderfolgenden Umdrehungen bestimmt werden und aus diesen
Energiebeurteilungsgrößendifferenzen ein Mittelwert gebildet wird. Analog ist es bei einer besonders bevorzugten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die Energiebeurteilungsgrößendifferenz so bestimmt wird, dass mehrere Energiebeurteilungsgrößendifferenzen für
Drehzahlen bei jeweils zwei aufeinanderfolgenden Umdrehungen in einer Abfolge von mehr als zwei aufeinanderfolgenden
Umdrehungen bestimmt werden und aus diesen
Energiebeurteilungsgrößendifferenzen ein Mittelwert gebildet wird. Durch besagte Mittelwertbildung kann die
Energiebeurteilungsgrößendifferenz besonders genau bestimmt werden. Entsprechend genau gestaltet sich die Berechnung der Umdrehungsanzahl bzw. in weiterer Folge die Sicherstellung, dass der Kompressionsmechanismus in der Saugphase zum
Stillstand kommt.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnungen sind beispielhaft und sollen den Erfindungsgedanken zwar darlegen, ihn aber keinesfalls einengen oder gar abschließend wiedergeben.
Dabei zeigt: Fig.l eine schematische Darstellung eines
Hubkolbenkältemittelkompressors in einem
Kältemittelkreislauf gemäß dem Stand der Technik
Fig.2 eine schematische Ansicht eines
Kompressionsmechanismus gemäß dem Stand der Technik
Fig.3 ein Diagramm betreffend den Lastmomentverlauf und
Betriebsdrehmomentverlauf über dem Kurbelwinkel bei einem Hubkolbenkältemittelkompressor gemäß dem Stand der Technik, wobei aus Übersichtsgründen das Lastmoment und das Betriebsdrehmoment unterschiedlich skaliert sind
Fig. 4 einen Drehzahlverlauf mit einem Anhalteprozess eines
Kältemittelkompressors eines erfindungsgemäßen
Systems
Fig. 5 einen Drehzahlverlauf mit einem Anhalteprozess des
Kältemittelkompressors einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems
Fig. 6 einen Drehzahlverlauf mit einem Anhalteprozess des
Kältemittelkompressors einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Fig.l zeigt eine schematische Darstellung eines an eine elektrische Stromversorgung 12 angeschlossenen, über eine elektronische Steuereinrichtung 13 geregelten
Hubkolbenkältemittelkompressors 1 in einem an sich bekannten Kühlmittelkreislauf mit einem Kondensator 2 einer
Drosselvorrichtung 3 sowie einem Verdampfer 4. Das Kältemittel nimmt im Verdampfer 4 Wärme aus einem Kühlraum auf, wodurch dieser gekühlt wird. Das verdampfte Kältemittel wird über einen Kompressionsmechanismus 5 des
Hubkolbenkältemittelkompressors 1 auf eine höhere Temperatur verdichtet und in weiterer Folge im Kondensator 2 wieder verflüssigt, um schlussendlich über die Drosselvorrichtung 3 wieder dem Verdampfer 4 des Kühlraums zugeführt zu werden.
In Fig. 1 kommuniziert die elektronische Steuerungseinrichtung 13 das Kältemittelkompressors 1 mit einer elektronischen
Steuerungseinrichtung 14 eines Kühlschranks 15. Allerdings wird eine solche Kommunikationsmöglichkeit als nicht
erfindungswesentlich angesehen, denn es ist auch denkbar, dass die elektronische Steuerungseinrichtung 13 mit einem
Kühlschrank 15 kommuniziert, der selbst keine eigene
elektronische Steuerungseinrichtung aufweist sondern lediglich einen Thermostat.
Fig.2 zeigt eine schematische Ansicht des
Kompressionsmechanismus 5 bestehend aus einer mittels einer Antriebseinheit 16 angetriebenen Kurbelwelle 6, einem Pleuel 7 sowie einem in einem Zylinderblock 8 auf und ab bewegbaren Kolben 9. Der Kompressionsmechanismus 5 ist über Federelemente 10 in einem Gehäuse 11 gelagert, welche Federelemente 10 die aufgrund der Drehung der Kurbelwelle 6 sowie der Bewegungen des Kolbens 9 auftretenden Schwingungen der Einheit bestehend aus Kompressionsmechanismus 5 und Antriebseinheit 16 aufnehmen und ausgleichen sollen.
Bei der von der elektronischen Steuerungseinrichtung 13 gesteuerten Antriebseinheit 16 handelt es sich um eine
drehzahlvariable Antriebseinheit 16, typischerweise um einen bürstenlosen Gleichstrommotor, dessen Drehzahl w mittels der elektronischen Steuerungseinrichtung 13 geregelt werden kann. Die für die Regelung der Drehzahl w erforderliche Erfassung der Istdrehzahl erfolgt durch Detektion der in einer
Motorwicklung der Antriebseinheit 16 induzierten Gegenspannung ( Induktionsgegenspannung) , so dass keine weiteren Sensoren erforderlich sind und womit auch die Istdrehgeschwindigkeit detektiert wird. Es sei jedoch bemerkt, dass die
erfindungsgemäße elektronische Steuerungseinrichtung 13 selbstverständlich auch mit separaten Sensoren zur
Drehgeschwindigkeitsmessung bzw. Drehzahlmessung
Zusammenarbeiten kann, wie beispielsweise mit Hall-Sensoren.
Während der Betriebsdauer eines drehzahlvariablen
Hubkolbenkältemittelkompressors 1 sind grundsätzlich 3 Phasen zu unterscheiden: die Startphase die normale, geregelte Betriebsphase der Anhalteprozess
Basis bildet eine vom Benutzer eines Kühlschranks 15 in
Grenzen vorwählbare Kühlraumtemperatur (=Zieltemperatur) des Kühlschranks 15. Geht man von einem auf die Zieltemperatur gekühlten Kühlraum aus und wird der Kühlschrank 15 beladen bzw. wird die Kühlschranktür geöffnet, strömt warme Luft in den Kühlraum. Die elektronische Steuerungseinrichtung 14 des Kühlschranks 15 detektiert, dass die Kühlraumtemperatur ansteigt und sendet ein Signal (in der Regel ein
Frequenzsignal) an die elektronische Steuerungseinrichtung 13 des Kältemittelkompressors 1, mit welchem letzterer mitgeteilt wird, dass Kühlleistung benötigt wird, woraufhin diese den Kältemittelkompressor 1 entsprechend ihrer Programmierung steuert und regelt, um (mehr oder weniger) Kühlleistung zu liefern .
Im gegenständlichen Beispiel wird die elektronische
Steuerungseinrichtung 13 des Kältemittelkompressors 1 diesen starten, um das Kältemittel zu verdichten und dem Kühlraum Wärme zu entziehen und die Zieltemperatur wieder zu erreichen. Dieses „Anspringen" leitet die Startphase ein. Dabei wird der Kältemittelkompressor 1, konkret dessen Antriebseinheit 16, auf eine bestimmte, von der elektronischen
Steuerungseinrichtung 13 des Kältemittelkompressors 1
vorgegebene Drehzahl w beschleunigt. Das Erreichen dieser Drehzahl w beendet die Startphase. Zu diesem Zeitpunkt ist die Zieltemperatur in der Regel noch nicht erreicht.
Der Kältemittelkompressor 1 geht dann in die normale,
geregelte Betriebsphase über. Diese hält an, solange der
Kältemittelkompressor 1 eingeschaltet ist oder etwas
technischer formuliert, solange dem Kältemittel über den
Kompressionsmechanismus 5 Energie zugeführt wird und die
Antriebseinheit 16 des Kältemittelkompressors 1 ein
Betriebsdrehmoment Bm erzeugt. Der Kompressionsmechanismus 5 kann sich während dieser normalen, geregelten Betriebsphase mit unterschiedlichen Drehzahlen w drehen, je nach dem, ob dem Kühlraum mehr oder weniger Wärme entzogen werden soll. Öffnet man beispielsweise die Türe des Kühlschranks 15 während einer solchen normalen, geregelten Betriebsphase, so wird aufgrund der einströmenden warmen Luft, die elektronische
Steuerungseinrichtung 14 des Kühlschranks 15 mehr Kühlleistung vom Kältemittelkompressor 1 fordern, sodass die elektronische Steuerungseinrichtung 13 des Kältemittelkompressors 1 die Drehzahl w der Antriebseinheit 16 und damit des
Kompressionsmechanismus 5 erhöht, um die in den Kühlraum einströmende Wärme abtransportieren zu können.
Die Erhöhung der Drehzahl w ist verbunden mit einem erhöhten Energiebedarf des Kältemittelkompressors 1. Erkennt die elektronische Steuerungseinrichtung 14 des Kühlschranks 15, dass sich die aktuelle Kühlraumtemperatur der Zieltemperatur annähert, so wird die elektronische Steuerungseinrichtung 14 des Kühlschranks 15 ein entsprechendes Signal an die
elektronische Steuerungseinrichtung 13 des
Kältemittelkompressors 1 senden, um weniger Kühlleistung zu fordern und nicht über die Zieltemperatur „hinauszuschießen" und sich dieser langsam anzunähern. Die elektronische
Steuerungseinrichtung 13 des Kältemittelkompressors 1 wiederum wird aufgrund dieser Anforderung die Drehzahl w der
Antriebseinheit 16 / des Kompressionsmechanismus 5 reduzieren.
Erkennt die elektronische Steuerungseinrichtung 14 des
Kühlschranks 15, dass zwischenzeitlich die Kühlraumtemperatur wieder ansteigt, weil beispielsweise der Kühlraum neu beladen wurde, so wird die elektronische Steuerungseinrichtung 14 des Kühlschranks 15 von der elektronischen Steuerungseinrichtung 13 des Kältemittelkompressors 1 wieder mehr Kühlleistung fordern, so dass diese die Drehzahl w der Antriebseinheit 16 /des Kompressionsmechanismus 5 wieder erhöhen wird.
Ist nach einer entsprechend andauernden normalen, geregelten Betriebsphase die Zieltemperatur erreicht, sendet die
elektronische Steuerungseinrichtung 14 des Kühlschranks 15 ein Signal an die elektronische Steuerungseinrichtung 13 des
Kältemittelkompressors 1, mit welchem dieser mitgeteilt wird, dass die Zieltemperatur erreicht ist. Daraufhin schaltet die elektronische Steuerungseinrichtung 13 des
Kältemittelkompressors 1 die Antriebseinheit 16 ab. Das
Abschalten der Antriebseinheit 16 führt dazu, dass sich der Kompressionsmechanismus 5 samt Antriebseinheit 16 in einem antriebslosen Zustand befindet und nur aufgrund der
Massenträgheit weiter dreht, bis die Drehzahl w bzw. die
Drehgeschwindigkeit 0 ist. Umgangssprachlich könnte man auch sagen, dass der Kältemittelkompressor 1 „ausläuft".
Während des Betriebs des Kompressionsmechanismus 5 kommt es zu vom Lastmoment Lm während der Kompressionsphase auf den
Kompressionsmechanismus 5 ausgeübten Stößen, die sich mit jeder Kurbelwellenumdrehung wiederholen und bei geringen
Drehzahlen w mit der Eigenfrequenz des durch die Federelemente 10 gebildeten Schwingungssystems zusammenfallen können, wodurch deren Auslenkung derart ansteigt, dass es zu Berührungen zwischen der Einheit bestehend aus
Kompressionsmechanismus 5 und Antriebseinheit 16 mit dem
Gehäuse 11 kommen kann, wodurch unerwünschte Schallemissionen erzeugt werden.
Darüberhinaus kann es während des Anhalteprozesses, wenn die Antriebseinheit 16 kein - weder ein positives noch negatives - Betriebsdrehmoment Bm mehr erzeugt, zu einer
Drehrichtungsumkehr des Kompressionsmechanismus 5 kommen, wodurch ein zusätzlicher Stoß auf den Kompressionsmechanismus 5 ausgeübt wird, der ebenfalls eine unerwünscht starke
Auslenkung der Federelemente 10 zur Folge hat, mit dem
Resultat, dass auch durch diese Drehrichtungsumkehr die Gefahr besteht, dass die Einheit bestehend aus
Kompressionsmechanismus 5 und Antriebseinheit 16 mit dem
Gehäuse 11 in Kontakt gebracht wird und Schallemissionen verursacht .
Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass geringe
Drehzahlen co, unabhängig davon, ob sich der
Kältemittelkompressor 1 in der Startphase, der normalen, geregelten Betriebsphase oder aber im Anhalteprozess befindet, stets die Gefahr bergen, dass das durch die Federelemente 10 gebildete Schwingungssystem im Bereich seiner Eigenfrequenz angeregt wird und es dadurch zu den beschriebenen, Lärm verursachenden Berührungen zwischen der Einheit bestehend aus Kompressionsmechanismus 5 und Antriebseinheit 16 und dem
Gehäuse 11 kommt.
Fig.3 zeigt ein Diagramm des Verlaufs des Lastmomentes Lm (strichpunktierte Linie in Fig. 3) über dem Kurbelwinkel f während einer normalen, geregelten Betriebsphase eines aus dem Stand der Technik bekannten Hubkolbenkältemittelkompressors 1, dessen Antriebseinheit 16 den Kompressionsmechanismus 5 mit einem Betriebsdrehmoment Bm ( strichlierte Linie in Fig. 3) antreibt. Dabei wurde angenommen, dass sich die Kurbelwelle 6 im Uhrzeigersinn dreht. Die Drehrichtung erfolgt somit von 0° (oberer Totpunkt (OT) ) zu 360° (wiederum oberer Totpunkt (OT) ) . Weiters sei darauf hingewiesen, dass aus
Darstellungsgründen das Lastmoment Lm und das
Betriebsdrehmoment Bm in Fig. 3 unterschiedlich skaliert sind.
Wie sich aus dem Diagramm ergibt, ist das Lastmoment Lm kurz bevor der Kolben 9 in der Kompressionsphase den oberen
Totpunkt erreicht, also bei ca. 330°, betragsmäßig am höchsten und wirkt dem Betriebsdrehmoment Bm entgegen. Zu Beginn der Saugphase, also im vorliegenden Fall bei ca. 10°, wirkt das Lastmoment Lm in die gleiche Drehrichtung wie das
Betriebsdrehmoment Bm, d.h. dass das Lastmoment Lm in diesem Abschnitt der Saugphase (Rückexpansionsphase) die Drehung des Kompressionsmechanismus 5 sogar unterstützt.
Zur Verhinderung eines Anhaltrucks und damit einhergehender Schallemissionen, ohne dass dafür aktiv ein Bremsmoment angelegt werden muss, ist es bei einem System aus
Kältemittelkompressor 1 und zugehöriger elektronischer
Steuereinrichtung 13 erfindungsgemäß vorgesehen, dass die elektronische Steuereinrichtung 13 zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben des
Kältemittelkompressors 1 eingerichtet ist, nämlich dazu, bei abgeschalteter Antriebseinheit 16 eine
Energiebeurteilungsgrößendifferenz W zu bestimmen, die
proportional zu einer für die Durchführung einer
Kurbelwellenumdrehung benötigten Energie ist, bei einer Messdrehzahl w eine Energiebeurteilungsgröße E (w) , die proportional zu einer Rotationsenergie bei der Messdrehzahl w ist, zu bestimmen sowie die Anzahl N der bei abgeschalteter Antriebseinheit 16 verbleibenden
Kurbelwellenumdrehungen bis zum Stillstand des
Kompressionsmechanismus 5, zu prüfen, ob die verbleibenden Kurbelwellenumdrehungen N bei Abschalten der Antriebseinheit 16 bei einer Referenz- Kolbenposition ein Anhalten des Kompressionsmechanismus 5 in dessen Saugphase ermöglichen, gegebenenfalls die Antriebseinheit 16 einzuschalten und unter Berücksichtigung der Energiebeurteilungsgrößendifferenz W eine Abschalt-Drehzahl coabSchait zu bestimmen, bei welcher die Antriebseinheit 16 bei der Referenz-Kolbenposition
abzuschalten ist, um einen Stillstand des
Kompressionsmechanismus 5 in der Saugphase zu bewirken und die Antriebseinheit 16 bei der Abschalt-Drehzahl coabSchait
abzuschalten, oder gegebenenfalls die Antriebseinheit 16 einzuschalten und diese mit einer vorgebbaren Grenz-Drehzahl ogrenz zu
betreiben und unter Berücksichtigung der
Energiebeurteilungsgrößendifferenz W eine Abschalt- Kolbenposition zu bestimmen und die Antriebseinheit 16 bei der Grenz-Drehzahl ogrenz und der Abschalt-Kolbenposition
abzuschalten .
Im Folgenden werden drei Ausführungsvarianten des
erfindungsgemäßen Systems bzw. Verfahrens anhand von
Diagrammen der Drehzahl w in Abhängigkeit der Zeit t näher beleuchtet. Dabei ist die Steuereinrichtung 13 jeweils dazu eingerichtet die Energiebeurteilungsgrößendifferenz W durch Bildung der Differenz der Energiebeurteilungsgrößen E (oy) , E (w2) bei zwei aufeinanderfolgenden Umdrehungen der Kurbelwelle 6 zu
bestimmen, um durch eine Bildung des Quotienten N = E (w) /W bestimmen zu können, wieviele Umdrehungen N der antriebslose Kompressionsmechanismus 5 ausgehend von der Messdrehzahl w und der Referenz-Kolbenposition noch weiterlaufen kann, wobei aufgrund des Nachkommaanteils der ermittelten Umdrehungsanzahl N bestimmbar ist, ob der Kompressionsmechanismus 5 in der Saugphase oder in der Verdichtungsphase zum Stillstand kommen würde, und unter Anwendung der Quotientenbildung und
Berücksichtigung des Nachkommaanteils der ermittelten
Umdrehungsanzahl N den Kompressionsmechanismus 5 so
anzutreiben und die Antriebseinheit 16 so abzuschalten, dass der Kompressionsmechanismus 5 während der Saugphase zum
Stillstand kommt.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Referenz- Kolbenposition der obere Totpunkt (OT) des Kolbens 9 im
Zylinder 8.
Weiters wird in den gezeigten Ausführungsbeispielen die
Energiebeurteilungsgröße E (w) für die Messdrehzahl w durch Quadrieren der Messdrehzahl w berechnet bzw. bestimmt, d.h.
E (w) = w2.
Bei der ersten Ausführungsvariante ist die Steuereinrichtung 13 dazu eingerichtet, den Kompressionsmechanismus 5 so anzutreiben, dass die Abschalt-Drehzahl G)abschait erreicht wird, und die Antriebseinheit 16 bei der Abschalt-Drehzahl G)abschait und der Referenz-Kolbenposition abzuschalten, wobei die
Abschalt-Drehzahl G)abschait bestimmt wird, indem die Energiebeurteilungsgröße E (üb) bei einer als
Messdrehzahl fungierenden Bestimmungsdrehzahl (Ob, die bei zur Bestimmung der Energiebeurteilungsgrößendifferenz W
abgeschalteter Antriebseinheit 16 vorliegt, bestimmt wird, die Umdrehungsanzahl N durch Quotientenbildung berechnet wird : N = E (ob) /W, eine adaptierte Umdrehungsanzahl N' berechnet wird, indem die Umdrehungsanzahl N auf die nächstgrößere ganze Zahl aufgerundet wird und anschließend eine Anpassungszahl im Bereich von 0,1 bis 0,4, vorzugsweise von 0,2 bis 0,3, addiert wird, und die Abschalt-Drehzahl <>abscbait berechnet wird als die Wurzel aus dem Produkt der adaptierten Umdrehungsanzahl N' und der Energiebeurteilungsgrößendifferenz W:
^abschalt — (N ' * W) ' .
Fig. 4 zeigt das sich ergebende Diagramm aus Drehzahl w über der Zeit t für einen Anwendungsfall, bei dem der
Kältemittelkompressor 1 zunächst mit einer bestimmten Drehzahl C0o, z.B. 2000 min-1, betrieben wird. Zur Bestimmung der
Energiebeurteilungsgrößendifferenz W wird die Antriebseinheit 16 ausgeschaltet, sodass der Kompressionsmechanismus 5
antriebslos weiterläuft. Nun werden bei zwei
aufeinanderfolgenden Kurbelwellenumdrehungen mit den
Drehzahlen coi und co2 die zugehörigen Energiebeurteilungsgrößen berechnet: E(wi)= w2 2 und E(w2) = w2 2.
Bzw. ergibt sich sofort die Energiebeurteilungsgrößendifferenz W = wi2 - w2 2.
Der Kompressionsmechanismus läuft weiter aus, bis die
Bestimmungsdrehzahl cob erreicht ist, bei der der
Kompressionsmechanismus 5 mittels eingeschalteter
Antriebseinheit 16 betrieben wird und bei der die
Energiebeurteilungsgröße E (cob) =
Figure imgf000034_0001
berechnet wird.
Sodann wird die Umdrehungsanzahl N = G)b 2 / (w2 2 - w2 2) bzw. die adaptierte Umdrehungsanzahl N' berechnet und entsprechend der obigen Formel die Abschalt-Drehzahl G)abscbait, die im in Fig. 4 dargestellten Beispiel größer ist als die Bestimmungsdrehzahl cob. Entsprechend ist in Fig. 4 erkennbar, dass der
Kompressionsmechanismus 5 mittels der Antriebseinheit 16 auf die Abschalt-Drehzahl G)abscbait beschleunigt wird. Wenn diese eingestellt ist, wird die Antriebseinheit 16 abgeschaltet, sobald die Referenz-Kolbenposition (OT) erreicht ist. Der Kompressionsmechanismus 5 läuft dann bis Drehzahl null aus und kommt in der Saugphase zum Stillstand.
Bei der zweiten Ausführungsvariante ist die Steuereinrichtung 13 dazu eingerichtet, a) die Antriebseinheit 16 abzuschalten und
b) bei abgeschalteter Antriebseinheit 16
bl) die Energiebeurteilungsgrößendifferenz W zu bestimmen, b2) die Energiebeurteilungsgröße E (wausiauf) für eine dann vorliegende, als Messdrehzahl fungierende Auslauf-Drehzahl Wauslauf zu bestimmen,
b3) die Umdrehungsanzahl N durch Quotientenbildung zu
berechnen: N = E (oausiauf) /W
b4) und den Nachkommaanteil der Umdrehungsanzahl N mit einer Anpassungszahl im Bereich von 0,1 bis 0,4, vorzugsweise von 0,2 bis 0,3, zu vergleichen und
c) , wenn der Nachkommaanteil größer als die Anpassungszahl ist, den Kompressionsmechanismus 5 nur für die Dauer eines Teils einer vollständigen Umdrehung der Kurbelwelle 6
anzutreiben .
Fig. 5 zeigt das zugehörige Diagramm Drehzahl w versus Zeit t, wiederum für einen Anwendungsfall, bei dem der
Kältemittelkompressor 1 zunächst mit einer bestimmten Drehzahl coo, z.B. 2000 min-1, betrieben wird. Zur Bestimmung der
Energiebeurteilungsgrößendifferenz W wird die Antriebseinheit 16 ausgeschaltet, sodass der Kompressionsmechanismus 5
antriebslos weiterläuft. Nun werden bei zwei
aufeinanderfolgenden Kurbelwellenumdrehungen mit den
Drehzahlen coi und (»2 die zugehörigen Energiebeurteilungsgrößen berechnet: E(wi)= w2 2 und E(w2)= w2 2.
Bzw. ergibt sich sofort die Energiebeurteilungsgrößendifferenz W = w2 2 - w2 2. Diese Berechnung erfolgt praktisch instantan, sodass die nun vorliegende Auslauf-Drehzahl G)ausiauf gleich co2 ist, sodass E (<>ausiauf) = E (w2) = w2 2 gilt. Nun kann die Umdrehungszahl N = E (<>ausiauf) /W berechnet werden.
Aufgrund des Vergleichs des Nachkommaanteils von N mit der Anpassungszahl wird die Antriebseinheit 16 einen Augenblick, währenddessen nur ein Teil einer vollständigen Umdrehung der Kurbelwelle 6 erfolgt, eingeschaltet, um dem
Kompressionsmechanismus 5 gewissermaßen „anzuschubsen".
Entsprechend erhöht sich momentan die Drehzahl w geringfügig (in Fig. 5 aus Klarheitsgründen über eine nicht maßstabsgetreu dargestellte Zeitspanne eingezeichnet) . Sodann läuft der
Kompressionsmechanismus 5 bis Drehzahl null aus und kommt in der Saugphase zum Stillstand.
Bei der dritten Ausführungsvariante ist die Steuereinrichtung 13 dazu eingerichtet, den Kompressionsmechanismus 5 so
antreiben, dass die Grenz-Drehzahl ogrenz erreicht wird, und die Antriebseinheit 16 bei der Grenz-Drehzahl ogrenz und der
Abschalt-Kolbenposition abzuschalten, wobei die Abschalt- Kolbenposition bestimmt wird, indem
- die Energiebeurteilungsgröße E (ogrenz) bei der Grenz-Drehzahl ogrenz bestimmt wird,
- die Umdrehungsanzahl N durch Quotientenbildung berechnet wird: N = E (<>grenz) /W,
- der Nachkommaanteil der Umdrehungsanzahl N bestimmt wird,
- ein adaptierter Nachkommaanteil bestimmt wird, indem vom Nachkommaanteil der Umdrehungsanzahl N eine Anpassungszahl im Bereich von 0,1 bis 0,4, vorzugsweise von 0,2 bis 0,3,
subtrahiert wird,
- der adaptierte Nachkommaanteil in eine Kolbenposition umgerechnet und diese von der Referenz-Kolbenposition (OT) abgezogen wird.
Fig. 6 zeigt das sich ergebende Diagramm aus Drehzahl w über der Zeit t für einen Anwendungsfall, bei dem der
Kältemittelkompressor 1 zunächst mit einer bestimmten Drehzahl C0o, z.B. 2000 min-1, betrieben wird. Zur Bestimmung der Energiebeurteilungsgrößendifferenz W wird die Antriebseinheit 16 ausgeschaltet, sodass der Kompressionsmechanismus 5
antriebslos weiterläuft. Nun werden bei zwei
aufeinanderfolgenden Kurbelwellenumdrehungen mit den
Drehzahlen coi und (»2 die zugehörigen Energiebeurteilungsgrößen berechnet: E(wi)= w2 2 und E(w2)= w2 2.
Bzw. ergibt sich sofort die Energiebeurteilungsgrößendifferenz W = w2 2 - w2 2. Weiters wird, wie oben geschildert, die
Umdrehungsanzahl N bzw. deren Nachkommaanteil bestimmt und wird durch Subtraktion der Anpassungszahl vom Nachkommaanteil jene Kolbenposition bestimmt, die von der Referenz- Kolbenposition abgezogen wird, um die Abschalt-Kolbenposition zu erhalten.
Im Gegensatz zum in Fig. 4 dargestellten Fall der ersten
Ausführungsvariante läuft nun der Kompressionsmechanismus 5 bis zur Grenz-Drehzahl ogrenz aus und wird dann mittels der Antriebseinheit 16 bei der Grenz-Drehzahl ogrenz gehalten. Es wäre aber natürlich auch denkbar, dass nach Bestimmung der Energiebeurteilungsgrößendifferenz W der
Kompressionsmechanismus 5 mit eingeschalteter
Antriebseinrichtung 16 bis zur Grenz-Drehzahl G)grenz gefahren und dort gehalten wird. Das Halten bei der Grenz-Drehzahl w5Gbhz erfolgt jedoch nur sehr kurz bzw. einen Augenblick lang, was in Fig. 6 aus Klarheitsgründen übertrieben dargestellt ist, nämlich so lange, bis die Abschalt-Kolbenposition erreicht ist. Sobald die Abschalt-Kolbenposition erreicht ist, wird die Antriebseinheit 16 endgültig abgeschaltet, und der
Kompressionsmechanismus 5 läuft bis zum Stillstand aus, wobei der Kompressionsmechanismus 5 in der Saugphase zum Stillstand kommt . BEZUGSZEICHENLISTE
1 Kältemittelkompressor
2 Kondensator
3 Drosselvorrichtung
4 Verdampfer
5 Kompressionsmechanismus
6 Kurbelwelle
7 Pleuel
8 Zylinderblock
9 Kolben
10 Federelemente
11 Gehäuse
12 Stromversorgung
13 elektronische Steuerungseinrichtung des
Kältemittelkompressors
14 elektronische Steuerungseinrichtung des Kühlschranks
15 Kühlschrank
16 Antriebseinheit
Bm Betriebsdrehmoment
Lm Lastmoment f Kurbelwinkel bzw. Drehwinkel
t Zeit
E Energiebeurteilungsgröße
W Energiebeurteilungsgrößendifferenz w (Mess- ) Drehzahl
N Umdrehungsanzahl
N' adaptierte Umdrehungsanzahl wabschait Abschalt-Drehzahl
Wgrenz Grenz -Drehzahl
Bestimmungsdrehzahl
Wauslauf Aus lauf-Drehzahl

Claims

ANSPRÜCHE
1. System umfassend einen Kältemittelkompressor und eine elektronische Steuerungseinrichtung (13) für den
Kältemittelkompressor (1), welcher
Kältemittelkompressor (1) zumindest umfasst
- eine Antriebseinheit (16),
- einen mit einem Rotor der Antriebseinheit (16) in
Wirkverbindung stehenden Kompressionsmechanismus (5) mit zumindest einem in einem Zylinder eines
Zylinderblocks (8) hin und her bewegbaren, über eine Kurbelwelle (6) antreibbaren Kolben (9), um zyklisch Kältemittel während einer Saugphase in den Zylinder zu saugen und das Kältemittel während einer auf die Saugphase folgenden Verdichtungsphase im Zylinder zu verdichten, wobei die elektronische Steuerungseinrichtung (13) dazu eingerichtet ist, eine Drehzahl (w) der Kurbelwelle (6) zu erfassen und zu steuern und/oder regeln, eine Kolbenposition des Kolbens (9) zumindest annähernd zu erfassen, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische
Steuereinrichtung (13) dazu eingerichtet ist, bei abgeschalteter Antriebseinheit (16) eine Energiebeurteilungsgrößendifferenz (W) zu bestimmen, die proportional zu einer für die Durchführung einer Kurbelwellenumdrehung benötigten Energie ist, bei einer Messdrehzahl (w) eine
Energiebeurteilungsgröße (E (w) ) , die proportional zu einer Rotationsenergie bei der Messdrehzahl (w) ist, zu bestimmen sowie die Anzahl der bei abgeschalteter Antriebseinheit (16) verbleibenden
Kurbelwellenumdrehungen (N) bis zum Stillstand des Kompressionsmechanismus (5) , zu prüfen, ob die verbleibenden
Kurbelwellenumdrehungen (N) bei Abschalten der Antriebseinheit (16) bei einer Referenz-Kolbenposition ein Anhalten des Kompressionsmechanismus (5) in dessen Saugphase ermöglichen, gegebenenfalls die Antriebseinheit (16) einzuschalten und unter Berücksichtigung der
Energiebeurteilungsgrößendifferenz (W) eine Abschalt- Drehzahl (coabschait) zu bestimmen, bei welcher die Antriebseinheit (16) bei der Referenz-Kolbenposition abzuschalten ist, um einen Stillstand des
Kompressionsmechanismus (5) in der Saugphase zu bewirken und die Antriebseinheit (16) bei der Abschalt-Drehzahl (coabschait) abzuschalten, oder gegebenenfalls die Antriebseinheit (16) einzuschalten und diese mit einer vorgebbaren Grenz- Drehzahl (<>grenz) zu betreiben und unter
Berücksichtigung der
Energiebeurteilungsgrößendifferenz (W) eine Abschalt- Kolbenposition zu bestimmen und die Antriebseinheit (16) bei der Grenz-Drehzahl (w5Gbhz) und der Abschalt- Kolbenposition abzuschalten.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Steuereinrichtung (13) dazu eingerichtet ist,
- die Energiebeurteilungsgrößendifferenz (W) durch
Bildung der Differenz der Energiebeurteilungsgrößen (E (wi) , E (w2) ) bei zwei aufeinanderfolgenden Umdrehungen der Kurbelwelle (6) zu bestimmen, um durch eine Bildung des Quotienten Energiebeurteilungsgröße/
Energiebeurteilungsgrößendifferenz (E (w) /W) bestimmen zu können, wieviele Umdrehungen (N; N = E (w) /W) der
antriebslose Kompressionsmechanismus (5) ausgehend von der Messdrehzahl (w) und der Referenz-Kolbenposition noch weiterlaufen kann, wobei aufgrund des Nachkommaanteils der ermittelten Umdrehungsanzahl (N) bestimmbar ist, ob der Kompressionsmechanismus (5) in der Saugphase oder in der Verdichtungsphase zum Stillstand kommen würde,
- und unter Anwendung der Quotientenbildung und
Berücksichtigung des Nachkommaanteils der ermittelten Umdrehungsanzahl (N) den Kompressionsmechanismus (5) so anzutreiben und die Antriebseinheit (16) so abzuschalten, dass der Kompressionsmechanismus (5) während der
Saugphase zum Stillstand kommt.
3. System nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (13) dazu eingerichtet ist, die Antriebseinheit (16) nur dann abzuschalten und die Energiebeurteilungsgrößendifferenz (W) zu bestimmen, wenn die Drehzahl (w) größer gleich einer, vorzugsweise vorgebbaren, Mindestdrehzahl (comin) ist .
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Referenz-Kolbenposition der obere Totpunkt des Kolbens (9) im Zylinder (8) ist.
5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die elektronische
Steuereinrichtung (13) dazu eingerichtet ist, den
Kompressionsmechanismus (5) so anzutreiben, dass die Abschalt-Drehzahl (<>abscbait) erreicht wird, und die
Antriebseinheit (16) bei der Abschalt-Drehzahl (<>abscbait) und der Referenz-Kolbenposition abzuschalten, wobei die Abschalt-Drehzahl (<>abscbait) bestimmt wird, indem - die Energiebeurteilungsgröße (E (w^) ) bei einer als Messdrehzahl fungierenden Bestimmungsdrehzahl (w^) , die vorzugsweise bei zur Bestimmung der
Energiebeurteilungsgrößendifferenz (W) abgeschalteter Antriebseinheit (16) vorliegt, bestimmt wird,
- die Umdrehungsanzahl (N) durch Quotientenbildung berechnet wird: N = E (w^) /W,
- eine adaptierte Umdrehungsanzahl (N') berechnet wird, indem die Umdrehungsanzahl (N) auf die nächstgrößere ganze Zahl aufgerundet wird und anschließend eine
Anpassungszahl zwischen 0 und 1 addiert wird, und
- die Abschalt-Drehzahl (<>abschait) bis auf einen
konstanten Faktor (c) berechnet wird als die Wurzel aus dem Produkt der adaptierten Umdrehungsanzahl (N') und der Energiebeurteilungsgrößendifferenz (W) :
G chalt = C * (N' * W)°'5.
6. System nach Anspruch 5 und nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die Anpassungszahl im Bereich von 0,1 bis 0,4, vorzugsweise von 0,2 bis 0,3, liegt.
7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die elektronische
Steuereinrichtung (13) dazu eingerichtet ist, den
Kompressionsmechanismus (5) so antreiben, dass die Grenz- Drehzahl (<>grenz) erreicht wird, und die Antriebseinheit (16) bei der Grenz-Drehzahl (<>grenz) und der Abschalt- Kolbenposition abzuschalten, wobei die Abschalt- Kolbenposition bestimmt wird, indem
- die Energiebeurteilungsgröße (E (w5Gbhz) ) bei der Grenz- Drehzahl (cogrenz ) bestimmt wird,
- die Umdrehungsanzahl (N) durch Quotientenbildung berechnet wird: N = E (w5Gbhz) /W,
- der Nachkommaanteil der Umdrehungsanzahl (N) bestimmt wird,
- ein adaptierter Nachkommaanteil bestimmt wird, indem vom Nachkommaanteil der Umdrehungsanzahl (N) eine Anpassungszahl zwischen 0 und 1 subtrahiert wird,
- der adaptierte Nachkommaanteil in eine Kolbenposition umgerechnet und diese von der Referenz-Kolbenposition abgezogen wird.
8. System nach Anspruch 7 und nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die Anpassungszahl im Bereich von 0,1 bis 0,4, vorzugsweise von 0,2 bis 0,3, liegt.
9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die elektronische
Steuereinrichtung (13) dazu eingerichtet ist,
a) die Antriebseinheit (16) abzuschalten und
b) bei abgeschalteter Antriebseinheit (16)
bl) die Energiebeurteilungsgrößendifferenz (W) zu
bestimmen,
b2) die Energiebeurteilungsgröße (E (oausiauf) ) für eine dann vorliegende, als Messdrehzahl fungierende Auslauf- Drehzahl (wauslauf) zu bestimmen,
b3) die Umdrehungsanzahl (N) durch Quotientenbildung zu berechnen: N = E (o iauf) /W
b4) und den Nachkommaanteil der Umdrehungsanzahl (N) mit einer Anpassungszahl zwischen 0 und 1 zu vergleichen und c) , wenn der Nachkommaanteil größer als die
Anpassungszahl ist, den Kompressionsmechanismus (5) nur für die Dauer eines Teils einer vollständigen Umdrehung der Kurbelwelle (6) anzutreiben.
10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinrichtung (13) dazu eingerichtet ist, zumindest die Schritte b2), b3) , b4) und c) iterativ zu wiederholen.
11. System nach einem der Ansprüche 9 bis 10 und nach
Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassungszahl im Bereich von 0,1 bis 0,4, vorzugsweise von 0,2 bis 0,3, liegt.
12. System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, dass die elektronische
Steuereinrichtung (13) dazu eingerichtet ist, die
Energiebeurteilungsgröße (E (w) ) für die Messdrehzahl (w) durch Quadrieren der Messdrehzahl (w) zu bestimmen.
13. System nach einem der Ansprüche 2 bis 12 und nach
Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Steuereinrichtung (13) dazu eingerichtet ist, die
Energiebeurteilungsgrößendifferenz (W) so zu bestimmen, dass mehrere Energiebeurteilungsgrößendifferenzen (W) für Drehzahlen (w±, w±+i) bei jeweils zwei
aufeinanderfolgenden Umdrehungen in einer Abfolge von mehr als zwei aufeinanderfolgenden Umdrehungen bestimmt werden und aus diesen
Energiebeurteilungsgrößendifferenzen (W) ein Mittelwert gebildet wird.
14. Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkompressors mit einer Antriebseinheit (16), einem mittels der
Antriebseinheit (16) antreibbaren Kompressionsmechanismus (5) umfassend einen Kolben (9) sowie eine mit diesem über ein Pleuel in Verbindung stehende Kurbelwelle (6),
dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende
Schritte umfasst: bei abgeschalteter Antriebseinheit (16), Bestimmen einer Energiebeurteilungsgrößendifferenz (W) , die proportional zu einer für die Durchführung einer
Kurbelwellenumdrehung benötigten Energie ist, bei einer Messdrehzahl (w) , Bestimmen einer
Energiebeurteilungsgröße (E (w) ) , die proportional zu einer Rotationsenergie bei der Messdrehzahl (w) ist, und Berechnen der Anzahl (N) der bei abgeschalteter Antriebseinheit (16) verbleibenden
Kurbelwellenumdrehungen bis zum Stillstand des Kompressionsmechanismus,
Prüfen, ob die verbleibenden Kurbelwellenumdrehungen (N) bei Abschalten der Antriebseinheit (16) bei einer Referenz-Kolbenposition ein Anhalten des
Kompressionsmechanismus (5) in dessen Saugphase ermöglichen, gegebenenfalls Einschalten der Antriebseinheit (16) und unter Berücksichtigung der
Energiebeurteilungsgrößendifferenz (W) Bestimmen einer Abschalt-Drehzahl (coabschait) , bei welcher die
Antriebseinheit (16) bei der Referenz-Kolbenposition abzuschalten ist, um einen Stillstand des
Kompressionsmechanismus (5) in der Saugphase zu bewirken und Abschalten der Antriebseinheit (16) bei der Abschalt-Drehzahl (coabschait) , oder gegebenenfalls Einschalten der Antriebseinheit (16) und Betreiben derselben mit einer vorgebbaren Grenz-Drehzahl (<>grenz) und unter Berücksichtigung der Energiebeurteilungsgrößendifferenz (W) Bestimmen einer Abschalt-Kolbenposition und Abschalten der
Antriebseinheit (16) bei der Grenz-Drehzahl (<>grenz) und bei der Abschalt-Kolbenposition.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Energiebeurteilungsgrößendifferenz (W) durch
Bildung der Differenz der Energiebeurteilungsgrößen
(E (wi) , E (w2) ) bei zwei aufeinanderfolgenden Umdrehungen der Kurbelwelle (6) bestimmt wird,
- durch eine Bildung des Quotienten
Energiebeurteilungsgroße/
Energiebeurteilungsgrößendifferenz (E (w) /W) bestimmt wird, wieviele Umdrehungen (N; N = E (w) /W) der
antriebslose Kompressionsmechanismus (5) ausgehend von der Messdrehzahl (w) und der Referenz-Kolbenposition noch weiterlaufen kann, wobei aufgrund des Nachkommaanteils der ermittelten Umdrehungsanzahl (N) bestimmt wird, ob der Kompressionsmechanismus (5) in der Saugphase oder in der Verdichtungsphase zum Stillstand kommen würde,
- unter Anwendung der Quotientenbildung und
Berücksichtigung des Nachkommaanteils der ermittelten Umdrehungsanzahl (N) der Kompressionsmechanismus (5) so angetrieben und die Antriebseinheit (16) so abgeschaltet wird, dass der Kompressionsmechanismus (5) während der Saugphase zum Stillstand kommt.
PCT/EP2019/054361 2018-03-01 2019-02-21 System umfassend einen kältemittelkompressor und verfahren zum betreiben des kältemittelkompressors Ceased WO2019166326A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/977,146 US20210062797A1 (en) 2018-03-01 2019-02-21 System comprising a refrigerant compressor and method for operating the refrigerant compressor
CN201980015814.3A CN111836960A (zh) 2018-03-01 2019-02-21 包括制冷剂压缩机的系统和用于运行制冷剂压缩机的方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18159462.3 2018-03-01
EP18159462.3A EP3534000B1 (de) 2018-03-01 2018-03-01 System umfassend einen kältemittelkompressor und verfahren zum betreiben des kältemittelkompressors

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019166326A1 true WO2019166326A1 (de) 2019-09-06

Family

ID=61526751

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2019/054361 Ceased WO2019166326A1 (de) 2018-03-01 2019-02-21 System umfassend einen kältemittelkompressor und verfahren zum betreiben des kältemittelkompressors

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20210062797A1 (de)
EP (1) EP3534000B1 (de)
CN (1) CN111836960A (de)
WO (1) WO2019166326A1 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007074074A1 (de) * 2005-12-27 2007-07-05 Continental Automotive Gmbh Verfahren zum ermitteln der abstellposition der kurbelwelle beim motorumlauf sowie zugehöriges steuergerät
EP2669519A1 (de) 2011-01-26 2013-12-04 Whirlpool S.A. Steuersystem und verfahren für kolbenkompressoren
EP3282126A1 (de) * 2016-03-30 2018-02-14 Secop GmbH Elektronische steuereinrichtung für einen kältemittelkompressor

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5846217B2 (ja) * 2011-12-14 2016-01-20 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の停止制御装置
JP5958416B2 (ja) * 2013-05-08 2016-08-02 マツダ株式会社 予混合圧縮着火式エンジンの始動制御装置
CN110300850B (zh) * 2016-12-19 2021-06-15 思科普有限公司 用于运行致冷剂压缩机的控制装置和方法
US12135048B2 (en) * 2017-09-07 2024-11-05 Wagner Spray Tech Corporation Piston limit sensing for fluid application

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007074074A1 (de) * 2005-12-27 2007-07-05 Continental Automotive Gmbh Verfahren zum ermitteln der abstellposition der kurbelwelle beim motorumlauf sowie zugehöriges steuergerät
EP2669519A1 (de) 2011-01-26 2013-12-04 Whirlpool S.A. Steuersystem und verfahren für kolbenkompressoren
DE202012013046U1 (de) 2011-01-26 2014-09-15 Whirlpool S.A. Steuerungssystem und Hubkolbenkompressor
EP2957770A1 (de) * 2011-01-26 2015-12-23 Whirlpool S.A. Steuersystem und verfahren für kolbenkompressoren
EP3282126A1 (de) * 2016-03-30 2018-02-14 Secop GmbH Elektronische steuereinrichtung für einen kältemittelkompressor

Also Published As

Publication number Publication date
EP3534000B1 (de) 2020-08-05
US20210062797A1 (en) 2021-03-04
EP3534000A1 (de) 2019-09-04
CN111836960A (zh) 2020-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69626073T2 (de) Steuerungsvorrichtung für einen kühlschrank und kühlschrank mit einer solchen vorrichtung
EP3186879A1 (de) Verfahren zum bremsen eines verdichters und verdichter eines kältegerätes, klimageräts oder einer wärmepumpe sowie kältegerätes, klimageräts oder wärmepumpe damit
WO2009092532A2 (de) Kompressor und verfahren zur steuerung eines kompressors zur druckluftversorgung eines nutzfahrzeugs
EP3186880B1 (de) Verfahren zum anhalten eines verdichters und verdichter eines kältegerätes
DE3822465A1 (de) Verfahren zum steuern bzw. regeln des kompressors einer kraftfahrzeug-klimaanlage
EP3601797B1 (de) Kolbenkompressor mit erweitertem regelbereich
EP2912309B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur ansteuerung einer elektrisch kommutierten fluidarbeitsmaschine
DE3829096C2 (de)
DE102008024236A1 (de) Antriebsdrehmomentschätzvorrichtung eines Kompressors
DE112012001192B4 (de) Vakuumpumpe, Vakuumauspumpvorrichtung und Verfahren, zum Betreiben einer Vakuumpumpe
DE10316100B4 (de) Kühlkreislaufgerät für ein Fahrzeug und Steuerverfahren dafür
EP3225844B1 (de) Elektronische steuereinrichtung für einen kältemittelkompressor
EP3338038B1 (de) Haushaltskältegerät mit einem kältemittelkreislauf und verfahren zum betreiben eines haushaltskältegeräts mit einem kältemittelkreislauf
WO2019166326A1 (de) System umfassend einen kältemittelkompressor und verfahren zum betreiben des kältemittelkompressors
DE102012006495A1 (de) Verfahren zum Starten einer Pumpe bei nicht konstantem Momentverlauf
WO2006034977A1 (de) Verfahren zur ermittlung und vorgabe von parametern eines elektronischen motorsteuergerätes und zugehöriger selbstparametrierender drehstromsteller, insbesondere sanftstarter
DE60000182T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Fördermengenregelung in einem Kompressor mit veränderlicher Fördermenge
EP3555474B1 (de) Steuerungseinrichtung und verfahren zum betreiben eines kältemittelkompressors
WO2018114978A1 (de) Steuerungseinrichtung und verfahren zum betreiben eines kältemittelkompressors
DE102017211217A1 (de) Haushaltskältegerät mit einem Kältemittelkreislauf und Verfahren zum Betreiben eines Haushaltskältegeräts mit einem Kältemittelkreislauf
EP3256726B1 (de) Verfahren zum anhalten eines hermetisch gekapselten kältemittelverdichters und steuerungssystem für diesen
DE102018128383B4 (de) Steuerungsverfahren für den Einschalt-Funktionsablauf einer Klimaanlage und Steuerungsvorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
EP3921541B1 (de) Verfahren zum betreiben eines linearmotorverdichters sowie linearmotorverdichter
EP4048891A1 (de) Kolbenverdichter und verfahren zum betrieb desselben
EP3545615A1 (de) Verfahren zum anhalten eines hubkolben-verdichters und hubkolben-verdichter eines kältegerätes, klimagerätes oder einer wärmepumpe sowie kältegerät, klimageräts oder wärmepumpe damit

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19705207

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19705207

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1