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Title:
CONTROL DEVICE AND METHOD FOR OPERATING A REFRIGERANT COMPRESSOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/114978
Kind Code:
A1
Abstract:
Electronic control device for a refrigerant compressor, comprising at least one drive unit and a compression mechanism which is in operative connection with the drive unit and has at least one piston which, in an operating state of the refrigerant compressor, moves back and forth in a cylinder of a cylinder block of the refrigerant compressor for the operational compression of refrigerant and is driven by a crankshaft of the drive unit, wherein the electronic control device of the refrigerant compressor is at least designed to detect at least one physical process parameter, preferably the rotational speed (n) of the crankshaft or the power consumption of the refrigerant compressor, and to detect a switch-off signal directed at the refrigerant compressor, said switch-off signal terminating a refrigerant compressor operating phase in which the refrigerant compressor is operated as intended with a positive operating torque; and is also designed to regulate a torque applied by the drive unit to the crankshaft so as to adjust the rotational speed (n) of the crankshaft, wherein the electronic control device is further designed to apply a braking torque to the crankshaft immediately after detecting the switch-off signal, wherein the braking torque is applied in the opposite direction to the positive torque acting during the operating phase and the value of this braking torque is a function of the detected physical process parameter, preferably the rotational speed (n) of the crankshaft or the power consumption of the refrigerant compressor.

Application Number:
PCT/EP2017/083591
Publication Date:
June 28, 2018
Filing Date:
December 19, 2017
Export Citation:
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Assignee:
NIDEC GLOBAL APPLIANCE GERMANY GMBH (DE)
International Classes:
F04B39/00; F04B49/02; F04B49/06
Domestic Patent References:
WO2004083744A12004-09-30
Foreign References:
DE202012013046U12014-09-15
DE102014217005A12016-03-03
US20060193728A12006-08-31
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
KLIMENT & HENHAPEL PATENTANWAELTE OG (AT)
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Claims:
ANSPRÜCHE

Elektronische Steuerungseinrichtung für einen Kältemittelkompressor, welcher zumindest

- eine Antriebseinheit sowie

- einen mit der Antriebseinheit in Wirkverbindung stehenden Kompressionsmechanismus mit zumindest einem sich in einem Zylinder eines Zylinderblocks des Kaltemittelkompressors in einem Betriebszustand des Kaltemittelkompressors zur betriebsgemäßen Verdichtung von Kältemittel hin- und herbewegenden und über eine Kurbelwelle der Antriebseinheit angetriebenen Kolben

umfasst, wobei die elektronische Steuerungseinrichtung des Kältemittelkompressors zumindest dazu eingerichtet ist,

- zumindest einen physikalischen Prozessparameter, vorzugsweise die Drehgeschwindigkeit (n) der Kurbelwelle oder die Leistungsaufnahme des Kältemittelkompressors, zu detektieren,

- ein an den Kältemittelkompressor gerichtetes Abschaltsignal zu detektieren, welches Abschaltsignal eine Betriebsphase des Kältemittelkompressors beendet, in welcher Betriebsphase der Kältemittelkompressor mit einem positiven Betriebsdrehmoment bestimmungsgemäß betrieben wird, sowie dazu eingerichtet ist,

- ein von der Antriebseinheit an die Kurbelwelle zur Einstellung deren Drehgeschwindigkeit (n) angelegtes Drehmoment zu regeln, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuerungseinrichtung weiters dazu eingerichtet ist, unmittelbar nach Detektieren des Abschaltsignals ein Bremsmoment an die Kurbelwelle anzulegen, wobei das Bremsmoment dem während der Betriebsphase vorherrschenden positiven Drehmoment entgegengerichtet ist und der Betrag dieses Bremsmomentes eine Funktion des detektierten physikalischen Prozessparameters, vorzugsweise der Drehgeschwindigkeit (n) der Kurbelwelle oder der Leistungsaufnahme des Kältemittelkompressors, ist .

Elektronische Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der physikalische Prozessparameter die Drehgeschwindigkeit (n) der Kurbelwelle ist.

Elektronische Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag des an die Kurbelwelle angelegten Bremsmomentes unmittelbar nach Detektieren des Abschaltsignals indirekt proportional jener Drehgeschwindigkeit (n) der Kurbelwelle ist, welche die Kurbelwelle im Moment des Detektierens des Abschaltsignals innehat.

Elektronische Steuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremsmoment bis zum Stillstand der Kurbelwelle aufrecht erhalten wird.

Elektronische Steuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das das an die Kurbelwelle angelegte Bremsmoment ein Bremsprofil ausbildet, wobei eine den Verlauf des Bremsprofils bestimmende Funktion von der elektronischen Steuerungseinrichtung gespeichert ist und vorzugsweise eine lineare Abhängigkeit von der jeweils aktuellen Drehgeschwindigkeit (n) der Kurbelwelle und/oder der seit Detektion des Abschaltsignals verstrichenen Zeit umfasst.

Elektronische Steuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuerungseinrichtung dazu eingerichtet ist, in einem sich zwischen der Detektion des Abschaltsignals und dem Stillstand der Kurbelwelle erstreckenden Bremszeitraum die Drehgeschwindigkeit (n) der Kurbelwelle, vorzugsweise mehrmals, besonders bevorzugt ständig, mit vorgegebenen Drehgeschwindigkeitswerten (ηαρ, ...) zu vergleichen.

Elektronische Steuerungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf des Bremsprofils im Wesentlichen einer stückweise linearen Funktion folgt, wobei jedem der vorgegebenen Drehgeschwindigkeitswerte (ηαρ, ...) ein Abschnitt des Bremszeitraumes zugeordnet ist, innerhalb dessen diese stückweise lineare Funktion eine im Wesentlichen konstante Steigung aufweist.

Elektronische Steuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der sich aus dem Verlauf des Bremsprofils ergebende Betrag des Bremsmomentes vom Zeitpunkt der Detektion des Abschaltsignals zum Zeitpunkt des Stillstands der Kurbelwelle hin monoton steigt.

Kältemittelkompressor zur Verwendung in einem Kühlgerät, vorzugsweise in einem Kühlschrank oder Gefrierschrank, wobei der

Kältemittelkompressor eine elektronische Steuerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.

Kühlgerät, vorzugsweise Kühlschrank oder Gefrierschrank, mit einem Kältemittelkompressor nach Anspruch 9. Verfahren zum Betreiben eines zur Verwendung in einem Kühlgerät, vorzugsweise in einem Kühlschrank oder Gefrierschrank, geeigneten Kaltemittelkompressors, welcher einen Kompressionsmechanismus zur Verdichtung von Kältemittel sowie eine Antriebseinheit umfasst, wobei der Kompressionsmechanismus mittels einer mit einem Drehmoment beaufschlagten Kurbelwelle der Antriebseinheit angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst:

- Detektieren eines eine Betriebsphase, in der der Kältemittelkompressor mit einem positiven Betriebsdrehmoment bestimmungsgemäß betrieben wird, beendenden Abschaltsignals;

- Detektieren eines physikalischen Prozessparameters, vorzugsweise einer Drehgeschwindigkeit (n) der Kurbelwelle oder einer Leistungsaufnahme des Kältemittelkompressors;

- Anlegen eines Bremsmomentes an die Kurbelwelle unmittelbar nach dem Detektieren des Abschaltsignals, wobei das Bremsmoment dem positiven Betriebsdrehmoment in seiner Wirkrichtung entgegengesetzt und der Betrag des Bremsmomentes eine Funktion des detektierten physikalischen Prozessparameters, vorzugsweise der Drehgeschwindigkeit (n) der Kurbelwelle oder der Leistungsaufnahme des Kältemittelkompressors, ist.

Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der physikalische Prozessparameter die Drehgeschwindigkeit (n) der Kurbelwelle ist.

Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der

Betrag des an die Kurbelwelle angelegten Bremsmomentes unmittelbar nach Detektieren des Abschaltsignals im Wesentlichen indirekt proportional jener Drehgeschwindigkeit (n) der Kurbelwelle ist, welche die Kurbelwelle im Moment des Detektierens des Abschaltsignals innehat.

Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremsmoment zumindest abschnittsweise innerhalb eines Bremszeitraumes, vorzugsweise jedoch bis zum Stillstand der Kurbelwelle, aufrecht erhalten wird, wobei der Bremszeitraum jener Zeitraum zwischen dem Detektieren des Abschaltsignals und dem Stillstand der Kurbelwelle ist.

Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das

Bremsmoment in Form eines Bremsprofils an die Kurbelwelle angelegt wird, wobei eine den Verlauf des Bremsprofils bestimmende Funktion von der elektronischen Steuerungseinrichtung gespeichert ist, und vorzugsweise eine lineare Abhängigkeit von der jeweils aktuellen Drehgeschwindigkeit (n) der Kurbelwelle und/oder von der seit Detektion des Abschaltsignals verstrichenen Zeit umfasst.

Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der sich aus dem Verlauf des Bremsprofils ergebende Betrag des Bremsmomentes vom Zeitpunkt der Detektion des Abschaltsignals zum Zeitpunkt des Stillstands der Kurbelwelle hin monoton steigt.

Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass während des Bremszeitraumes die Drehgeschwindigkeit (n) der Kurbelwelle, vorzugsweise mehrmals, besonders bevorzugt ständig, mit vorgegebenen

Drehgeschwindigkeitswerten (ηαρ, ...) verglichen wird und der Bremszeitraum zumindest abschnittsweise, vorzugsweise der gesamte Bremszeitraum, in Prozesszeitabschnitte (Ta,Tp, ...) unterteilt wird, wobei in jedem dieser Prozesszeitabschnitte (Ta,Tp,...) die Drehgeschwindigkeit (n) der Kurbelwelle jeweils in einem Wertebereich liegt, der einem der vorgegebenen

Drehgeschwindigkeitswerte (ηαρ, ...) zugeordnet ist.

Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf des Bremsprofils im Wesentlichen einer stückweise linearen Funktion der Prozesszeit folgt, wobei diese Funktion in jedem Prozesszeitabschnitt (Ta,Tp, ...) einen Abschnitt mit konstanter Steigung aufweist.

Description:
STEUERUNGSEINRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINES

KÄLTEMITTELKOMPRESSORS

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronischen

Steuerungseinrichtung für einen Kältemittelkompressor, welcher zumindest eine Antriebseinheit sowie einen mit der Antriebseinheit in Wirkverbindung stehenden Kompressionsmechanismus mit zumindest einem sich in einem Zylinder eines Zylinderblocks des Kältemittelkompressors in einem Betriebszustand des Kältemittelkompressors zur betriebsgemäßen Verdichtung von Kältemittel hin- und herbewegenden und über eine Kurbelwelle der Antriebseinheit angetriebenen Kolben umfasst, wobei die elektronische Steuerungseinrichtung des Kältemittelkompressors zumindest dazu eingerichtet ist, zumindest einen physikalischen Prozessparameter, vorzugsweise die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle oder die Leistungsaufnahme des Kältemittelkompressors, zu detektieren, ein an den Kältemittelkompressor gerichtetes Abschaltsignal zu detektieren, welches Abschaltsignal eine Betriebsphase des Kältemittelkompressors beendet, in welcher Betriebsphase der Kältemittelkompressor mit einem positiven Betriebsdrehmoment bestimmungsgemäß betrieben wird, sowie dazu eingerichtet ist, ein von der Antriebseinheit an die Kurbelwelle zur Einstellung deren Drehgeschwindigkeit angelegtes Drehmoment zu regeln.

Weiters betrifft die vorliegende Erfindung einen Kältemittelkompressor zur Verwendung in einem Kühlgerät, vorzugsweise in einem Kühlschrank oder Gefrierschrank, wobei der Kältemittelkompressor eine erfindungsgemäße elektronische Steuerungseinrichtung umfasst.

Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Kühlgerät, vorzugsweise Kühlschrank oder Gefrierschrank, mit einem erfindungsgemäßen

Kältemittelkompressor .

Die vorliegende Erfindung betrifft auch noch ein Verfahren zum Betreiben eines zur Verwendung in einem Kühlgerät, vorzugsweise in einem Kühlschrank oder Gefrierschrank, geeigneten Kältemittelkompressors, welcher einen Kompressionsmechanismus zur Verdichtung von Kältemittel sowie eine Antriebseinheit umfasst, wobei der Kompressionsmechanismus mittels einer mit einem Drehmoment beaufschlagten Kurbelwelle der Antriebseinheit angetrieben wird. STAND DER TECHNIK

Derartige elektronische Steuerungseinrichtungen kommen bei drehgeschwindigkeitsvariablen Kältemittelkompressoren zum Einsatz. Drehgeschwindigkeitsvariable Kältemittelkompressoren haben den Vorteil, dass sie spezifischer auf Kälteanforderungen des zu kühlenden Objekts abgestimmt werden können, indem sie beispielsweise im Falle geringerer Kälteanforderungen mit geringerer Drehgeschwindigkeit und im Falle einer erhöhten Kälteanforderung, mit entsprechend erhöhter Drehgeschwindigkeit betrieben werden können.

Der Aufbau von Kältemittelkompressoren ist hinlänglich bekannt. Sie bestehen im Wesentlichen aus einer Antriebseinheit und einem Kompressionsmechanismus in Form eines in einem Zylindergehäuse sich zwischen einem ersten und einem zweiten Totpunkt hin- und herbewegenden Kolben, der über ein Pleuel mit einer Kurbelwelle verbunden ist, die wiederum drehstarr mit einem Rotor der Antriebseinheit gekoppelt ist.

Als Antriebseinheit kommt typischerweise ein bürstenloser Gleichstrommotor zum Einsatz. Dabei ist es möglich die relative Position des Rotors des Gleichstrommotors und damit auch die Drehgeschwindigkeit des Motors bzw. des Kompressionsmechanismus auf Basis der in der Motorwicklung induzierten Gegenspannung (Induktionsgegenspannung) zu bestimmen. Dieses Verfahren kommt ohne separate Sensoren aus und ist daher besonders einfach zu implementieren und wenig störanfällig.

Bei Kältemittelkompressoren nach dem Stand der Technik kommt es insbesondere während des Anhalteprozesses, welcher unmittelbar an eine Phase anschließt, in der der Kältemittelkompressor mit einem positiven Betriebsdrehmoment bestimmungsgemäß betrieben wurde, zu Problemen geräuschtechnischer Art. In der Saug- und Kompressionsphase wirken unterschiedliche Gaskräfte (bewirkt durch die Kältemitteldruckverhältnisse im System) und Reibungskräfte (beide gemeinsam werden als Lastmoment bezeichnet) auf den Kompressionsmechanismus, was bei genauerer Betrachtung in einer über den Kurbelwinkel ungleichförmigen, weil variierenden Drehzahl der Kurbelwelle resultiert. In der vorliegenden Anmeldung wird grundsätzlich zwischen den Begriffen Drehzahl und Drehgeschwindigkeit unterschieden. Der Begriff Drehzahl wird verwendet, wenn die tatsächliche, momentane Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle gemeint ist, wohingegen der Begriff Drehgeschwindigkeit dann verwendet wird, wenn die durchschnittliche Anzahl von Umdrehungen pro Minute der Kurbelwelle gemeint ist, also jener Wert der gemeinhin gemeint ist, wenn man von der Drehzahl eines Kältemittelkompressors spricht. Konkret wirkt während der Kompressionsphase ein gegenüber der Saugphase erhöhtes Lastmoment auf den Kompressionsmechanismus, welches vom Betriebsdrehmoment der Antriebseinheit überwunden werden muss, um den Verdichtungsprozess in Gang zu halten. Dieses erhöhte Lastmoment führt zu einer Verringerung der Drehzahl der Kurbelwelle während der Kompressionsphase .

Während der Saugphase hingegen bewirken die Gaskräfte ein gegenüber der Kompressionsphase verringertes Lastmoment. Dies führt zu einer Erhöhung der Drehzahl der Kurbelwelle während der Saugphase.

Insgesamt wirkt somit ein über den gesamten Kurbelwinkel variierendes Lastmoment auf den Kompressionsmechanismus und somit auf die Kurbelwelle, wobei die Schwankungsbreite des Lastmomentes vor allem vom Druckverhältnis im Kältemittelkreislauf abhängt und zu unterschiedlich hohen Winkelbeschleunigungen und damit zu einer über den Kurbelwinkel ungleichförmigen Drehzahl der Kurbelwelle während einer

Kurbelwellenumdrehung führt.

Um Schwingungen und Vibrationen des Kompressionsmechanismus während des Betriebs auszugleichen, ist dieser samt Antriebseinheit über Federelemente in einem Gehäuse gelagert. Die Eigenfrequenzen dieses Schwingungssystems liegen je nach Kompressortyp zwischen 5 Hz und 16 Hz.

Somit führt das während jeder Kurbelwellenumdrehung wiederkehrende, erhöhte Lastmoment während der Kompressionsphase, insbesondere bei Betrieb des Kältemittelkompressors bei Drehgeschwindigkeiten unterhalb eines Bereichs zwischen 1000 U/min und 700 U/min, zu Stößen auf den Kompressionsmechanismus, welche den Kompressionsmechanismus samt Antriebseinheit in die Federelemente drückt und diese auslenkt, wobei die Stoßfrequenz im Bereich der Eigenfrequenz des Schwingungssystems liegt, so dass sich die Auslenkungen der Federelemente mit jeder Kurbelwellenumdrehung derart vergrößern, dass der Kompressionsmechanismus und/oder die Antriebseinheit gegen das Gehäuse schlagen können, wodurch es zu unerwünschten Schallemissionen kommen kann. Dieser Umstand ist auch ein Grund, dass bekannte Kältemittelkompressoren in der normalen, geregelten Betriebsphase nicht unterhalb eines Bereichs zwischen 1000 U/min und 700 U/min, also nicht in dem hinsichtlich der Lärmemission kritischen Drehgeschwindigkeitsbereiches, betrieben werden.

Die beschriebenen, unerwünschten Schallemissionen eines

Kältemittelkompressors bei geringen Drehgeschwindigkeiten treten aber nicht nur im normalen, geregelten Betrieb sondern vor allem auch während des Anhalteprozesses auf, wo diese geringen Drehgeschwindigkeiten durchfahren werden müssen. Der Anhalteprozess läuft in der Regel wie folgt ab: Ist nach einer normalen, geregelten Betriebsphase des

Kältemittelkompressors, innerhalb welcher der Kältemittelkompressor mit einem positiven Betriebsdrehmoment bestimmungsgemäß betrieben wurde, die Zieltemperatur des zu kühlenden Objektes, beispielsweise eines Kühlfachs eines Kühlschranks erreicht, sendet die elektronische Steuerungseinrichtung des Kühlschranks ein Signal (Abschaltsignal) an die elektronische Steuerungseinrichtung des Kältemittelkompressors, mit welchem dieser mitgeteilt wird, dass keine Kühlleistung mehr benötigt wird, da die Zieltemperatur erreicht ist. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass daraufhin die elektronische Steuerungseinrichtung des

Kältemittelkompressors den Antrieb bzw. das positive Betriebsdrehmoment, mit welchem der Kältemittelkompressor während der geregelten Betriebsphase bestimmungsgemäß betrieben wurde, abschaltet (Abschaltzeitpunkt) . Der Anhalteprozess beginnt somit unmittelbar nach dem Detektieren des Abschaltsignals mit dem Wegschalten des positiven Betriebsdrehmomentes.

Die Kurbelwelle des Kompressionsmechanismus durchläuft auch nach dem Abschaltzeitpunkt jeweils vollständige Umdrehungen, beginnend beim ersten Totpunkt (Kurbelwinkel 0°), wobei zunächst eine Saugphase (korrekt: Saug- und Rückexpansionsphase) durchlaufen wird, während welcher Kältemittel in den Zylinder gesaugt wird. Diese Saugphase endet theoretisch wenn der Zylinder den zweiten Totpunkt (Kurbelwinkel 180°) erreicht hat. Danach beginnt die Kompressionsphase (korrekt: Kompressions- und Ausschiebephase), während welcher das im Zylinder befindliche Kältemittel komprimiert und aus dem Zylinder ausgeschoben wird. Die Kompressionsphase endet theoretisch, wenn der Kolben den ersten Totpunkt (Kurbelwinkel 360°) wieder erreicht hat. In der Praxis beginnt die tatsächliche Kompression des Kältemittels allerdings erst bei einem Kurbelwinkel von in etwa 210° (abhängig vom Kältemittelkompressor, den Druckverhältnisse, der Ventilauslegung, etc.) jedenfalls aber nach 180° und die Saugphase in etwa bei 30°, jedenfalls aber nach dem ersten Totpunkt.

Das Abschalten der Antriebseinheit des Kältemittelkompressors zu einem Abschaltzeitpunkt, welcher Abschaltzeitpunkt in der Realität nicht mit dem Detektieren des Abschaltsignals durch die elektronische

Steuerungseinrichtung zusammenfällt sondern zeitlich geringfügig nach hinten versetzt ist, leitet den Anhalteprozess ein und führt dazu, dass sich die Kurbelwelle in einem antriebslosen Zustand (ohne positives Betriebsdrehmoment) befindet und sich nur aufgrund seiner Massenträgheit noch weiter dreht, bis er vollkommen zum Stillstand gekommen ist, d. h. seine Drehgeschwindigkeit 0 ist. Umgangssprachlich könnte man auch sagen, dass der Kältemittelkompressor „ausläuft". Während des antriebslosen Zustandes dreht sich die Kurbelwelle ausschließlich aufgrund der kinetischen Energie, die sie zum Abschaltzeitpunkt inne hat sowie der Massenträgheit. Sie dreht sich damit sozusagen unkontrolliert und ihr Drehgeschwindigkeitsverhalten ist abhängig von dem auf den Kompressionsmechanismus wirkenden Lastmoment. Das Lastmoment führt zu einer steten Verringerung der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle des antriebslos ausdrehenden Kältemittelkompressors, so dass die kinetische Energie der Kurbelwelle immer geringer wird, bis sie, abhängig von den Druckverhältnissen im Kältemittelkreislauf, nicht mehr ausreicht, um das Lastmoment zu überwinden (Grenzdrehgeschwindigkeit) .

Dabei ist zu berücksichtigen, dass bei abgeschalteter Antriebseinheit, anders als während der normalen geregelten Betriebsphase, kein positives Betriebsdrehmoment existiert, welches dem Lastmoment, insbesondere dem erhöhten Lastmoment in der Kompressionsphase entgegenwirkt, so dass bei abgeschalteter Antriebseinheit die durch das erhöhte Lastmoment in der Kompressionsphase auf den Kompressionsmechanismus wirkenden Stöße sozusagen ungebremst durchschlagen und daher die Auswirkungen in Bezug auf die Auslenkung der Federelemente noch gravierender sind, als dies in der normalen geregelten Betriebsphase der Fall ist, wo das positive Betriebsdrehmoment den Stößen entgegenwirkt und diese damit etwas dämpft.

Dies wiederum führt dazu, dass die Auslenkung der Federelemente bei geringen Drehzahlen während des Anhalteprozesses noch größer ist als während des normalen geregelten Betriebs des Kältemittelkompressors bei denselben geringen Drehzahlen und damit die Wahrscheinlichkeit eines Kontaktes zwischen Kompressionsmechanismus/Antriebseinheit und Gehäuse ebenfalls höher ist, womit insgesamt eine höhere Lärmemission verbunden ist .

Hinzu kommt, dass für den Fall, dass sich der der Kolben gerade in einer Kompressionsphase befindet, wenn die kinetische Energie der Kurbelwelle nicht mehr ausreicht, um das Lastmoment zu überwinden, die Situation eintreten kann, dass der Kolben des Kompressionsmechanismus wieder in Richtung des zweiten Totpunktes zurückgedrückt wird, sich die Drehrichtung des Kompressionsmechanismus damit umkehrt.

Mit der Drehrichtungsumkehr ist ein zusätzlicher, auf den Kompressionsmechanismus wirkender Anhalteruck verbunden, der zu einer zusätzlichen Auslenkung der Federelemente führt.

Gerade während des Anhalteprozesses, wo, wie oben bereits beschrieben, kein positives Betriebsdrehmoment dem Lastmoment entgegenwirkt und das in der Kompressionsphase wirkende erhöhte Lastmoment sowieso schon stoßartig das Schwingungssystem in Bereich seiner Eigenfrequenz anregt, trägt der Anhaltruck aufgrund der Drehrichtungsumkehr noch mehr zur Auslenkung der Federelemente bei, so dass die Wahrscheinlichkeit, dass der Kompressionsmechanismus/die Antriebseinheit an der Gehäusewand anschlagen, nochmals erhöht wird und damit unerwünschte Geräuschemissionen verursachen. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die antriebslose Phase durch Anlegen eines Bremsmomentes zu beenden und dadurch zumindest ein Zurückschlagen des Kältemittelkompressors und damit des Anhalterucks zu vermeiden. Dabei ist es vorgesehen, die nach dem Abschaltzeitpunkt antriebslos drehende Kurbelwelle bei Unterschreiten einer bestimmten Drehgeschwindigkeit durch Anlegen eines Bremsmomentes aktiv abzubremsen und zum Stillstand zu bringen. Dazu ist es erforderlich, die Drehgeschwindigkeit der antriebslos drehenden Kurbelwelle nach dem Abschaltzeitpunkt ständig zu überwachen und die Kurbelwelle bei einer definierten Drehgeschwindigkeit, die jedenfalls noch ausreichend hoch sein muss, um das Lastmoment bis dahin überwinden zu können, also über der Grenzdrehgeschwindigkeit liegen muss, mittels des Bremsmomentes, welches am Ende des Anhalteprozesses an die Kurbelwelle angelegt wird, aktiv abzubremsen .

Aus Gründen der Energieeffizienz kann das den Stillstand der Kurbelwelle herbeiführende Bremsmoment sinnvoller Weise erst nach Unterschreiten einer bestimmten Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle angelegt werden, da der Energieaufwand eines den Stillstand einer sich mit höherer als dieser bestimmten Drehgeschwindigkeit drehenden Kurbelwelle herbeiführenden Bremsmomentes unverhältnismäßig hoch wäre. Um diese bestimmte Drehgeschwindigkeit zu erreichen, sieht es der Stand der Technik vor, dem besagten Bremsprozess einen vergleichsweise langen Zeitraum vorhergehen zu lassen, welcher Zeitraum sich zwischen dem Abschaltsignal und dem Anlegen des Bremsmomentes erstreckt und in welchem die Kurbelwelle ausläuft, ohne einem positiven Betriebsdrehmoment oder einem diesem entgegen gerichteten Bremsmomentausläuft ausgesetzt zu sein. Der zum Abschaltzeitpunkt einsetzende Anhalteprozess setzt sich bei elektronischen

Steuerungseinrichtungen nach dem Stand der Technik somit aus dem Zeitraum, in welchem die Kurbelwelle unkontrolliert ausläuft, und dem finalen Bremsprozess, welcher den Stillstand der Kurbelwelle herbeiführen soll, zusammen.

Aus den oben diskutierten Gründen problematisch ist jedoch, dass der Anhalteprozess insbesondere durch das Auslaufenlassen der Kurbelwelle zum Erreichen der bestimmten Drehgeschwindigkeit, ab welcher das Bremsmoment sinnvoller Weise angelegt werden kann, drastisch verlängert wird. Zusätzlich zu den damit einhergehenden Lärmemissionen, welche durch das - zunächst sehr langsame - Durchlaufen des kritischen Drehgeschwindigkeitsbereiches hervorgerufen werden, stellt sich das weitere Problem ein, dass die elektronische Steuerungseinrichtung zwecks ständiger Überwachung der Drehgeschwindigkeit auch während des gesamten Zeitraumes, in dem die Kurbelwelle ungeregelt ausläuft, mit Strom versorgt werden muss. Ein Abschalten der Stromversorgung der elektronischen

Steuerungseinrichtung, die üblicherweise durch die Elektronik des Kühlgerätes, in dem der Kältemittelkompressor zum Einsatz kommt, erfolgt, kann somit bei elektronischen Steuerungseinrichtungen gemäß dem Stand der Technik erst erfolgen, wenn die Kurbelwelle zum Stillstand gebracht wurde. Aus den genannten Gründen kann somit zusammenfassend festgestellt werden, dass der Betrieb von bekannten drehgeschwindigkeitsvariablen Kältemittelkompressoren bei geringen Drehzahlen eine Anregung des Schwingungssystems im Bereich deren Eigenfrequenzen verursacht und deshalb zu unerwünschten Schallemissionen führt. Da dieser Effekt besonders stark während des Anhalteprozesses zu beobachten ist, in welchem die Kurbelwelle des Kältemittelkompressors einen hinsichtlich der Lärmerzeugung kritischen Drehgeschwindigkeitsbereich durchlaufen muss, ist grundsätzlich ein möglichst kurzer Anhalteprozess wünschenswert. Diesem Bestreben steht bei elektronischen Steuerungseinrichtungen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, jedoch die Notwendigkeit entgegen, die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle zuerst unter einen bestimmten Wert der Drehgeschwindigkeit zu reduzieren, bevor das den Stillstand der Kurbelwelle herbeiführende Bremsmoment mit vertretbarem Energieaufwand und ohne Gefährdung etwaiger elektronsicher Bauteile der Steuerungseinrichtung angelegt werden kann.

AUFGABE DER ERFINDUNG

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektronische Steuerungseinrichtung für einen Kältemittelkompressor bereit zu stellen, welche ein rasches und energieeffizientes Anhalten des

Kältemittelkompressors, insbesondere der Kurbelwelle des

Kältemittelkompressors, ermöglicht und eine durch Betrieb des Kältemittelkompressors bei geringen Drehzahlen - also insbesondere während des Anhalteprozesses - hervorgerufene Lärmentwicklung möglichst gering hält.

Zudem ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Kältemittelkompressor und ein Kühlgerät bereit zu stellen, welche die eben genannten Vorteile bieten.

Außerdem ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkompressors bereit zu stellen, welches ein rasches und kosteneffizientes Anhalten des Kältemittelkompressors ermöglicht und die mit dem Abbremsen und Anhalten verbundene Lärmentwicklung möglichst gering hält .

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Eine der vorstehend genannten Aufgaben wird bei einer erfindungsgemäßen elektronischen Steuerungseinrichtung für einen Kältemittelkompressor, welcher zumindest

- eine Antriebseinheit sowie

- einen mit der Antriebseinheit in Wirkverbindung stehenden Kompressionsmechanismus mit zumindest einem sich in einem Zylinder eines Zylinderblocks des Kältemittelkompressors in einem Betriebszustand des Kältemittelkompressors zur betriebsgemäßen Verdichtung von Kältemittel hin- und herbewegenden und über eine

Kurbelwelle der Antriebseinheit angetriebenen Kolben umfasst, wobei die elektronische Steuerungseinrichtung des Kältemittelkompressors zumindest dazu eingerichtet ist,

- zumindest einen physikalischen Prozessparameter, vorzugsweise die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle oder die Leistungsaufnahme des

Kältemittelkompressors, zu detektieren,

- ein an den Kältemittelkompressor gerichtetes Abschaltsignal zu detektieren, welches Abschaltsignal eine Betriebsphase des Kältemittelkompressors beendet, in welcher Betriebsphase der Kältemittelkompressor mit einem positiven Betriebsdrehmoment bestimmungsgemäß betrieben wird, sowie dazu eingerichtet ist,

- ein von der Antriebseinheit an die Kurbelwelle zur Einstellung deren Drehgeschwindigkeit angelegtes Drehmoment zu regeln,

dadurch gelöst, dass die elektronische Steuerungseinrichtung weiters dazu eingerichtet ist, unmittelbar nach Detektieren des Abschaltsignals ein Bremsmoment an die Kurbelwelle anzulegen, wobei das Bremsmoment dem während der Betriebsphase vorherrschenden positiven Drehmoment entgegengerichtet ist und der Betrag dieses Bremsmomentes eine Funktion des detektierten physikalischen Prozessparameters, vorzugsweise der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle oder der Leistungsaufnahme des Kältemittelkompressors, ist.

Das erfindungsgemäße Anlegen des Bremsmomentes an die Kurbelwelle führt dazu, dass der Bremsprozess unmittelbar an die Betriebsphase, in welcher der Kältemittelkompressor mit positivem Betriebsdrehmoment betrieben wurde, anschließt und somit zeitgleich mit dem Anhalteprozess einsetzt. Eine aus dem Stand der Technik bekannte Verlängerung des Anhalteprozesses durch ein Auslaufenlassen der Kurbelwelle, um deren Drehgeschwindigkeit vor dem eigentlichen Bremsprozess , welcher durch Anlegen des Bremsmomentes eingeleitet wird, zu verringern, wird somit vermieden. Stattdessen beginnt der Bremsprozess in dem unmittelbar auf das Detektieren des Abschaltsignals folgenden Moment und erstreckt sich in der Regel bis zum Stillstand der Kurbelwelle. Insgesamt ergibt sich somit ein im Vergleich zum Stand der Technik deutlich verkürzter Anhalteprozess, welcher durch die Vermeidung eines Auslaufenlassens der Kurbelwelle einerseits und eine schnellere Abbremsung der Kurbelwelle durch den früher einsetzenden Bremsprozess andererseits bedingt ist.

Darüber hinaus ermöglicht die erfindungsgemäße Wahl des Betrags des Bremsmomentes als Funktion des detektierten Prozessparameters des Kältemittelkompressors ein besonders energieeffizientes Abbremsen der Kurbelwelle, da zu verschiedenen Prozesszeitpunkten während des Bremsprozesses verschiedene Bremsmomente an die Kurbelwelle angelegt werden können .

Als besonders vorteilhaft hat sich die Wahl des Bremsmomentes als Funktion der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle des Kältemittelkompressors herausgestellt, da insbesondere hohe Bremsmomente zu Beginn des Bremsprozesses - also dann, wenn die Drehgeschwindigkeit noch hoch ist - mit einem erhöhten Energieverlust einhergehen. Zudem kann ein rasches und zugleich energieeffizientes Anhalten der Kurbelwelle bewerkstelligt werden, indem das jeweils anliegende Bremsmoment über den gesamten Bremsprozess in Abhängigkeit von der jeweiligen Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle variiert wird.

Deshalb ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektronischen Steuerungseinrichtung vorgesehen, dass der physikalische Prozessparameter die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle ist.

Da ein energetisch günstiges Abbremsen der Kurbelwelle insbesondere bei geringen Drehgeschwindigkeiten erreicht werden kann, ist es bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektronischen Steuerungseinrichtung vorgesehen, dass der Betrag des an die Kurbelwelle angelegten Bremsmomentes unmittelbar nach Detektieren des Abschaltsignals indirekt proportional jener Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle ist, welche die Kurbelwelle im Moment des Detektierens des Abschaltsignals innehat.

Dadurch wird das zu Beginn des Bremsprozesses - also unmittelbar nach Detektieren des Abschaltsignals - an die Kurbelwelle angelegte Bremsmoment im Falle hoher bzw. geringer Drehgeschwindigkeiten während der dem Abschaltsignal vorangehenden Betriebsphase geringer bzw. höher gewählt. Bei geringen Drehgeschwindigkeiten führt eine dementsprechende Wahl des Bremsmomentes zu einer weiteren Verkürzung des Anhalteprozesses, da die Kurbelwelle schon zu Beginn des Anhalteprozesses einem hohen Bremsmoment ausgesetzt ist. Bei hohen Drehgeschwindigkeiten der Kurbelwelle im Moment des Detektierens des Abschaltsignals führt die erfindungsgemäße Wahl des Bremsmomentes hingegen zu einen geringeren Energiebedarf über weite Strecken des Anhalteprozesses, während der erfindungsgemäße Anhalteprozess im Vergleich zu Anhalteprozessen mit einer Phase des Auslaufenlassens der Kurbelwelle gemäß dem Stand der Technik durch das bereits zu Beginn des Anhalteprozesses angelegte Bremsmoment dennoch verkürzt wird.

Um die Dauer des Anhalteprozesses weiter zu verkürzen und die mit dem Betrieb des Kältemittelkompressors bei geringen Drehzahlen einhergehende Lärmentwicklung so gering wie möglich zu halten, ist es vorteilhaft, das zu Beginn des Anhalteprozesses angelegte Bremsmoment über den gesamten Anhalteprozess aufrecht zu halten. Deshalb ist es bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektronischen Steuerungseinrichtung vorgesehen, dass das Bremsmoment bis zum Stillstand der Kurbelwelle aufrechterhalten wird.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektronischen Steuerungseinrichtung ist es vorgesehen, dass das an die Kurbelwelle angelegte Bremsmoment ein Bremsprofil ausbildet, wobei eine den Verlauf des Bremsprofils bestimmende Funktion von der elektronischen Steuerungseinrichtung gespeichert ist und vorzugsweise eine lineare Abhängigkeit von der jeweils aktuellen Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle und/oder der seit Detektion des Abschaltsignals verstrichenen Zeit umfasst.

Die Realisierung des Bremsmomentes als Bremsprofil, welches Bremsprofil den zeitlichen Verlauf des Bremsmomentes darstellt, ermöglicht eine optimale Anpassung des Betrags des Bremsmomentes an die sich während des Anhalteprozesses verringernde Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle. Ausgehend von dem Wert des Bremsmomentes zu Beginn des Anhalteprozesses - also unmittelbar nach Detektieren des Abschaltsignals -wird es beispielsweise möglich, den Betrag des angelegten Bremsmomentes im Laufe des Anhalteprozesses zu erhöhen, um die Bremswirkung sukzessive zu steigern. Dies kann in Anhängigkeit von der tatsächlichen Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle erfolgen, welche selbst wiederum von dem angelegten Bremsmoment abhängt und sich mit fortlaufender Dauer des Anhalteprozesses weiter verringert. Alternativ kann auch auf eine Messung und/oder Verwertung der jeweils aktuellen Drehgeschwindigkeit während des Anhalteprozesses verzichtet und das vorgefertigte Bremsprofil als Funktion der seit Detektion des Abschaltsignals verstrichenen Zeit bestimmt werden. In beiden Fällen ist es notwendig, dass eine das konkrete Bremsprofil festlegende Funktion - mit Funktionsparametern aktuelle Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle und/oder seit Detektieren des Abschaltsignals verstrichene Zeit - von der elektronischen Steuerungseinrichtung gespeichert ist. Insgesamt kann dadurch ein besonders vorteilhaftes Bremsprofil gewählt werden, welches dazu führt, dass die Kurbelwelle zu Beginn des Anhalteprozesses nur leicht gebremst wird und die Bremswirkung mit fortschreitender Verringerung der Drehgeschwindigkeit immer höher wird. Dadurch kann eine weitere Verkürzung des Anhalteprozesses sowie eine Verringerung des Energiebedarfs des Kältemittelkompressors während des Anhalteprozesses erreicht werden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektronischen Steuerungseinrichtung ist es vorgesehen, dass die elektronische Steuerungseinrichtung dazu eingerichtet ist, in einem sich zwischen der Detektion des Abschaltsignals und dem Stillstand der Kurbelwelle erstreckenden Bremszeitraum die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle, vorzugsweise mehrmals, besonders bevorzugt ständig, mit vorgegebenen Drehgeschwindigkeitswerten zu vergleichen.

Dadurch wird es möglich, festzustellen, in welchem von mehreren, durch die konkrete Wahl der vorgegebenen Drehgeschwindigkeitswerte festgelegten Drehgeschwindigkeits-Regimen sich die Kurbelwelle während des Bremszeitraumes jeweils befindet. In diesem Zusammenhang hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die aktuelle Drehgeschwindigkeit mehrmals bzw. so oft wie technisch möglich, also ständig, während des Bremszeitraumes mit den vorgegebenen Drehgeschwindigkeitswerten abzugleichen. Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die das Bremsprofil bestimmende Funktion, welche von der elektronischen Steuerungseinrichtung gespeichert ist, für jedes Drehgeschwindigkeits-Regime, also für jeweils alle zwischen zwei der vorgegebenen Drehgeschwindigkeitswerten liegende Werte der aktuellen Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle, einen anderen Wert oder einen anderen Verlauf (beispielsweise Steigung, Krümmung) des angelegten Bremsprofils festlegt.

Daher ist es bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektronischen Steuerungseinrichtung vorgesehen, dass der Verlauf des Bremsprofils im Wesentlichen einer stückweise linearen Funktion folgt, wobei jedem der vorgegebenen Drehgeschwindigkeitswerte ein Abschnitt des Bremszeitraumes zugeordnet ist, innerhalb dessen diese stückweise lineare Funktion eine im Wesentlichen konstante Steigung aufweist.

Dadurch ermöglicht es die erfindungsgemäße elektronische Steuerungseinrichtung, den Bremszeitraum in beliebig viele Abschnitte zu unterteilen, wobei das Bremsprofil in jedem dieser Abschnitte dem Verlauf einer linearen Funktion mit einer bestimmten, dem jeweiligen Bereich zugeordneten Steigung folgt. Dadurch kann das Bremsprofil auf besonders einfache, stabile und leicht implementierbare Weise an die Kurbelwelle angelegt werden und gleichzeitig eine optimale Anpassung des jeweiligen Bremsmomentes an die Momentangeschwindigkeit der Kurbelwelle sichergestellt werden. Anders als im streng mathematischen Sinne einer (stückweise) linearen Funktion ist der Begriff der stückweisen Linearität im vorliegenden Dokument so auszulegen, dass der Wert der Steigung jede beliebige reelle Zahl, insbesondere auch Null, annehmen kann. In diesem Sinne kann es vorgesehen sein, dass die den Verlauf des Bremsprofils bestimmende Funktion innerhalb eines Abschnittes des Bremszeitraumes konstant ist, wobei die besagte Steigung - im Einklang mit obiger Diktion - in diesem Abschnitt Null wäre.

Bei einer anderen besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektronischen Steuerungseinrichtung ist es vorgesehen, dass der sich aus dem Verlauf des Bremsprofils ergebende Betrag des Bremsmomentes einer vom Zeitpunkt der Detektion des Abschaltsignals zum Zeitpunkt des Stillstands der Kurbelwelle hin monoton steigenden Funktion der seit Detektion des Abschaltsignals verstrichenen Zeit folgt.

Da bei dieser Ausführungsform der Steuerungseinrichtung der Betrag des Bremsmomentes einer vom Zeitpunkt der Detektion des Abschaltsignals zum Zeitpunkt des Stillstands der Kurbelwelle hin monoton steigenden (steigt oder bleibt gleich), vorzugsweise streng monoton steigenden (steigt immer), Funktion der seit Detektion des Abschaltsignals verstrichenen Zeit folgt, ist sichergestellt, dass die Bremswirkung, der die Kurbelwelle unmittelbar nach dem Detektieren des Abschaltsignals ausgesetzt ist, während des gesamten Anhalteprozesses zunimmt oder zumindest nicht kleiner wird. Dadurch kann ein rasches und energieeffizientes Anhalten der Kurbelwelle - zunächst unabhängig von dem jeweiligen Momentanwert der Drehgeschwindigkeit und deren konkretem Verlauf während des gesamten Bremszeitraumes - sichergestellt werden.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird auch durch einen Kältemittelkompressor zur Verwendung in einem Kühlgerät, vorzugsweise in einem Kühlschrank oder Gefrierschrank, wobei der Kältemittelkompressor eine erfindungsgemäße elektronische Steuerungseinrichtung umfasst, gelöst.

Dadurch können alle oben beschriebenen Vorteile der erfindungsgemäßen elektronischen Steuerungseinrichtung in Verbindung mit einem zur Verwendung in einem Kühlgerät geeigneten Kältemittelkompressor genutzt werden. Insbesondere wird es möglich, die während des Anhalteprozesses auftretende Lärmentwicklung möglichst gering zu halten und ein rasches sowie energieeffizientes Anhalten des Kompressors in Reaktion auf das Detektieren des von einer Steuereinrichtung des Kühlgerätes an den Kältemittelkompressor gerichteten Abschaltsignals zu gewährleisten.

Eine Aufgabe der Erfindung wird auch bei einem Kühlgerät, vorzugsweise einem Kühlschrank oder Gefrierschrank, mit einem eine erfindungsgemäße elektronische Steuerungseinrichtung aufweisenden Kältemittelkompressor gelöst. Hierdurch werden alle oben diskutierten Vorteile auch in dem erfindungsgemäßen Kühlgerät nutzbar.

Eine Aufgabe der Erfindung wird bei einem Verfahren zum Betreiben eines zur Verwendung in einem Kühlgerät, vorzugsweise in einem Kühlschrank oder Gefrierschrank, geeigneten Kältemittelkompressors, welcher einen Kompressionsmechanismus zur Verdichtung von Kältemittel sowie eine Antriebseinheit umfasst, wobei der Kompressionsmechanismus mittels einer mit einem Drehmoment beaufschlagten Kurbelwelle der Antriebseinheit angetrieben wird, dadurch gelöst, dass es die folgenden Schritte umfasst:

- Detektieren eines eine Betriebsphase, in der der Kältemittelkompressor mit einem positiven Betriebsdrehmoment bestimmungsgemäß betrieben wird, beendenden Abschaltsignals;

- Detektieren eines physikalischen Prozessparameters, vorzugsweise einer Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle oder einer

Leistungsaufnahme des Kältemittelkompressors;

- Anlegen eines Bremsmomentes an die Kurbelwelle unmittelbar nach dem Detektieren des Abschaltsignals, wobei das Bremsmoment dem positiven Betriebsdrehmoment in seiner Wirkrichtung entgegengesetzt und der

Betrag des Bremsmomentes eine Funktion des detektierten physikalischen Prozessparameters, vorzugsweise der

Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle oder der Leistungsaufnahme des Kältemittelkompressors, ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es dabei, dass der Bremsprozess unmittelbar nach dem Detektieren des Abschaltsignals und somit gleichzeitig mit dem Anhalteprozess beginnt. Außerdem ermöglicht es, den Bremsvorgang, also insbesondere den unmittelbar nach Detektieren des Abschaltsignal angelegten Betrag des Bremsmomentes, also den Betrag eines dem Betriebsdrehmoment entgegengerichteten Drehmomentes, an diejenige Betriebsphase anzupassen, welche durch das Abschaltsignal beendet wurde. Dadurch wird der Anhalteprozess der Kurbelwelle insgesamt deutlich verkürzt, wodurch sich sowohl die Lärmentwicklung als auch der mit dem den Stillstand der Kurbelwelle herbeiführenden Bremsmoment verbundene Energieverbrauch während des Anhalteprozesses reduzieren lassen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass der physikalische Prozessparameter die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle ist.

Da die Drehgeschwindigkeit, die die Kurbelwelle zu Beginn des Anhalteprozesses, also unmittelbar nach dem Detektieren des Abschaltsignals, innehat, maßgeblich für das zum Anhalten der Kurbelwelle benötigte Bremsmoment ist, ermöglicht diese Ausführungsform ein besonders effizientes und rasches Anhalten der Kurbelwelle.

Da das für eine festgelegte Reduktion der Drehgeschwindigkeit in einem festgelegten Zeitintervall notwendige Bremsmoment im Falle einer hohen Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle viel höher ist als das für die selbe Reduktion der Drehgeschwindigkeit in dem selben Zeitintervall notwendige Bremsmoment im Falle einer geringen Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle, ist es bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass der Betrag des an die Kurbelwelle angelegten Bremsmomentes unmittelbar nach Detektieren des Abschaltsignals im Wesentlichen indirekt proportional jener

Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle ist, welche die Kurbelwelle im Moment des Detektierens des Abschaltsignals innehat.

Dadurch kann der Anhalteprozess verkürzt und der zum Anhalten der Kurbelwelle notwendige Gesamtenergieverbrauch erheblich reduziert werden.

Um den Anhalteprozess weiter zu verkürzen, ist es bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass das Bremsmoment zumindest abschnittsweise innerhalb eines Bremszeitraumes, vorzugsweise jedoch bis zum Stillstand der Kurbelwelle, aufrecht erhalten wird, wobei der Bremszeitraum jener Zeitraum zwischen dem Detektieren des Abschaltsignals und dem Stillstand der Kurbelwelle ist.

Bei einer anderen besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass das Bremsmoment in Form eines Bremsprofils an die Kurbelwelle angelegt wird, wobei eine den Verlauf des Bremsprofils bestimmende Funktion von der elektronischen Steuerungseinrichtung gespeichert ist, und vorzugsweise eine lineare Abhängigkeit von der jeweils aktuellen Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle und/oder von der seit Detektion des Abschaltsignals verstrichenen Zeit umfasst.

Durch Verwendung eines solchen Bremsprofils kann das zum Anhalten der Kurbelwelle notwendige Bremsmoment über den gesamten Bremsprozess hinweg variiert werden, was zu einer weiteren Verkürzung des Anhalteprozesses genützt werden kann. Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass der sich aus dem Verlauf des Bremsprofils ergebende Betrag des Bremsmomentes vom Zeitpunkt der Detektion des Abschaltsignals zum Zeitpunkt des Stillstands der Kurbelwelle hin monoton steigt.

Somit ist sichergestellt, dass die Bremswirkung, welcher die Kurbelwelle ausgesetzt ist, im Laufe des Anhalteprozesses stetig anwächst und ein rasches Anhalten der Kurbelwelle möglich wird.

Um festzustellen, in welchem von mehreren, durch die konkrete Wahl der vorgegebenen Drehgeschwindigkeitswerte festgelegten Drehgeschwindigkeits- Regime sich die Kurbelwelle während des Bremszeitraumes jeweils befindet, ist es bei einer bevorzugten ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass während des Brems Zeitraumes die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle, vorzugsweise mehrmals, besonders bevorzugt ständig, mit vorgegebenen Drehgeschwindigkeitswerten verglichen wird und der Bremszeitraum zumindest abschnittsweise, vorzugsweise der gesamte Bremszeitraum, in Prozesszeitabschnitte unterteilt wird, wobei in jedem dieser Prozesszeitabschnitte die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle jeweils in einem Wertebereich liegt, der einem der vorgegebenen Drehgeschwindigkeitswerte zugeordnet ist.

Um ein besonders einfach implementierbares und effizientes Bremsprofil zu erhalten, ist es bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass der Verlauf des Bremsprofils im Wesentlichen einer stückweise linearen Funktion der Prozesszeit folgt, wobei diese Funktion in jedem Prozesszeitabschnitt einen Abschnitt mit konstanter Steigung aufweist.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung ist beispielhaft und soll den Erfindungsgedanken zwar darlegen, ihn aber keinesfalls einengen oder gar abschließend wiedergeben.

Dabei zeigt:

FIG. 1 zwei einander korrespondierende Diagramme, welche einen mittels einer erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung geregelten Anhalteprozess darstellen. WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

FIG. 1 zeigt zwei zueinander korrespondierende Diagramme, welche die Drehgeschwindigkeit n einer Kurbelwelle eines Kältemittelkompressors sowie das an die Kurbelwelle angelegte Drehmoment M während einer Betriebsphase II, in der der Kältemittelkompressor bestimmungsgemäß betrieben wird, wie auch während eines an diese Betriebsphase anschließenden Anhalteprozesses III, jeweils als Funktion der Prozesszeit t, darstellen.

Zum Zeitpunkt t 0 , welcher mit dem Ursprung der Abszisse zusammen fällt, detektiert eine erfindungsgemäße elektronische Steuerungseinrichtung ein an den Kältemittelkompressor gerichtetes Start-Signal. In Reaktion auf das Start-Signal versetzt eine Antriebseinheit des Kältemittelkompressors die Kurbelwelle des Kältemittelkompressors in Bewegung. Nachdem die Kurbelwelle im Laufe eines entsprechenden Startvorganges I des Kältemittelkompressors zuerst in eine vorgegebene Position bewegt wurde, wird die Kurbelwelle von dieser Position aus auf eine vorgegebene Drehgeschwindigkeit n start beschleunigt. Sobald die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle den Wert n start erreicht hat, ist der Startvorgang I abgeschlossen und ist der Kältemittelkompressor einsatzbereit, um von einem Kühlgerät, in welchem der Kältemittelkompressor zum Einsatz kommt, benötigte Kühlleistung bei Bedarf zur Verfügung zu stellen. Solange ein solcher Bedarf nicht besteht bzw. von einer weiteren Steuerungseinrichtung des Kühlgerätes, in welchem der Kältemittelkompressor zum Einsatz kommt, nicht an die erfindungsgemäße elektronische Steuerungseinrichtung des Kältemittelkompressors kommuniziert wurde, behält die Kurbelwelle die Drehgeschwindigkeit n start bei. Das Erreichen und Halten der Startgeschwindigkeit ^start kann erfindungsgemäß mittels eines offenen Regelkreises bewerkstelligt werden.

Sobald der erfindungsgemäßen elektronischen Steuerungseinrichtung ein bestimmter Bedarf an Kühlleistung mitgeteilt wird, welche Kühlleistung von der weiteren Steuerungselektronik des Kühlgerätes automatisch festgelegt oder von einem Benutzer des Kühlgerätes manuell bestimmt werden kann und welche Kühlleistung zu einer bestimmten gewünschten Temperatur innerhalb des Kühlgerätes korrespondiert, wird die Drehgeschwindigkeit n der Kurbelwelle mittels eines geschlossenen Regelkreises von der Startgeschwindigkeit n start auf einen in einem Bereich zwischen etwa 700 Umdrehungen pro Minute (im Folgenden mit rpm abgekürzt) und 4000 rpm liegenden und zum vorgegebenen Bedarf an Kühlleistung korrespondierenden Drehgeschwindigkeits-Sollwert n Soll geregelt. Dazu wird ein bestimmtes, positives Betriebsdrehmoment M an die Kurbelwelle angelegt, welches in Abstimmung mit einem gemessenen Wert der aktuellen Drehgeschwindigkeit n der Kurbelwelle variiert wird, bis der Drehgeschwindigkeits-Sollwert n Soll erreicht ist. Dieser Drehgeschwindigkeits-Sollwert n Soll wird beibehalten, bis dem Kühlgerät die geforderte Kühlleistung zur Verfügung gestellt wurde und im Resultat die gewünschte Temperatur im Kühlgerät oder einem Bereich des Kühlgerätes, etwa dem Gefrierfach eines Kühlschrankes, erreicht ist.

In Folge des Erreichens der gewünschten Temperatur wird der elektronischen Steuerungseinrichtung dies in Form eines an den Kältemittelkompressor gerichteten Abschaltsignals mitgeteilt. Der im Anschluss an das Detektieren dieses Abschaltsignals einsetzender Anhalteprozess III, an dessen Ende der vollkommene Stillstand der Kurbelwelle steht, gestaltet sich erfindungsgemäß wie folgt:

Unmittelbar nach Detektieren des Abschaltsignals legt die elektronische Steuerungseinrichtung ein dem in der Betriebsphase II vorherrschenden Drehmoment (seiner Richtung nach) entgegen gerichtetes Drehmoment, also ein Bremsmoment, an die Kurbelwelle an und leitet somit gleichzeitig den Bremsprozess ein. Der Anhalteprozess III weist somit keinen aus dem Stand der Technik bekannten, dem Bremsprozess vorhergehenden Zeitraum auf, in welchem die Kurbelwelle unkontrolliert ausläuft, um die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle vor Anlegen des Bremsmomentes unter einen bestimmten, ausreichend geringen Wert zu reduzieren. Dadurch wird der Anhalteprozess insgesamt deutlich verkürzt, womit eine Verkürzung jener Zeit einhergeht, innerhalb welcher der Kältemittelkompressor einen hinsichtlich der Lärmerzeugung kritischen Drehgeschwindigkeitsbereich, also den Bereich zwischen etwa 700 rpm und 0 rpm, durchläuft.

Da jedoch das Bremsmoment, welches notwendig wäre, um die zum Zeitpunkt des Detektierens des Abschaltsignals eine hohe Drehgeschwindigkeit n Soll innehabende Kurbelwelle vollständig abzubremsen, also zum Stillstand zu bringen, sowohl aus Sicht der Energieeffizienz, wie auch aus lärmtechnischen Gründen viel zu hoch wäre und darüber hinaus auch die Gefahr bestünde, dass Komponenten der Steuerungseinrichtung und/oder des Kältemittelkompressors während dieses heftigen Abbremsens Schaden nehmen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das unmittelbar nach dem Detektieren des Abschaltsignals an die Kurbelwelle angelegte Bremsmoment eine Funktion jener Drehgeschwindigkeit ist, die die Kurbelwelle zum Zeitpunkt des Detektierens des Abschaltsignals inne hat.

Konkret ist es vorgesehen und aus Fig. 1 deutlich ersichtlich, dass das unmittelbar nach dem Detektieren des Abschaltsignals an die Kurbelwelle angelegte Bremsmoment im Falle eines hohen Soll-Wertes der Drehgeschwindigkeit n Soll der Kurbelwelle zum Zeitpunkt des Detektierens des Abschaltsingals geringer ist als im Falle einer geringen Drehgeschwindigkeit n Soll der Kurbelwelle zum Zeitpunkt des Detektierens des Abschaltsignals. Der Betrag des unmittelbar nach Detektieren des Abschaltsignals an die Kurbelwelle angelegten Bremsmomentes ist somit indirekt proportional jener Drehgeschwindigkeit n Soll , die die Kurbelwelle zum Zeitpunkt des Detektierens des Abschaltsignals innehat. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass bei der Festlegung des Betrages des Bremsmomentes unmittelbar nach Detektieren des Abschaltsignals ein anderer detektierter , physikalischer Prozessparameter, beispielsweise die Leistungsaufnahme des Kältemittelkompressors, an die Stelle der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle tritt - das Bremsmoment also die Funktion eines anderen Prozessparameters ist.

Hat die Kurbelwelle also zum Zeitpunkt des Detektierens des Abschaltsignals eine hohe Drehgeschwindigkeit n Soll inne, so führt das zu Beginn des Anhalteprozesses angelegte Bremsmoment zunächst zu einer vergleichsweise schwachen Abbremsung der Kurbelwelle, wohingegen die Bremswirkung vergleichsweise hoch ist, wenn die Kurbelwelle eine geringe Drehgeschwindigkeit n Soll zum Zeitpunkt des Detektierens des Abschaltsignals innehat .

Aufgrund des bereits gleichzeitig mit dem Beginn des Anhalteprozesses einsetzenden Bremsprozesses verringert sich die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle schneller als bei Kältemittelkompressoren gemäß dem Stand der Technik, bei denen die Kurbelwelle zum Zweck der Geschwindigkeitsreduktion zunächst unkontrolliert ausläuft bevor das Bremsmoment, das schließlich den vollkommenen Stillstand der Kurbelwelle herbeiführen und eine Umkehr der Drehrichtung im letzten Moment des Anhalteprozesses verhindern soll, an die Kurbelwelle angelegt wird.

Um mit fortschreitender Prozesszeit t seit Detektieren des Abschaltsignals eine immer stärkere Bremswirkung zu erzielen, bildet das an die Kurbelwelle angelegte Bremsmoment ein sich über einen gesamten, sich zwischen dem Detektieren des Abschaltsignals und dem Stillstand der Kurbelwelle erstreckenden Bremszeitraum erstreckendes Bremsprofil aus. Das heißt, dass die Kurbelwelle während des gesamten Bremszeitraumes einem Bremsmoment ausgesetzt ist. Der Betrag dieses Bremsmomentes, welcher sich aus dem Verlauf des Bremsprofils ergibt, steigt dabei von dem Zeitpunkt des Detektierens des Abschaltsignals bis hin zum Stillstand der Kurbelwelle monoton an. Der Verlauf des Bremsprofils kann selbst wiederum eine Funktion der jeweils aktuellen Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle und/oder der (z.B. seit Beginn des Anhalteprozesses verstrichenen) Prozesszeit t beinhalten, wobei eine diesen Verlauf bestimmende Funktion von der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung gespeichert ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Bremszeitraum - ohne Beeinträchtigung der Allgemeinheit - in vier (Szenario 1) bzw. in zwei (Szenario 2) Prozesszeitabschnitte (T lr T 2 , T 3 , T 4 bzw. T llr T 22 ) unterteilt. Innerhalb jedes einzelnen dieser Prozess Zeitabschnitte liegt die jeweilige Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle, die von der elektronischen Steuerungseinrichtung mit hoher Frequenz, beispielsweise mit einer höher als 10 Hz liegenden Frequenz, überwacht und mit vordefinierten Werten (n lr n 2 , n 3 , n 0 bzw. n 3 , n 0 ) der Drehgeschwindigkeit verglichen wird, jeweils in einem Bereich, der jeweils einem vordefinierten Wert der Drehgeschwindigkeit zugeordnet ist. Das sich über den gesamten Bremszeitraum und somit über alle Prozesszeitabschnitte (T lr T 2 , T 3 , T 4 bzw. Tu, T 22 ) erstreckende Bremsprofil kann derart ausgebildet sein, dass es dem Verlauf einer stückweise linearen Funktion der Prozesszeit t folgt, wobei die Steigung dieser Funktion in jedem einzelnen der Prozesszeitabschnitte (T lr T 2 , T 3 , T 4 bzw. T llr T 22 ) jeweils einen anderen, konstanten Wert aufweist.

Unterhalb des letzten nicht-verschwindenden, vordefinierten Wertes der Drehgeschwindigkeit (in beiden Szenarien ist das die Drehgeschwindigkeit n 3 ) nimmt die besagte Steigung der besagten stückweise linearen Funktion der Prozesszeit t den Wert Null an - das an die Kurbelwelle angelegte Bremsprofil, genauer dessen Betrag, ist in dem letzten Prozesszeitabschnitt (T 4 im Falle von Szenario 1; T 22 im Falle von Szenario 2) des Bremszeitraumes also konstant. Somit unterscheidet sich das durch die erfindungsgemäße elektronische Steuerungseinrichtung hervorgerufene Bremsverhalten während des finalen, dem Stillstand der Kurbelwelle unmittelbar vorhergehenden, Prozesszeitabschnittes von jenem der übrigen Prozesszeitabschnitte, innerhalb welcher der Betrag des Bremsmomentes jeweils monoton anwächst bzw. steigt.

BEZUGSZEICHENLISTE

Drehmoment

Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle

vorgegebene Drehgeschwindigkeitswerte

nStart vorgegebene Drehgeschwindigkeit

nSoll Soll-Wert der Drehgeschwindigkeit

t Prozesszeit

t 0 Zeitpunkt des Detektierens eines Start-Signals

Prozesszeitabschnitte des Bremszeitraumes (i=l, 2, 11, 22, .




 
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