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Title:
SYSTEM COMPRISING A REFRIGERANT COMPRESSOR AND METHOD FOR OPERATING THE REFRIGERANT COMPRESSOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/166326
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a system, comprising a refrigerant compressor and an electronic control device (13) for the refrigerant compressor (1). The refrigerant compressor (1) at least comprises a drive unit (16) and a compression mechanism (5), which can be driven by means of the drive unit (16) and which has a piston (9), which can be driven by means of a crankshaft (6). The electronic control device (13) is designed to capture and control, in an open-loop and/or closed-loop manner, the rotational speed (ω) of the crankshaft (6) and to at least approximately capture the piston position of the piston (9). According to the invention, the electronic control device (13) is designed to determine an energy evaluation variable difference (W) while the drive unit (16) is switched off, which energy evaluation variable difference is proportional to the energy required to perform one crankshaft revolution; at a measurement rotational speed (ω), to determine an energy evaluation variable (E (ω) ) proportional to the rotational energy at the measurement rotational speed (ω); to determine the number of crankshaft revolutions (N) remaining, while the drive unit (16) is switched off, until a standstill of the compression mechanism (5); and to check whether the remaining crankshaft revolutions (N) upon switch-off of the drive unit (16) at a reference piston position enable stopping of the compression mechanism (5) in the suction phase thereof.

Inventors:
FREIBERGER, Alfred (8263, Grosswilfersdorf 11a, 8263 Grosswilfersdorf, 8263, AT)
SCHÖGLER, Hans Peter (Ungarnstr. 5, 8350 Fehring, 8350, AT)
Application Number:
EP2019/054361
Publication Date:
September 06, 2019
Filing Date:
February 21, 2019
Export Citation:
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Assignee:
NIDEC GLOBAL APPLIANCE GERMANY GMBH (Mads-Clausen-Straße 7, Flensburg, 24939, DE)
International Classes:
F04B35/04; F04B49/02; F04B49/06
Domestic Patent References:
WO2007074074A12007-07-05
Foreign References:
EP2669519A12013-12-04
DE202012013046U12014-09-15
EP3282126A12018-02-14
EP2957770A12015-12-23
EP2669519A12013-12-04
DE202012013046U12014-09-15
Attorney, Agent or Firm:
KLIMENT & HENHAPEL PATENTANWAELTE OG (Gonzagagasse 15, 1010 Wien, 1010, AT)
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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.

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 (Abschalt Z eitpunkt) und der Anhalteprozess beginnt.

Die Kurbelwelle des Kompressionsmechanismus durchläuft auch nach dem Abschalt Z eitpunkt 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 Abschalt Z eitpunkt 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

Abschalt Z eitpunkt 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

Abschalt Z eitpunkt bei Unterschreiten einer bestimmten Drehzahl mittels eines Bremsmomentes abzubremsen. Dazu ist es

erforderlich, die Drehzahl des antriebslos drehenden

Kompressionsmechanismus nach dem Abschalt Z eitpunkt 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 (co b ) , die vorzugsweise bei zur Bestimmung der Energiebeurteilungsgrößendifferenz

abgeschalteter Antriebseinheit vorliegt, bestimmt wird, die Umdrehungsanzahl durch Quotientenbildung berechnet wird:

N = E (co b ) /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 ((O abschait ) 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 (co b ) , die vorzugsweise bei zur Bestimmung der Energiebeurteilungsgrößendifferenz

abgeschalteter Antriebseinheit vorliegt, bestimmt wird, die Umdrehungsanzahl durch Quotientenbildung berechnet wird:

N = E (co b ) /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)=w 2 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 (ü grenz ) 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 (o gren z) /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 (O grenz ) 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 (o gren z) /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 (o au siauf) ) für eine dann vorliegende, als Messdrehzahl fungierende Auslauf-Drehzahl ( wauslauf) zu bestimmen,

b3) die Umdrehungsanzahl (N) durch Quotientenbildung zu berechnen: N = E (o ausiauf) /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 (co ausiauf ) /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 B m 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 L m 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 B m 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 L m (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 B m ( 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 L m und das

Betriebsdrehmoment B m in Fig. 3 unterschiedlich skaliert sind.

Wie sich aus dem Diagramm ergibt, ist das Lastmoment L m kurz bevor der Kolben 9 in der Kompressionsphase den oberen

Totpunkt erreicht, also bei ca. 330°, betragsmäßig am höchsten und wirkt dem Betriebsdrehmoment B m entgegen. Zu Beginn der Saugphase, also im vorliegenden Fall bei ca. 10°, wirkt das Lastmoment L m in die gleiche Drehrichtung wie das

Betriebsdrehmoment B m , d.h. dass das Lastmoment L m 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 co abSchait 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 co abSchait

abzuschalten, oder gegebenenfalls die Antriebseinheit 16 einzuschalten und diese mit einer vorgebbaren Grenz-Drehzahl o grenz zu

betreiben und unter Berücksichtigung der

Energiebeurteilungsgrößendifferenz W eine Abschalt- Kolbenposition zu bestimmen und die Antriebseinheit 16 bei der Grenz-Drehzahl o grenz 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 (w 2 ) 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) = w 2 .

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 (ü b ) bei einer als

Messdrehzahl fungierenden Bestimmungsdrehzahl (O b , die bei zur Bestimmung der Energiebeurteilungsgrößendifferenz W

abgeschalteter Antriebseinheit 16 vorliegt, bestimmt wird, die Umdrehungsanzahl N durch Quotientenbildung berechnet wird : N = E (o b ) /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 co 2 die zugehörigen Energiebeurteilungsgrößen berechnet: E(wi)= w 2 2 und E(w 2 ) = w 2 2 .

Bzw. ergibt sich sofort die Energiebeurteilungsgrößendifferenz W = wi 2 - w 2 2 .

Der Kompressionsmechanismus läuft weiter aus, bis die

Bestimmungsdrehzahl co b erreicht ist, bei der der

Kompressionsmechanismus 5 mittels eingeschalteter

Antriebseinheit 16 betrieben wird und bei der die

Energiebeurteilungsgröße E (co b ) = berechnet wird.

Sodann wird die Umdrehungsanzahl N = G) b 2 / (w 2 2 - w 2 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 co b . 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 (w ausiauf) für eine dann vorliegende, als Messdrehzahl fungierende Auslauf-Drehzahl Wauslauf zu bestimmen,

b3) die Umdrehungsanzahl N durch Quotientenbildung zu

berechnen: N = E (o au siauf) /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)= w 2 2 und E(w 2) = w 2 2 .

Bzw. ergibt sich sofort die Energiebeurteilungsgrößendifferenz W = w 2 2 - w 2 2 . Diese Berechnung erfolgt praktisch instantan, sodass die nun vorliegende Auslauf-Drehzahl G) ausiauf gleich co 2 ist, sodass E (<> ausiauf ) = E (w 2 ) = w 2 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 o grenz erreicht wird, und die Antriebseinheit 16 bei der Grenz-Drehzahl o grenz und der

Abschalt-Kolbenposition abzuschalten, wobei die Abschalt- Kolbenposition bestimmt wird, indem

- die Energiebeurteilungsgröße E (o gre nz) bei der Grenz-Drehzahl o grenz bestimmt wird,

- die Umdrehungsanzahl N durch Quotientenbildung berechnet wird: N = E (<> gre nz) /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)= w 2 2 und E(w 2 )= w 2 2 .

Bzw. ergibt sich sofort die Energiebeurteilungsgrößendifferenz W = w 2 2 - w 2 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 o grenz aus und wird dann mittels der Antriebseinheit 16 bei der Grenz-Drehzahl o grenz 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) gre nz gefahren und dort gehalten wird. Das Halten bei der Grenz-Drehzahl w 5Gbhz 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

B m Betriebsdrehmoment

L m Lastmoment f Kurbelwinkel bzw. Drehwinkel

t Zeit

E Energiebeurteilungsgröße

W Energiebeurteilungsgrößendifferenz w (Mess- ) Drehzahl

N Umdrehungsanzahl

N' adaptierte Umdrehungsanzahl w abschait Abschalt-Drehzahl

Wgrenz Grenz -Drehzahl

Bestimmungsdrehzahl

Wauslauf Aus lauf-Drehzahl