DE2417443C3 - Elektrischer Schwingverdichter für Kältemaschinen - Google Patents
Elektrischer Schwingverdichter für KältemaschinenInfo
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Description
(104) eines Stromtransformators (102) empfängt,
welcher in Reihe mit der Treiberspule (12) liegt, daß in der Triggerschaltung (105) parallel zu der
Sekundärwicklung (104) des Stromtransformators (102) ein Widerstand (112) geschaltet ist, welcher das
Eingangsstromsignal in ein Spannungssignal wandelt, daß zwei Spannungskomparatoren (106, 106')
vorgesehen sind, welche abwechselnd betreibbar sind und den an dem Widerstand (112) erzeugten
Spannungswert mit einem vorbestimmten Spannungswert vergleichen, daß der Widerstand (112)
zwischen den beiden Eingangsanschlüssen der Komparatoren (106, 106') liegt, und daß die
Spannungskomparatoren (106, 106) alternativ und wahlweise Triggerimpulse entsprechend der Richtung
und dem Wert des Stromes durch die Treiberspule (12) erzeugen.
20. Schwingverdichter nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerschaltung (105)
Impulsformer (107, 107') umfaßt, welche das Ausgangssignal des Spannungskomparators formen
und den geformten Impuls Impulsverstärkern (108, 108') zuführen.
21. Schwingverdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Einschaltschwingungen
kompensierende Schaltung vorgesehen ist, welche eine Reihenschaltung aus wenigstens
einem Widerstand (122,122') und einem Kondensator
(121, MY) umfaßt, und daß die Reihenschaltung zwischen der Anode und der Steuerelektrode des
Thyristors (62,64) geschaltet ist.
22. Schwingvsrdichter nach Anspruch 18, dadurch
gekennzeichnet, daß der Abschaltkreis einen Komparator (106), einen ersten Impulsformer (107) und
einen ersten Impulsverstärker (108) aufweist, die in Reihe miteinander geschaltet sind, daß ein Einschaltkreis
durch die Reihenschaltung eines zweiten Impulsformers (124), eines zweiten Verstärkers (125)
und eines Nulldurchgangsdetektors (123) gebildet ist, welcher in dem Augenblick, in welchem die
Spannung der Treiberspule (12) ihre Polarität ändert, einen Impuls erzeugt, und daß der Einschalt-
und der Ausschaltkreis zusammen die Triggerschaltung (114) bilden.
23. Schwingverdichter nach Anspruch 18. dadurch
gekennzeichnet, daß eine Primärwicklung (117) des Steuertransformators (66) ais Kommutierungsreaktanz
verwendet ist, wenn die Gleichspannungsquelle mit der Halbleiterschaltung verbunden ist, und daß
ein Relais (82) belätigbar ist. so daß beim Anschluß einer Wechselspannungsquelle an die Halbleiterschaltung
eine Wechselspannung in der Primärwicklung (117) des Steuertransformaiors erzeugt wird,
dessen die Wcchsclstromcncrgic aufnehmende Wicklung (81) um den Kern der Primärwicklung
(117) gewickelt ist, so daß der Treiberspule (12) ein
Wechselstrom zugeführt wird.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Schwingverdichter nach dem Oberbegriff
des Anspruchs I.
Bei einem aus der DE-OS 2^!7038 bekannten
elektrischen Schwingverdichter ist die Treiberspule selbst von einer Wechselspannungsquelle mit Netzfrequenz
beaufschlagt, wobei die Resonanzfeder mechanisch so aufgebaut ist, daß sie auf die Netzfrequenz
abgestimmt ist. Bei dieser bekannten Anordnung wird also der Versuch unternommen, konstruktiv die
mechanische Eigenfrequenz an die Betriebsfrequen/ anzupassen bzw. die beiden Frequenzen gleich zu
machen. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß die Resonanzbedingung zur Anpassung an besondere
Betriebsbedingungen nicht geändert werden kann, außer, die elektrische Frequenz der Speisequelle wird
geändert. Diese starre Zuordnung der elektrischen Frequenz zur mechanischen Eigenfrequenz ist von
erheblichem Nachteil, weil sich die mechanische Eigenfrequenz bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen
ändert und weil es eines erheblichen Aufwandes bei der Konstruktion und Herstellung bedarf, die mechanische
Eigenfrequenz gleich der elektrischen Frequenz der in Aussicht genommenen Wechselspannungsquelle
zu machen. Gehen die beiden Frequenzen aber auseinander, so wird der Wirkungsgrad herabgesetzt.
Einen schlechten Wirkungsgrad kann man sich unter Inkaufnahme höherer Kosten gegebenenfalls dann
leisten, wenn dem Schwingverdichter eine externe Wechselspannungsquelle zur Verfügung steht. Soll der
Schwingverdichter jedoch von einer geräteeigenen Gleichspannungsquelle, also einer Batterie gespeist
werden, dann muß der erzielte Wirkungsgrad möglichst optimal sein.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen elektrischen Schwingverdichter der eingangs gene ^ten
Art zu schaffen, bei dem die Eigenfrequenz des mechanischen Teils mit der Frequenz des elektrischen
Teils automatisch zusammenfällt und der auf diese Weise mit einem besonders hohen Wirkungsgrad
arbeitet Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1.
Der erfindungsgemäße Schwingverdichter ist damit in jeder Betriebsweise und unabhängig vom Aufbau des
mechanischen Teils bzw. von der Auswahl der einzelnen mechanischen Elemente in der Lage, sich mit seiner
elektrischen Schwingfrequenz an die sich gegebenenfalls während des Betriebes ändernde mechanische
Eigenfrequenz anzupassen. Es bedarf keiner Anpassung der mechanischen Bestandteile an die Frequenz der
Speisequeiie und es ist unerheblich, ob die einzelnen
produzierten Schwingverdichter nun gleiche oder unterschiedliche mechanische Eigenfrequenzen besit-
/en. Denn zu diesem Zweck wird der erfindungsgemäße .Schwingverdichter von einer geräteeigenen oder einer
externen Gleichspannungsquellc gespeist, wobei der Gleichstrom in einen Wechselstrom umgewandelt wird,
dessen Frequenz sich entsprechend einem Signal ändert, das die Betriebsbedingungen des mechanischen Teils
abtastet und an die Halbleiterschaltung weitergibt. Da damit c!k· beiden Teile stets in Resonanz miteinander
sind, ist auch gewährleistet, daß der Schwingverdichter stets mit maximalem Wirkungsgrad arbeitet.
Aus der US-PS 17 83611 ist zwar jin mittels
Gleichspannung betreibbarer elektrischer Schwingverdichter bekanntgeworden, jedoch gehört dieser zu einer
anderen Gattung, d. h. er ist elektromagnetischer Art. Bei diesen bekannten Schwingverdichtern wird das
elektrische Schwingsystem abhängig von der Bewegung des Kolbens an- und ausgeschaltet, so daß der
elektrische Teil synchron mit der Eigenfrequenz des mechanischen Teils srbciici. Dort wird das Ein und
Ausschalten in einer solchen Weise ausgeführt, daß ein Hebel mit dem Kolben mitbewegt wird und dadurch in
den jeweiligen Umkehrpunkten des Kolbens über Kontakte die Gleichspannungsrichtung umschaltet.
Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß die Gefahr besteht, daß der Kolben den Punkt nicht oder
nicht ganz erreicht, an dem der Hebel umgesteuert wird, oder auf Grund des sich ändernden Gasdruckes oder
einer Spannungsschwenkung vibriert, so daß ein einwandfreier Betrieb nicht mehr möglich ist. Kommt
der Kolben auf halbem Wege zum Stillstand, so kann der Nc;malbetrieb nicht mehr fortgesetzt werden. Dies
bedeutet, daß der Kolben einen bestimmten Punkt erreichen muß, unabhängig davon, ob sich der Gasdruck
und/oder die Speisespannung in der Höhe ändern.
Die Erfindung ist im folgenden anhand mehrerer Ausführungsbeispiele und in Verbindung mit der
Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 Kennlinien eines elektrischen Schwingverdichters, der mit seiner natürlichen Eigenfrequenz
betrieben wird, in Abhängigkeit von den Eingangswerten, den Ausgangswerten und dem Kompressionswirkungsgrad.
F i g. 2 Kurven, welche die Korrelation der Kennlinien eines elektrischen Schwingverdichters mit der
Eingangsspannung, der gegenelektromotorischen Kraft und der Wellenform der Amplitude zeigen,
F i g. 3 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen elektrischen Schwingverdichter,
F i g. 4b bis 4g Zeitlagendiagramme, welche den Schwingungszustand des erfindungsgemäßen Schwingverdichters
zeigen,
F i g. 5 ein Diagramm, welches die natürliche Eigenfrequenz des mechanischen Teils bzw. Schwingsystems
in Abhängigkeit von dem Gasdruck des Kältemittels an der Ausstoßöffnung und an der Ansaugöffnung zeigt,
Fig.6, 7a, 7b, 8a, 8b, 8d, 9a, 9b, 10, 11, 12 und 15
elektrische Schaltungsanordnungen verschiedener Ausführungsformen
der Erfindung,
Fig. 13a bis 13f, 14a bis 14e, 16a und 16b Schaltungsanordnungen anderer Ausführungsformen
der Erfindung und
Fig.8c und 16c Diagramme, welche den Schwingungszustand
des elektrischen Teils bzw. Schwingsystems und des mechanischen Teils bzw. Schwingsystems
des erfindungsgemäßen Schwingverdichters darstellen.
Die Fig.3 zeigt einen Schnitt durch den mechanischen
Teil (im folgenden auch als mechanisches Schwingsystem bezeichnet) eines elektrischen Schwingverdichters.
In einem abgeschlossenen, zylindrischen Gehäuse 1 ist eine Verdichtereinheit 2 über Schraubenfedern
5 und 6 an Bügeln 3 bzw. 4 aufgehängt. Das Gehäuse 1 weist Montagefüße 7 und 8 auf. Die
ι Verdiehiereinheil 2 umfaßt ein zylindrisches joch 9, an
dessen Zentrum ein Permanentmagnet 10 befestigt ist. An den Permanentmagneten 10 ist auf der Seite
gegenüber der Unterseite des Joches 9 ein becherförmiger magnetischer Pol 11 angepaßt. In der Ringkammer
in zwischen der äußeren Oberfläche des magnetischen
Pols 11 und der Innenwand des Joches 9 ist eine zylindrische Treiberspule 12 lose angeordnet. Die
Treiberspule 12 ist mit mehreren Befestigungsteilen 13 an einer Tragplatte 14 befestigt. Leiterplatten 15 und 15'
i'i sind mit der Treiberspule 12 verbunden und dienen als
elektrische Leiter. Isolatoren 16 und 16' dienen zur elektrischen Isolierung zwischen der Tragplatte 14 und
den Leiterplatten 15 und 15'. In dem Raum zwischen rlnm mnnnahc^Kpn DrJ 1 1 nnr\ t\f*r TYacmlottp 14 icI pinp
***"" ■■•"O"*"*1'"*"*·' ■ **· " " *"··** — ·.· . . — of*·****"* * · ·*** —·.-"■
schraubenförmige Schwingfeder 17 angeordnet. Es ist ein zylindrisches Gehäuse 18 vorgesehen, welches
konzentrisch mit dem Joch 9 ausgerichtet ist und an dessen dem Joch 9 gegenüberliegenden Ende ein
Zylinder 19 angeordnet ist. Die in Fig.3 gezeigte
r. Einrichtung umfaßt ferner leitende Federn 20 und 20', Anschlußschrauben 21 und 21', Isolatoren 22 und 22',
welche die Anschlußschrauben 21 und 21' gegenüber dem Zylinder 19 isolieren, Leitungsdrähte 24 und 24',
welche die Anschlußschrauben 21 und 21' mit dem
jo Anschluß 23 des Gehäuses verbinden, eine Ventilkammer 25 in dem Zylinder 19, eine Ventilplatte 26, eine
Ventilkammer 28 in einem Kolben 27, eine Ventilplatte 29, eine becherförmige Kopfabdeckung 30, welche die
Ventilkammer 25 abschließt, und eine schraubenförmige
v> Feder 32, welche gestaucht in der Öffnung 31 zwischen
der Ventilplatte 26 und der Kopfabdeckung 30 angeordnet ist.
In dem unteren Teil des Gehäuses 18 sieht man einen Kältemitteldurchlaß 33, welcher den Innenraum des
Gehäuses 18 mit dessen Außenraum verbindet. Ein Kältemittelauslaßrohr 34 ist so an der Kopfabdeckung
30 angeschlossen, daß es mit dem Raum 31 in der Kopfabdeckung 30 verbunden ist. Der Außenraum des
äußeren Gehäuses 1 ist mit dem Außenraum der Verdichtereinheit 2 über ein Kältemitteleinlaßrohr 35
verbunden.
Ein hohler Kolben 27 weist an seinem linken Ende ein Loch 36 (vgl. F i g. 3) auf, welches den Innenraum des
Kolbens mit der Ventilkammer über das Ventil 29 verbindet.
Wenn die Treiberspule 12 schwingt, schwingt auch der Kolben 27, wie es weiter unten im einzelnen
beschrieben wird. Wenn der Kolben 27 schwingt,
gelangt das Kältemittel über das Einlaßrohr 35 in das äußere Gehäuse 1 und strömt durch den Durchlaß 33 in
das Gehäuse 18. Das Kältemittel strömt durch den Kolben 27, die Ventilkammern 28,25 und 31 und strömt
durch das Auslaßrohr 34 wieder hinaus.
Das mechanische Schwingsystem besteht im wesentlichen aus der Treiberspule 12, dem Kolben 27, den sie
verbindenden Teilen und der schraubenförmigen Feder 17. Dieses Schwingsystem hat eine Eigenfrequenz,
welche von der Struktur des mechanischen Schwingsystems abhängt. Gemäß der Erfindung ist die mechanisehe
Eigenschwingung mit dem Strom der Antriebsenergie auf Resonanz abgestimmt, wie es weiter unten
beschrieben werden wird.
Im Idealfall sollten die Teile, aus welchen das
Im Idealfall sollten die Teile, aus welchen das
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IO
mechanische Schwingsystem zusammengesetzt ist, von gleichmäßiger Qualität sein. Da es jedoch unmöglich ist,
solche idealen Teile zu erhalten, ist die Eigenfrequenz des mechanischen Schwingsystems bei den einzelnen
Verdichtern unregelmäßig oder veränderlich. Je stärker die Eigenfrequenz variiert, desto größer sind die
Abweichungen zwischen der mechanischen Eigenfrequenz und der Frequenz des Treiberstroms. Dadurch
wiederum wild die Erreichung eines hohen Verdich-'.ungswirkungsgrades
verhindert. Um dieses Problem zu vermeiden, hat man bisher die Qualität und die Präzision
der verwendeten mechanischen Komponenten verbessert, was wiederum die Produktivität erniedrigt hat.
Außerdem variiert die Frequenz der Eigenschwingung des mechanischen Schwingsystems entsprechend
der Bedingung, unter welcher der Verdichter betrieben wird, mit der Folge, daß die mechanische Eigenfrequenz
von der Frequenz des Treiberstroms abweicht.
In Fig. I sind Kurven gezeichnet, welche das
\/ni-UoUnip Tiiiip/ilion j„_ rna vlmalfin Γγοπιιοπ? A ac
Abgabevolumens Q des Kältemittelgases und der minimalen Frequenz der Eingangsleistung P darstellt,
welches bei Schwingkolbenverdichtern zu dem Wirkungsgrad ζ=*(}/Ρ führt, vorausgesetzt, daß die
Eingangsspannung, der Abgabedruck und der Ansaugdruck des Kältemittels konstant sind.
In F i g. I ist die höchste Frequenz Fj des Abgabevolumens
Q größer als die maximale Hubfrequenz des Kolbens 27, und die minimale Frequenz Fi der
Eingangsleistung P ist um zwei bis drei Hz niedriger als die Frequenz Fj. Dementsprechend liegt die Frequenz,
bei welcher der Verdichter mit seinem maximalen Wirkungsgrad ξ arbeiten kann, zwischen Fi und F* bei
Ein Schwingkolbenverdichter, welcher mit einer im Handel erhältlichen Wechselstromquelle betrieben
werden kann, wird aber nicht immer mit der optimalen Frequenz Fo betrieben, sondern mit einer Frequenz
zwischen Fj und F4, z. B. mit einer Frequenz Fi oder F2.
Das liegt an Veränderungen der Resonanzfrequenz, welche durch den Abgabe- oder Ausstoßdruck Pd und
den Ansaugdruck Fs und durch Qualitätsunterschiede der verwendeten Komponenten beeinflußt wird.
Außerdem unterscheiden sich die Verdrängung und die Verdrängungszeit (d. h. die Schwingung) auf beiden
Seiten des mechanischen Schwingsystems, in dessen Mittelpunkt sich die Null-Lage der Schwingung
befindet, wie weiter unten anhand der F i g. 2 beschrieben wird. Diese Erscheinung ist darauf zurückzuführen,
daß der Druck Pd, mit welchem das Kältemittel abgeführt wird, sich von dem Druck Fs, mit welchem es
angesaugt wird, unterscheidet und weil die Federkonstanten auf beiden Seiten voneinander abweichen. Die
F i g. 5 zeigt wie die mechanische Eigenfrequenz F sich mit den Drücken Pd'und Ps ändert
Wenn der Kolben 27 beim Saughub sich von dem neutralen Punkt 50 in seine extreme Position 51 bewegt
und dann den Verdichtungshub ausführt, nimmt die 5-P-Kennlinie die Form einer Schleife 50-51-52-53-50
an. Infolgedessen schwingt das mechanische Schwingsystem asymmetrisch, wie es in Fig.2b dargestellt ist
Dies zeigt an, daß sowohl die Verdrängung als auch die Frequenz beim Verdichtungshub kleiner als beim
Saughub sind.
Es ist offensichtlich, daß der Wirkungsgrad eines Verdichters herabgesetzt wird, wenn das asymmetrische
Schwingsystem von einem symmetrischen Strom angetrieben wird. Den maximal erreichbaren Wirkungsgrad
erhält man, wenn das mechanische Schwingsystem von einem Strom angetrieben wird, dessen Wellenform
56, wie es die l· ig. 2c zeigt, der in Fig.2b gezeigten
Kurve ähnelt. Anstelle der Wellenform 56 kann auch ί eine rechteckige Wellenform 57 dazu verwendet
werden, die beiden Schwingungen koinzident zu machen.
Eine gegenelektromotorische Kraft Ec, wie sie in Fig.4c dargestellt ist, wird an der Treiberspule 12 des
1» Verdichters durch die in Fig.2b dargestellte Amplitudenvariation
erzeugt, welche der in Fig.4b dargestellten Wellenform entspricht. Die gegenelektromotorische
Kraft Ecnimmt die in Fig.4c dargestellte Wellenform
an, welche am oberen Umkehrpunkt und am unteren
r> Umkehrpunkt den Wert Null hat. Es gibt eine Zeitverschiebung zwischen dem Verdichtungshub Ti
und dem Ansaughub T2. Die gegenelektromotorische Kraft Fc hat deswegen nicht die Form einer perfekten
Sinuskurve, sie ist vielmehr verzerrt. Die gegen die
ι» Verd!chterimpedan7 7. erzeugte Wellenform, welche
sich zeitlich ändert, besteht aus der Grundwellenform plus der in Fig.4c dargestellten Wellenform. Diese
Welle hat ihr Minimum an den Stellen, an denen die gegenelektromotorische Kraft den Wert Null hat, und
2ί sie hat ihr Maximum an den Stellen, an denen die
gegenelektromotorische Kraft ebenfalls ihr Maximum hat, wie man aus der F i g. 4d sieht.
Es wird jetzt angenommen, daß dem Verdichter eine rechteckige Spannungswelle Vj, die in Fig.4e darge-
jo stellt ist und mit der Spannung Ec der F i g. 4c
phasengleich ist, zugeführt wird. Unter dieser Bedingung wird ein Strom //. erzeugt, der in F i g. 4f dargestellt
ist und dessen Maximum bei dem Minimum der Impedanz Z und dessen Minimum bei dem Maximum
j) der Impedanz Zliegt. Die Spannung Vl ist somit mit dem
Strom /;. phasengleich.
In Wirklichkeit steigt die Flanke des Stromes //. nicht senkrecht an, sondern erreicht ihr Maximum in
Abhängigkeit von der Reaktanz in dem Verdichter einschließlich des Arbeitsstromkreises. Dadurch wird
eine Zeitverzögerung t\ des Verdichtungshubes und eine Zeitverzögerung ti des Ansaughubes hervorgerufen.
Der ansteigende Teil der Stromwelle //. ist entsprechend gekrümmt (vgl. F i g. 4g).
Damit ein elektrischer Schwingkolbenverdichter von einer einseitig gerichteten, rechteckigen Stromwelle mit
maximalem Wirkungsgrad betrieben werden kann, ist es notwendig, daß die Wellenform des Treiberstromes mit
der Amplitudenwelle des Schwingsystems phasengleich ist.
Nach der Erfindung wird unter Berücksichtigung der obigen Ausführungen ein Verfahren zur Umwandlung
einer Gleichstromspannung in eine Wechselspannung angewendet, welche mit der Amplitude des Schwingsystems
des Verdichters phasengleich ist Zu diesem Zweck wird ein Steuertransformator mit ungesättigtem
Kern verwendet und außerdem werden mehrere Halbleiterschalter verwendet welche die Gleichstromspannung
ein- und ausschalten und auf diese Weise eine Wechselspannung erzeugen. Bei dieser Umwandlung
der Gleichspannung in Wechselspannung werden die Schalteiganschaften der Halbleiterschalter wirksam
eingesetzt Zu diesem Zweck eignen sich Halbleiterschalter, weiche eine Steuerelektrode aufweisen, z. B.
Transistoren oder Thyristoren.
Die Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden bei der Beschreibung des folgenden Beispiels besonders
deutlich.
Il
Die Fig.6 zeigt eine Schaltungsanordnung, welche
eine Brückenschaltung umfaßt. Diese Brückenschallung besteht aus einer Gleichspannungsquelle 61, Halbleiterschaltern
62, 63, 64 und 65, welche Transistoren mit einer Steuerelektrode sind, und einer oben beschriebenen
Treiberspule 12. Die Primärwicklung 67 eines Steuertransformators 66 ist parallel zu der Treiberspule
12 geschaltet. Die Sekundärwicklungen 68,69,70 und 71
des Steuertransformators, welche die Transistoren steuern, sind so geschaltet, daß die Transistoren 62 und
64 und die Transistoren 63 und 65 jeweils paarweise durch zwei Wicklungen ein- und ausgeschaltet werden.
In den Steuerkreisen der Transistoren liegen Abgleichwidersiände
72, 73, 74 bzw. 75. Ferner sind eine Anlaßwickiung 76 und ein Kondensator 77 vorgesehen.
Die Wicklung 76 ist um den Kern des Steuertransformators 66 gewickelt. In dem Anlaßkreis liegt ein
Widerstand 78, und in Reihe mit der Primärwicklung 67, durch welche der Basisstrom zu den Transistoren 62,63,
64 und 65 (,^steuert wird, liegt ein Widerstand 79. Die
Schaltungsanordnung umfaßt ferner eine im Handel erhältliche Wechselstromquelle 80 und eine von dieser
gespeiste Primärwicklung 81, welche ebenfalls um den Kern des Steuertransformators 66 gewickelt ist. Ferner
ist ein Relais 82 vorgesehen, welches automatisch von Gleichstrom auf Wechselstrom umschaltet, wenn der
Verdichter von einer Wechselstromquelle gespeist ist. Das Relais 82 hat eine Erregerspule 83 und Schaltkontakte
84,85 und 86.
Wenn die Wechselspannungsquelle 80 in F i g. 6 abgeschaltet und die Gleichspannungsquelle 61 eingeschaltet
ist, ist die Erregerwicklung 83 des Relais 82 nicht erregt. Deshalb sind die Kontakte 84 und 85
geöffnet, während der Kontakt 86 geschlossen ist. Von der Gleichspannungsquelle 61 fließt deswegen ein
Strom durch den Kondensator 77, den Widerstand 78 und die Anlaßwicklung 76 des Steuertransformators 66,
wodurch die Transistoren 62 und 64 bezüglich ihrer Emitter negativ und die Transistoren 63 und 65
bezüglich ihrer Emitter positiv angesteuert werden. Dadurch werden die Transistoren 62 und 64 eingeschaltet
und die 1 ransistoren 63 und b5 ausgeschaltet, in dem
Augenblick, in welchem die Transistoren 62 und 64 eingeschaltet werden, schließen die Kollektorströme
dieser Transistoren durch die F'rimärwicklung 67 und durch den in Reihe liegenden Widerstand 79, wodurch
die Sekundärwicklungen 69 und 71 weiter erregt werden. Die starken Kollektorströme der Transistoren
62 und 64 strömen durch diese Sekundärwicklungen in der Richtung, welche durch den Pfeil bei der Spule 12
gekennzeichnet ist Die Spule 12 und der Kolben 27 bewegen sich infolgedessen von dem unteren Umkehrpunkt,
das ist die Podtion 51 in den F i g. 2a, 2b und 4b zu
dem oberen Umkehrpunkt, nämlich dem Punkt 53, in Richtung der elektromagnetischen Kraft des Treibersystems.
Wie man aus F i g. 6 sieht, erreichen die Transistoren
62 und 64 ihren Sättigungszustand, und der Spannungsabfall zwischen ihrem Kollektor und ihrem Emitter wird
erheblich reduziert Deshalb fällt an der Treiberspule 12 fast die gesamte Spannung der Gleichspannungsquelle
61 ab, und der Strom Il durch die Treiberspule 12 steigt
auf einen Wert an, welcher der Spannung der Gleichspannungsquelle 61 entspricht. Dieser Strom h ist
gleich dem Koliektorstrom Ic der Transistoren 62 und
64. Der Kollektorstrom Ic wird aufrechterhalten, solange die folgende Bedingung gilt.
I1, ■ hFt: Z I1
I1, ■ hFt: Z I1
In ist dabei der Basisstrom und hn: ist der
■> Stromverstärkungsfaktor. In diesem Zustand bewegt die Treiberspule sich beständig in derselben Richtung.
Wie man aus Fig. 4g sieht, steigt ujid fällt der
Kollektorstrom /c umgekehrt proportional zur gegenelektromotorischen
Kraft, d. h. zur Impedanz. Deshalb
1(1 gilt /„ ·
>V, < /<■ (2)
Die Transistoren 62 und 64 werden derzeit aus ihrem Sättigungsbereich in den linearen Bereich überführt und
dann abgeschaltet.
r> Nach der Erfindung wird ein Transformator mit ungesättigtem Kern dazu verwendet, eine lineare
Arbeitskennlinie zu erhalten, bei welcher das Ausgangszeichen stets im wesentlichen proportional zum
Eingangszeichen ist und auf Veränderungen der -'<> Spannungsquelle und auf Veränderungen der Eigenfrequenz
des mechanischen Systems, die auf äußere Bedingungen zurückzuführen sind, anspricht und bei
dem das Ausgangssignal nicht verzerrt wird. Dieses Prinzip gilt für das folgende Ausführungsbeispiel. Die
r> gegenelektromotorische Kraft an der Spule 12 wird am oberen und am unteren Umkehrpunkt des Kolbens 27
zu Null, wie es in Fig.4c dargestellt ist. Wenn die Treiberspule 12 den oberen Umkehrpunkt 53 erreicht,
verschwindet die gegenelektromotorische Kraft in der
ι» Spule 12, wie die Kurve der Fig.4g es zeigt.
Gleichzeitig verschwindet der Strom durch die Primärwicklung 67 des Steuertransformators 66, mit der Folge,
daß eine gegenelektromotorische Kraft induziert wird, welche die Basisströme der Transistoren 63 und 65
r> durch die Wicklungen 68 und 67 treibt. Dadurch werden
die Transistoren 63 und 65 leitend. Die Kollektorströme der Transistoren 63 und 65 fließen in umgekehrter
Richtung durch die Treiberspule 12 wie die Kollektorströme der Transistoren 62 und 64. Deswegen wird der
-tu Kolben 27 von dem oberen Umkehrpunkt 53 zu dem unteren Umkehrpunkt 51 bewegt. Wenn der Kolben 27
den unteren Umkehrpunkt 51 erreicht, werden die Transistoren 63 und 65 abgeschaltet, an den Sekundärwicklungen
65 unü 7i ücs Sieucriiansiuiiiiaiuis 66 *nu
■»> eine gegenelektromotorische Kraft erzeugt, di>
Transistoren 62 und 64 werden wieder leitend und die Treiberspule 12 beginnt sich von dem unteren
Umkehrpunkt 51 zu dem oberen Umkehrpunkt 53 zu bewegen. In dem oben beschriebenen Zustand der
Relation zwischen der Amplitude (b), der Spannung V; (e) und des Laststroms //. (f) der F i g. 4 steuert die
Halbleiterschaltung den Ablauf dieser Vorgänge, indem sie die Treiberspule 12 und den mit ihr verbundenen
Kolben 27 hin- und herbewegt.
Wenn das obengenannte Verhältnis vorhanden ist, ist die Frequenz des elektrischen Schwingsystems phasengleich
mit dem mechanischen Schwingsystem. Im obigen Beispiel ist diese Relation sogar dann gegeben,
wenn die Eigenschwingung des elektrischen Schwing-
kolbenverdichters sich mit der Änderung des Ansaugdmckes
und des Ausstoßdruckes ändern und wenn die Schwingungen Tl und T2 sich wie in Fig.4 ändern.
Das bedeutet, daß stets der Zustand erreicht wird, bei welchem der Wirkungsgrad seinen Maximalwert
annimmt
Die Reihenschaltung, bestehend aus dem Kondensator 77, dem Widerstand 78 und der Wicklung 76 des
Steuertransformators, liegt parallel zu beiden Anschlüs-
sen der Gleichspannungsquelle, welche die Schaltung
anläßt und nach der Einschaltung die auftretenden Stromschwankungen während des Einschwingvorganges kompensiert Diese Schaltung arbeitet nicht im
selben Augenblick, in welchem die Durchschaltung der Halbleiter beginnt
Wenn die Treiberspule 12 von dem elektrischen Schwingsystem, welches die Schaltelemente umfaßt
getrennt wird, arbeiten die Transistoren entsprechend der Schaltbedingung, welche von den Kennlinien des
Steuertransformators 66 mit nicht gesättigtem Kern abhängt im gesättigten Bereich hinter ihrer linearen
Kennlinie, und das elektrische Schwingsystem führt keine Lastschwingungen aus.
Die Halbleitersteuerschaltung der Fig.6 arbeitet,
wenn sie von der Wechselspannungsquelle 80 gespeist wird, wie folgt Zunächst wird die Erregerwicklung 83
des Relais 82 erregt wodurch die Kontakte 84 und 85 geschlossen und der Kontakt 86 geöffnet werden. Somit
ist die GleichspannungsqueHe 61 von der Steuerschaltung getrennt und der Primärwicklung 81 des
Transformators wird von der Wechselspannung-quelle 80 eine Wechselspannung zugeführt In dem Kern des
Transformators 66 wird ein magnetischer Wechselfluß erzeugt Dadurch wird an der Primärwicklung, welche
von der GleichspannungsqueHe 61 nur eine einseitig gerichtete Spannung erhält eine Wechselspannung
erzeugt Der Wert dieser Wechselspannung hängt von der Anzahl der Windungen der Primärwicklung 67 ab.
Diese Wechselspannung wird der Treiberspule 12 zugeführt Zu diesem Zeitpunkt fließt kein Strom von
einem Anschluß zum anderen oder von einem Arm zu einem anderen Arm der Brücke, welche die Transistoren 62 bis 65 umfaßt, da die Transistoren 62 und 64 und
die Transistoren 63 und 65 alternierend angesteuert werden. Die Treiberspule wird somit mit Wechselstrom
erregt und beginnt mit der Frequenz dieser Wechselspannung zu schwingen. Der Schwingkolbenverdichter
arbeitet deswegen mit denselben Kennwerten wie ein käuflich erwerblicher Schwingkolbenverdichter, der für
den Betrieb mit einer Wechselspannungsquelle ausgelegt ist Dieses Prinzip gilt auch für die anderen
Ausführungsbeispiele.
Das mechanische Schwingsystem und das elektrische Schwingsystem sind somit aufeinander abgestimmt,
wenn eine Gleichspannungsquelle, z. B. eine Batterie, zu ihrem Betrieb verwendet wird. Die Systeme arbeiten
mit minimalem Leistungsverbrauch und somit mit maximalem Wirkungsgrad. Dieser elektrische Schwingkolbenverdichter kann auch mit einer Wechselspannungsquelle betrieben werden, und er wird automatisch
auf diesen Betrieb umgeschaltet. Der verwendete Transformator arbeitet als Steuertransformator, wenn
der Verdichter von einer GleichspannungsqueHe betrieben wird, oder aber als Spannungstransformator, wenn
er von einer Wechselspannungsquelle betrieben wird. Diese Anordnung macht einen individuellen Ausgangstransformator, einen Steuertransformator und einen
handelsüblichen Leistungstransformator, wie sie bei herkömmlichen Vorrichtungen verwendet werden,
überflüssig und dient zur Vereinfachung des gesamten Verdichters.
Ein anderes Ausführungsbeispiel wird anhand der F i g. 7a beschrieben, in welcher eine Gleichstromquelle
61 und Halbleiterschalter 62 und 62' dargestellt sind, die jeweils aus einem Transistor mit einer Steuerelektrode
bestehen. Wenn der Verdichter von der Gleichstromquelle gespeist wird, werden die Primärwicklungen 67
und 67' des Steuertransformators 66 mit dem Kollektor der Transistoren 62 und 62' verbunden und bilden mit
> diesen eine Gegentaktstufe. Die Steuerwicklungen 71 und 71' des Steuertransformators 66 sind mit den
Basisanschlüssen der Transistoren 62 bzw. 62' verbunden. Der gemeinsame Anschluß dieser beiden Steuerwicklungen 71 und IV ist mit dem gemeinsamen Emitter
ίο der Transistoren 62 und 62* verbunden. Die Steuerwicklungen sind so gewickelt daß die beiden Transistoren
abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden können. Eine Treiberspule 12 ist mit den Kollektoren der
Transistoren 62 und 62' verbunden, und sie ist außerdem
i) parallel zu den Primärwicklungen 67 und 67' des
Steuertransformators 66 geschaltet Einer Wechselstromquelle 80, die von herkömmlicher Bauart sein
kann, ist eine Primärwicklung 81 nachgeschaltet welche um den Kern des Steuertransformators 66 gewunden ist
w Ein Relais 82 weist eine Erregerwicklung 83 und
Kontakte 84 und 86 auf.
Diese beschriebene Schaltungsanordnung arbeitet wie folgt Wenn die Gleichstromquelle 61 angeschlossen
und die Wechselstromquelle 80 abgetrennt ist ist die
>5 Wicklung 83 des Relais 82 entregt der Kontakt 84 ist
geöffnet und der Kontakt 86 ist geschlossen. In diesem Zustand wird die Steuerschaltung von der Gleichstromquelle 81 gespeist Deshalb fließt durch den Anlaßwiderstand 87 ein Basisstrom zu den Transistoren 62 und 62'.
jo Gleichzeitig fließt ein Kollektorstrom des Transistors 62
durch die Wicklung 67, während der Kollektorstrom des Transistors 62' durch die Wicklung 67' fließt (In F i g. 7a
zeigen die schwarzen Punkte die Wicklungsrichtung in bezug auf den Kern an. Der Einfachheit wegen wird das
untere Ende gegenüber eines jeden schwarzen Punktes als der Anfang der Wicklung betrachtet) Durch diese
Ströme wird der Kern des Steuertransformators 66 so erregt daß die Erregung durch die Wicklung 67
derjenigen durch die Wicklung 67' entgegengerichtet ist
und diese auslöscht. In der Praxis gibt es einen
Unterschied zwischen den verschiedenen Erregungskräften, der auf ungleiche Kennlinien der Transistoren
62 und 62' zurückzuführen ist Infolgedessen wird der Kern des Steuertransformators 66 in einer Richtung
erregt Das hat zur Folge, daß Spannungen an den Steuerwicklungen 71 und 71' erzeugt werden, weiche
um den Kern gewickelt sind. Aufgrund dieses Potentials wird durch die Basis desjenigen Transistors 62 bzw. 62',
dessen Kollektorstrom größer als derjenige des anderen
so ist, ein Basisstrom geschickt und die Basis des anderen Transistors wird in Sperrichtung vorgespannt
Auf diese Weise wird ein Transistor ein- und der andere Transistor abgeschaltet Fast die gesamte
Spannung der Gleichspannungsquelle 61 wird jetzt
einer der beiden Primärwicklungen 67 bzw. 67' des
Steuertransformators zugeführt (Das liegt daran, daß der Spannungsabfall vom Emitter zum Kollektor des
eingeschalteten Transistors sehr klein ist Wenn der Transistor abgeschaltet ist fließt kein Strom hindurch.)
Somit wird an der Wicklung 67' (bzw. 67) keine Gleichspannung von der Spannungsquelle 61 aufgebaut.
Durch die Primärwicklung, an welcher die gesamte Gleichspannung abfällt, wird eine Erregungskraft in
dem Kern des Transformators erzeugt, durch welchen
an der anderen Wicklung eine Spannung erzeugt wird.
Diese Spannung, welche von der Anzahl der Wicklungen und von der Wicklungsrichtung abhängt, stellt die
Summe der zwei Spannungen der beiden Primärwick-
lungen 67 und 67' dar, da nach der Erfindung beide
Enden der Treiberspule 12 mit den Kollektoranschlüssen der Wicklungen 67 und 67' des Steuertransformators 66 verbunden sind. Wenn die Wicklungen 67 und 67'
gleich viele Windungen aufweisen, ist die Spannung an der Wicklung 67 etwa gleich groß wie die Spannung an
der Wicklung 67', und folglich wird der Treiberspule 12 eine Spannung zugeführt, weiche zweimal so groß wie
die Spannung an der Wicklung 67 oder S7' oder etwa doppelt so groß wie die Spannung der Spannungsquelle
61 ist.
Die Treiberspule 12 und der mit ihr verbundene Kolben 27 beginnen sich von dem unteren Endpunkt 51
in dem in Fig.2a gezeigten Zyklus zu bewegen. Dies
geschieht aus dem gleichen Grund, wie es in Verbindung mit dem Beispiel der F i g. 6 erkärt wurde. Die von den
Wicklungen 67 und 67' erzeugte Spannung wird der Treiberspule 12 zugeführt, und ein Strom, welcher
umgekehrt proportional zu der gegenelektromotorischen Kraft der Treiberspule 12 ist, fließt entsprechend
den F i g. 4b bis 4g, ähnlich wie es im Zusammenhang mit F i g. 6 beschrieben wurde. Der Kollektorstrom Fc des
eingeschalteten Transistors ist gleich der Summe der Ströme durch die Spule 12 und durch entweder die
Wicklung 67 oder durch die Wicklung 67', welche von der Gleichstromquelle Ober den eingeschalteten Transistor gespeist wird. Der Erregerverlust in dem
Steuertransformator 66 und andere Verluste sind vernachlässigbar klein. Deshalb ist der Strom durch eine
Seite der Primärwicklung 67 und 67' dann, wenn beide
Wicklungen die gleiche Windungszahl haben, gleich dem Strom durch die Treiberspule 12 Das ist ein
Anzeichen für die Tatsache, daß der Strom, welcher einer der Wicklungen 67 bzw. 67' über den eingeschalteten Transistor zufließt, den Strom durch die andere
Wicklung kompensiert oder gleich dem Strom durch die Treiberspule 12 ist Der Kollektorstrom /c ist ungefähr
zweimal so groß wie der Strom durch die Treiberspule 12. Der Kollektorstrom Ic des eingeschalteten Transistors ändert sich, wenn der Strom durch die
Treiberspule 12 sich ändert Der Kollektorstrom wird deswegen so lange aufrechterhalten, wie der obige
Zustand (1) aufrechterhalten wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird, wie auch beim ersten Ausführungsbeispiel, der eingeschaltete Transistor abgeschaltet und der andere Transistor eingeschaltet, wenn der Zustand (2) erreicht wird, da der Kern des
Steuertransformators 66 nicht gesättigt wird. Die Frequenz des elektrischen Schwingsystems ist somit
gleich der Frequenz des mechanischen Schwingsystems.
Wenn die Steuerschaltung der Fig.7a von der
Wechselstromquelle 80 gespeist wird, wird die Wicklung 83 des Relais 82 erregt, woraufhin der Kontakt 84
geschlossen und der Kontakt 86 geöffnet wird. Die Gleichstromquelle 61 ist jetzt von der Steuerschaltung
getrennt, und wenn der Primärwicklung 81 des Steuertransformators 66 ein Wechselstrom zugeführt
wird, wird gleichzeitig in dem Kern des Transformators
66 ein Wechselfluß induziert. An jeder Primärwicklung
67 und 67' wird deswegen eine Wechselspannung erzeugt, die proportional zu der Zahl ihrer Windungen
ist. Diese Spannungen werden der Treiberspule 12 zugeführt, die somit von einer Wechselspannung der
Wechselspannungsquelle 80 angetrieben wird.
In diesem Beispiel werden Gleichrichterelemente mit
Steuerelekiroden, z. B. Thyristoren, verwendet, wie es in
den F i g, 8a bis 8d gezeigt ist. In dieser Figur bezeichnen
12 eine Treiberspule, 61 eine Gleichstromquelle, 62,63,
64 und 65 Thyristoren, 66 einen Steuertransformator, 67 die Primärwicklung des Transformators, wenn die
Schaltung von der Gleichstromquelle 61 gespeist wird,
67' und 67" Teile der Primärwicklung 67, welche an beiden Enden dieser Primärwicklung 67 angeschlossen
sind und einen Spartransformator bilden, 80 eine Wechselstromquelle, wie sie im Handel erhältlich ist, 81
ίο eine Wicklung eines Wechselspannungseingangs, 82 ein
Relais. 83 die Erregerwicklung des Relais, 84,85 und 86 Kontakte des Relais, 88 und 89 Kommutierungsdrosseln,
94,95,96 und 97 Wicklungen dieser Drosseln, 90,91,92
und 93 Kommutierungskondensatoren, 98, 99, 100 und
i) 101 Rückkopplungsdioden, 102 einen Stromtransformator mit einer Primärwicklung 103 und mit Sekundärwicklungen 104 und 104' und 105 eine in Fig.8b
gezeigte Triggerschaltung.
Diese Steuerschaltung arbeitet wie folgt Wenn die
Wechselstromquelle 80 abgetrennt und die Gleichstromquelle 61 der F i g. 8a angeschlossen wird, wird die
Erregerwicklung 83 des Relais 82 erregt Daraufhin wird der Kontakt 84 geöffnet und die Kontakte 85 und 86
werden geschlossen. Die Triggerschaltung 105 emp
fängt eine Energie von der Gleichstromquelle 61 und
erzeugt einen Triggerimpuls, welcher die Thyristoren 62 und 64 bzw. 63 und 65 paarweise einschaltet Wenn die
Thyristoren 62 und 64 eingeschaltet sind, fließt von dem positiven Pol der Gleichstromquelle 61 über den
Thyristor 62 ein Strom durch die Wicklung 94 der Reaktanz 88. Ein Teil dieses Stroms strömt durch die
Primärwicklungen 67', 67 und 67" auf der Seite der Gleichstromquelle und weiter durch die Wicklung 96
der Reaktanz 89. Dieser Strom fließt über den Thyristor
64 zu der Stromquelle 61 zurück. Ein anderer Teil des
Stromes kommt über die Wicklung 103 des Stromtransformators 102, über die Treiberspule 12 und die
Wicklung 96 der Reaktanz 89 zu dem Thyristor 64. Da dieser Strom in Richtung des Pfeiles durch die
Treiberspule 12 fließt, bewegen die Treiberspule 12 und der Kolben 27 sich in der gleichen Richtung wie in
F i g. 2a. Da zu diesem Zeitpunkt die Thyristoren 62 und 64 eingeschaltet oder geöffnet sind, werden die
Kommutierungskondensatoren 91 und 93 etwa auf die
Wenn die Thyristoren 63 und 65 von einem Triggerimpuls der Triggerstufe 105 eingeschaltet
werden, werden die Kondensatoren 91 und 93 über die Drossel 95 und den Thyristor 63 bzw. über den Thyristor
so 65 und die Drossel 97 entladen. In diesem Augenblick
schaltet die induzierte Spannung, welche durch die elektromotorische Kraft in den Drosseln 94 und 95
erzeugt worden ist, die Thyristoren 62 und 64 ein. Infolgedessen wird der Strom von der Gleichstromquel-
Ie 61 durch die Treiberspule 12 umgekehrt, wodurch die
Treiberspule 12 und der Kolben 27 sich in die umgekehrte Richtung zu bewegen beginnen. Dieser
Arbeitszyklus wird synchron mit den Triggerimpulsen wiederholt, wie es weiter unten ausführlich beschrieben
wird, so daß die Treiberspule 12 und der Kolben 27 sich
hin- und herbewegen.
In diesem Beispiel werden die elektrischen und die
mechanischen Frequenzen durch die Thyristoren 62,63, 64 und 65, welche durch die Triggerimpulse der
h5 Triggerstufe 105 der F i g. 8b ein- und ausgeschaltet
werden, aufeinander abgestimmt.
In Fig. 8b sind ein Stromtransformator 102 und ein
Triggerimpulsgenerator 105 dargestellt, wie sie in
F i g. 8a verwendet werden. In dieser F i g. 8b bezeichnen 106 und 106' Spannungskomparatoren, welche
ähnlich wie ein Schmitt-Trigger aufgebaut sind, 107 und 107' Impulsformer, welche ähnlich wie monostabile
Multivibratoren aufgebaut sind, 10ß und 108' Impulsverstärker, welche Impulstransformatoren umfassen, 109,
UO, 109' und 110' Ausgangsanschlüsse dieser Impulsverstärker, und 111 und 11Γ Dioden, welche zwischen
dem Stromtransformator 102 und den Spannungskomparatoren 106 bzw. 106' liegen. 112 bezeichnet einen
Widerstand, und 113 bezeichnet einen Eingangsanschluß für den Triggerimpulsgenerator. Der Eingangsanschluß des Triggerimpulsgenerators ist mit den
Sekundärwicklungen 104 und 104' des Stromtransformators 102 verbunden. Ein Ende des Anschlusses 113 ist
mit dem positiven Pol der Gleichstromquelle verbunden, während das andere Ende mit dem Kontakt 85 des
Relais 82 verbunden ist Wenn diese Steuerschaltung von der in Fig.8a gezeigten Gleichstromquelle 61
gespeist wk*5, wird die negative Seite des Anschlusses
113 mit dieser Gleichstromquelle 61 verbunden. Die Ausgangsanschlüsse 109 und UO der Impulstransformatoren der Impulsverstärker 108 und 108' werden mit den
Thyristoren 63 und 65 verbunden, und die anderen Anschlüsse 109' und HO' werden mit den Thyristoren 62
und 64 verbunden, wie in F ΐ g. 8a.
Wenn die Thyristoren 62 und 64 geöffnet sind, fließt von der Gleichstromquelle ein Strom durch die
Primärwicklung des Stromtransformators 102 und induziert dabei Spannungen an den Sekundärwicklungen 104 und 104'. Infolgedessen fließt ein Strom durch
den Widerstand 112, wodurch an diesem eine Spannung aufgebaut wird. Die Wellenform dieser Spannung ist
phasengleich mit dem Shora durch die Treiberspule 12.
Die an der Treiberspule 12 erzeugte Spannung ist proportional zu dem Strom, welcher durch die
Primärwicklung 103 fließt Die an den Sekundärwicklungen 104 und 104' aufgebauten Spannungen werden den
Komparatoren 106 und 106' über die Dioden 111 und 111' zugeführt. Wenn die Thyristoren 62 und 64 geöffnet
sind, gelangt keine Spannung zu dem Komparator 106', da die Diode 111' in Sperrichtung geschaltet ist. Statt
dessen erhält der Komparator 106 ein Spannungssignal. Dieser Komparator 106 erzeugt einen Impuls, wenn das
Spannungssignal an seinem Eingang einen bestimmten Wert erreicht, und durch den erzeugten Impuls wird der
nachgeschaltete Impulsformer 107 betrieben. Das Ausgangssignal des Impulsformers wird dem Impulsverstärker 108 zugeführt.
Das Ausgangssignal des Impulsformers wird den Thyristoren 63 und 65 zugeführt und schaltet diese ein.
Gleichzeitig werden die Thyristoren 62 und 64 aus den oben beschriebenen Gründen abgeschaltet Durch die
Treiberspule 12 fließt jetzt ein invertierter Strom gegen die Richtung des in F i g. 8a gezeigten Pfeiles.
Die Treiberspule 12 beginnt deshalb, sich in umgekehrter Richtung zu bewegen. Gleichzeitig wird
der Strom durch die Primärwicklung 103 des Stromtransformators 102 in seiner Richtung umgekehrt. Auch
die Spannungen an den Sekundärwicklungen 104 und 104' werden invertiert. Da die Spannung an der
Sekundärwicklung 104 der Diode IH jetzt entgegengerichtet ist, gelangt keine Spannung zu dem Komparator
106. Die Spannung an der Sekundärwicklung 104 ist in Vorwärtsrichtung der Diode IH' gepolt und gelangt
deswegen zu dem Komparator 106'. Die Spannung an der Sekundärwicklung 104' ist deshalb größer als die
Vergleichsspannung, mit der Folge, daß der Komparator 106' einen Impuls erzeugt, und den Impulsformer 107
ansteuert Durch das Ausgangssignal des Impulsforiners
107' wird der Verstärker 108' angesteuert, der daraufhin Triggerimpuls an den Ausgangsanschlüssen 109' und
HO' der Impulstransformatoren erzeugt
Auf diese Weise werden die Thyristoren 62 und 64 geöffnet und die Thyristoren 63 und 65 gesperrt Damit
ist ein Zyklus des Steuerbetriebs beendet Dieser Ein- und Ausschaltzyklus hängt von der Bedingung
in Em= K- Im ab. EM ist die Spannung an der Treiberspule
li Im ist der Strom in der Treiberspule 12 und K ist der
Umwandlungsgrad der Ausgangsspannung der Sekundärwicklungen 104 und 104' der Transformatoren 102
und 102* zu dem Primärstrom.
• 5 Falls jedoch Eo>
Em ist (wobei Eo die Vergleichsspannung der Komparatoren 106 und 106' bezeichnet),
erzeugt die Triggerschaltung 105 keinen Impuls. Sie erzeugt einen Impuls, wenn Eo<Em ist Solange
Eo> K-IM ist, werden die Thyristoren 62,63, 64 und 65
nicht von einem Zustand in den anderen übergeführt Wenn Eo<K-hi ist ändern die Thyristoren ihren
öffnungs- bzw. Sperrzustand. Eine Reihe dieser Steuervorgänge wird nach dem gleichen Prinzip
ausgeführt wie es für die vorherigen Beispiele gezeigt
wurde.
Die Fig.8c zeigt die Korrelation zwischen der
Kolbenstellung, der Eingangsspannung, dem Strom durch die Treiberspule und der Triggerspannung. Die
Relation Eo> K- Im tritt deswegen ein, weil der Strom
jo durch die Treiberspule 12 an dem oberen Umkehrpunkt
und an dem unteren Umkehrpunkt des Kolbens zunimmt, d.h. in den Positionen, in denen die
gegenelektromotorische Kraft an der Treiberspule minimal ist Dies ist ein Kennzeichen für die Tatsache,
j5 daß die Frequenz des elektrischen und die Frequenz des
mechanischen Schwingsystems phasengleich sind, wie
es bei den anderen Beispielen anhand der Fi g. 6 und 7
beschrieben wurde.
welche in Reihe zwischen der Steuerelektrode und der Anode des Thyristors 62 liegen, und ein Kondensator
121 und ein Widerstand 122, welche in Reihe miteinander zwischen der Steuerelektrode und der
Anode des Thyristors 64 liegen (vgl. F i g. 8a), bilden eine
Anlaß-Kompensationsstufe, welche diese Thyristoren
unmittelbar nach Einschaltung der Gleichstromquelle einschalten. Der erste Einschaltvorgang des Thyristors
nach dem ersten Anschluß der Gleichstromquelle wird durch das Signav bewirkt, welches durch den Kondensa
tor und durch den Widerstand zu der Steuerelektrode
des Thyristors gelangt. Dieser Anlaßvorgang wird in dem Beispiel der F i g. 8a durch die Thyristoren 62 und
64 ausgelöst Diese Steuerung ist allen gezeigten Ausfuhrungsbeispielen gemeinsam. Nach dem Anlassen
arbeitet diese Schaltung so, wie es oben beschrieben wurde.
Es wird jetzt angenommen, daß die Schaltungsanordnung der Fig.8a von der Wechselstromquelle 80
gespeist wird. In diesem Fall wird die Erregerwicklung
83 des Relais 82 erregt, wodurch der Kontakt 84 geschlossen und die Kontakte 85 und 86 geöffnet
werden und die Triggerschaltung 105 von den anderen Schaltungsstufen abgetrennt wird, so daß keine Impulse
erzeugt werden. Da der Kontakt 84 geschlossen ist, wird
der Eingangswicklung 81 des Steuertransformators M>
ein Wechselstrom zugeführt. Dadurch werden Spannungen an den Primärwicklungen 67', 67 und 67" erzeugt,
welche um denselben Kern gewickelt sind und beim
Gleichstrombetrieb verwendet werden. Diese Spannungen bewirken einen Wechselstromfluß durch die
Treiberspule 12 über die Primärwicklung 103 des Stromtransformators 102. Dadurch werden an den
Sekundärwicklungen 104 und 104' des Stromtransformators 102 Spannungen erzeugt Die Triggerschaltung
1OS kann jedoch dadurch nicht zur Abgabe eines Impulses veranlaßt werden, da der Kontakt 85 geöffnet
ist und die Energieversorgung der Triggerschaltung unterbindet Deshalb fließt kein Strom durch die
Steuerschaltung. Dieses Ausführungsbeispiel wirkt offensichtlich genauso wie die anhand der F ί g. 6 und 7
beschriebenen Ausführungsbeispiele.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt So kann z. B. die
Primärwicklung 103 des Stromtransformators in der Schaltung so angeschlossen sein, wie es in Fig.8d
gezeigt ist, wodurch in dem Steuertransformator 66 sehr geringe Verluste eintreten und die obengenannten
Bedingungen der Erfindung im wesentlichen befriedigt werden. Durch die Trennung der Treiberspule 12 von
der Schaltungsanordnung während des Betriebs wird die elektrische Schwingschaltung nicht zerstört, es
werden vielmehr Schwingungen mit der Frequenz aufrechterhalten, welche durch die Sättigungscharakteristik des Transformators bestimmt ist
Die Fig.9a und 9b zeigen Schaltungsanordnungen
anderer Ausführungsbeispiele, weiche Thyristoren verwenden.
In Fig.9a bezeichnen 12 eine Treiberspule, 61 eine
Gleichstromquelle, 62 und 64 Thyristoren, 66 einen Steuertransformator, 67,67' und 67" Primärwindungen
des Steuertransformators 66, welche beim Betrieb durch Gleichstrom verwendet werden, 80 eine Wechselstromquelle und 81 eine Primärwicklung des Steuertransformators, weiche bei dem Betrieb der Schaltungsanordnung mit einer Wechselstromquelle verwendet wird. Ein
Relais 82 umfaßt eine Erregerwicklung 83 und Kontakte 84, 85 und 86. Ferner bezeichnen 88 eine Kommutierungsreaktanz, 114 eine Wicklung der Reaktanz, 98 und
99 Rückkopplungsdioden, 115 einen Kommutierungskondensator, 102 einen Stromtransformator, 103 die
Primärwicklung des Stromtransformators, 104 und 104' Sekundärwicklungen des Stromtrsnsformators, 105 eine
Triggerschaltung, ähnlich der im Beispiel 3 beschriebenen, welche abwechselnd die Thyristoren 62 und 64 ein-
bzw. ausschaltet. In diesem Ausführungsbeispiel wird lediglich ein Thyristerenpaar verwendet, während im
Ausffthrungsbeispiel 3 zwei Thyristorenpaare verwendet wurden. In diesem Ausführungsbeispiel sind deshalb
zwei Triggerausgänge 109 und 109' vorgesehen, wie die F i g. 8b es zeigt
Wenn die Wächselstromquelle 80 in F i g. 9a abgetrennt wird, wird die Schaltungsanordnung von der
Gleichstromquelle 61 betrieben, wie im Beispiel 3. Der Thyristor 62 ist dann eingeschaltet, und der Thyristor 64
ist ausgeschaltet. Von der Gleichstromquelle fließt ein Strom durch den Mittelabgriff der Primärwicklung des
SteuertransformatoFs übeF die obere Hälfte der Wicklung zu dem Thyristor 62 und über die Wicklung
114 der Reaktanz 88 zu der Gleichstromquelle 61 zurück. Dabei wird der Kondensator 115 durch die
Spannung an der Primärwicklung 67 des Steuertransformators aufgeladen. Der Thyristor 64 wird durch einen
Triggerimpuls, welcher von der Triggerschaltung 105 zu seiner Steuerelektrode gelangt, eingeschaltet. Der
Thyristor 62 ist durch den Kondensator 115 umgekehrt vorgespannt und abgeschaltet Der Strom fließt durch
den Mittelabgriff der Primärwicklung 67 des Struertransformators 66 und kehrt jetzt über die untere Hälfte
-. der Primärwicklung 67 und den Thyristor 64 zu der Stromquelle 61 zurück. Der Kondensator 115 wird
infolgedessen umgekehrt aufgeladen, damit er den Thyristor 64 abschalten kann, wenn der Thyristor 62
eingeschaltet wird.
κι Somit erscheint an der Wicklung 67 des Steuertransformators eine Wechselspannung, welche darauf zurückzuführen ist daß die Thyristoren 62 und 64
wiederholt abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden. Die Treiberspule 12 wird durch diese Wechselspannung
angetrieben. Der Strom durch die Treiberspule 12 fließt durch die Primärwicklung 103 des Stromtransformators
102 und durch die Triggerschaltung 105. Der entstehende Triggerimpuls wird den Thyristoren 62 und 64
zugeführt Die Folge dieser Arbeitsschritte führt zu der
gleichen Wirkung wie bei dem Ausführungsbeispiel,
welches in Fig.8a dargestellt «t; das elektrische
schwingen mit gleicher Phase.
quelle 80 betrieben wird, arbeitet sie wie im Beispiel 3. Die Vi g. 9b zeigt eine andere Anschlußmöglichkeit der
Primärwicklung des Stromtransformators 102 gegenüber derjenigen der Fig.9a. Bei dieser Anordnung
weist der Stromtransformator 102 zwei Primärwicklun-
J!) gen auf, die jeweils für einen halben Zyklus zuständig
sind. Die Wicklung 103 erfaßt den Anodenstrom des Thyristors 62, und die andere Wicklung 103' erfaßt den
Anodenstrom des Thyristors 64. Bei dieser Schaltungsanordnung ist der Strom des Steuertransformators 66
3> gleichzeitig der Primärstrom des Stromtransformators
102. Der Verlust in diesem Steuertransformator aufgrund des Primärstromes ist im Minblick auf die
erwartete Steuerfunktion der Schaltung vernachlässigbar klein. Selbst wenn die Treiberspüle 12 von der
Schaltung getrennt wird, hören die Schwingungen nicht auf, und zwar aus den gleichen Gründen, weiche im
Beispiel 3 anhand der F i g. 8c beschrieben wurden.
Es werden jetzt weitere Ausführungsbeispiele beschrieben, welche auf den Beispielen 1 bis 4 basieren.
Im Beispiel 1 werden PNP-Transistoren als Schalter
verwendet (vgl. F i g. 6). Es können aber auch Kombinationen aus NPN- und PNP-Transistoren verwendet
werden, wie in Fig. 10. Ir diesem Fall sollten die
Kollektoren der Transistoren 63 und 64 bzw. der
Transistoren 62 und 65 einen gemeinsamen Anschlußpunkt aufweisen Wenn die Kollektoren dieser Transistoren mit einem Flansch verbunden sind oder einen
Flansch bilden, dienen die Kollektoren eines jeden Ti ansistorpaares als Wärmesenke. In dem Beispiel 1,
welches in F i g. 6 gezeigt ist, können alle Transistoren des Brückenarmes NPN-Transistoren sein.
Die Anlaßschaltung im Beispiel 1 kann wie in der Schaltungsanordnung der F i g. Il angeordnet sein, in
welcher ein Kondensator C am Anfang des Antriebs
verwendet wird, wenn die beiden Brückenarme, welche
die Transistoren 63 und 65 bzw. 62 und 64 umfassen, nicht abgeglichen sind. Die Steuerelemente, die zu
diesem Zweck verwendet werden, können Kondensatoren, Widerstände oder Halbleiter mit veränderlichen
Widerständen, 'vie Thermistoren PS mit positiver
Charakteristik sein. Sie können an den Mittelpunkten der Wicklungen 67, 67' und 71 und 71' verwendet
werden, wie in Fig, 7b, um beim Anlaßbetrieb einen
starken Sirom und danach, wegen ihrer Erwärmung, einen kleineren Strom fließen zu lassen. Dadurch
werden die Verluste in der Anlaßschaltung verringert.
Aus den obigen Ausführungsbeispielen geht hervor, daß die Steuerschaltung lediglich für den Betrieb mit
einer Gleichstromquelle geeignet ist. In diesem Fall kann auf das Relais 82 verzichtet werden. Auch wenn
Transistoren als Schalter verwendet werden, können sie in Form einer Darlington-Schaltung angeordnet werden.
In diesem Fall wird der Λ/y-Wert des Transistors als
Produkt der Λ/*-Werte jedes Transistors des Transistorpaares
betrachtet werden. Dies entspricht theoretisch der Bedingung der gemäß der Erfindung erforderlichen
Steuerung, wie es bei den obigen Ausfühmngsbeispielen beschrieben wurde. Modifikationen dieses Ausführungsbeispiels sind in den Schaltungsdiagrammen der
F i g. 14b, 14c, 14d und 14e dargestellt.
In den beschriebenen Ausfühmngsbeispielen kann zusätzlich eine unabhängige Ausgangswicklung 115" an
dem Steuertransformator 66 angeordnet und zu der Treiberspule 12 parallel geschaltet werden, wie in
Fig. 12. Der Steuertransformator kann dann ein proportionales Kennlinienverhältnis zwischen seiner
Primärseite und seiner Sekundärseite aufweisen, vorausgesetzt, daß er eine ungesättigte Kerncharakteristik
aufweist. (Das ist in Hinblick auf das Prinzip des Transformators offensichtlich.) Die Änderung des
Verhältnisses des Stromes auf der Primärseite des Transformators ist dann gleich der Änderung des
Verhältnisses des Stromes auf der Sekundärseite, welche durch die Impedanzänderung der Treiberspule
hervorgerufen wird. Folglich ist das Stromänderungsverhältnis auf der Primärseite des Transformators
gleich dem Stromänderungsverhältnis an der Treiberspule. Diese Anordnung ermöglicht es, der Treiberspule
unter Berücksichtigung der Betriebsspannung des Verdichters die Treiberspule mit Strom zu versorgen,
ohne die Vorteile der bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele aufzugeben.
Die Prinzipien der in den Fig. 14a bis I4e gezeigten
Schaltungsanordnungen sind nicht nur bei Brückenscnailungeii vci wcliuuai. sunucni allgemein uci oiduci-
schaltungen, welche Schalttransistoren umfassen. Die Fig. 14a zeigt eine Schaltungsanordnung mit vier
Schalttransistoren, welche als Brücke geschaltet sind und von denen jeweils ein PNP- und ein NPN-Transistor
ein Paar bilden. Die Kollektoren jedes Transistorpaares weisen einen gemeinsamen Anschluß auf. Die
Kollektoren eines Transistorpaares sind mit dem einen Ende und die Kollektoren des anderen Transistorpaares
sind mit dem anderen Ende der Treiberspule verbunden. Die Emitter der beiden PNP-Transistoren sind mit dem
positiven Pol einer Gleichstromquelle verbunden, und die Emitter der beiden NPN-Transistoren sind mit dem
negativen Pol der Gleichstromquelle verbunden. Die Transistoren desselben Typs haben zwischen ihren
Emittern und ihren Basisanschlüssen jeweils gemeinsam eine Steuerwicklung des Steuertransformators mit
ungesättigtem Kern. Zwischen dem Emitter und der Basis eines jeden Transistors liegt in Sperrichtung eine
Diode, wodurch zusammen mit der Basisschaltung eine brückenartige Rückkopplung erreicht wird. Diese
Brückenanordnung ist bezüglich der Basisschaltung einfacher als die der F i g. 6.
Die Fig. 55 zeigt eine andere Brückenschakung mit
vier Transistoren, von denen jeweils ein PNP- und ein N PN-Transistor ein Paar bilden. Sowohl die Emitter als
auch die Basisanschlüsse eines Transistorpaares sind jeweils miteinander verbunden. Die gemeinsamen
Emitteranschlüsse der beiden Transistorpaare sind mit dem einen bzw. mit dem anderen Ende der Treiberspule
12 verbunden. Die Kollektoren der beiden PNP-Transi
-. stören sind mit dem negativen Pol einer Gleichstromquelle
verbunden, und die Kollektoren der beiden NPN-Transistoren sind mit dem positiven Pol der
Gleichstromquelle verbunden. Jedes Transistorpaar weist zwischen seinen Basisanschlüssen und seinen
in Emittern eine gemeinsame Steuerwicklung des Steuertransformators
auf. Die wechselseitig gegenüberliegenden Transistoren bilden einen rückgekoppelten Doppelweggleichrichter.
Diese Anordnung weist eine sehr vereinfachte Rückkopplungsschaltung auf.
1' Beispiel 5
In F i g. 13a bezeichnen 62 einen Transistor, 66 einen
Steuertransformator, 67 eine Primärwicklung des Steuertransformators fur den Betrieb mit einer Gieicn-
-1Ii stromquelle, und 68 eine Rückkopplungswicklung des
Steuertransformators. Die Rückkopplungswicklung liegt in Reihe mit einem Basisstromsteuerwiderstand 75
zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors 62, so daß die Leistung positiv zum Transistor 62
_>-> rückgekoppelt wird. Ferner bezeichnen 79 einen Begrenzungswiderstand der Primärwicklung 67,80 eine
Wechselstromquelle, 81 eine Primärwicklung, welche um den Kern eines Steuertransformators 66 gewickelt
ist und beim Betrieb der Schaltungsanordnung mit
in Wechselstrom verwendet wird, und 82 ein Relais, welches automatisch den elektrischen Schwingkolbenverdichter
von dem Gleichstrombetrieb auf den Wechselstrombetrieb umschaltet, wenn eine Wechselstromquelle
an die Schaltung angeschlossen wird. Das
r, Relais 82 umfaßt eine Erregerspule 83 und Kontakte 84,
85 und 86. Ferner ist ein Anlaßwiderstand 87 vorgesehen.
Diese Steuerschaltung arbeitet wie folgt. Wenn eine Wechselstromquelle 80 abgetrennt und eine Gleich-
stromquelle angeschlossen wird, wird die Erregerwicklung 83 des Relais 82 nicht erregt, mit der Folge, daß die
ν i.._ οΛ χ-Λ oe «finer, iir.i der Kon'?.lft **« «γΉΗρΡΙι
Von der Gleichstromquelle fließt über den Widerstand 87 ein Strom zu der Basis des Transistors 62, welcher
dadurch eingeschaltet wird. Durch den Transistor 62 fließt jetzt ein Kollektorstrom, und deshalb fließt auch
ein Strom durch die Treiberspule 12 und, über den Widerstand 79, durch die Primärwicklung 67 des
Steuertransformators 66, mit dem Ergebnis, daß der
so Kern des Steuertransformators 66 in der einen oder der
anderen Richtung erregt wird und der magnetische Fluß in diesem Kern sich ändert. Durch diese Änderung des
magnetischen Flusses wird in der Rückkopplungswicklung 68 eine Spannung und zwischen der Basis und dem
Emitter ein Strom erzeugt Infolgedessen steigt der Kollektorstrom des Transistors 62 weiter an, so dafl ein
Strom durch die Primärwicklung 67 und durch die Treiberspule 12 fließen kann. Dieser Strom dient zur
Erhöhung der Änderung des magnetischen Flusses in
dem Kern des Stelltransformator und zur Erzeugung
einer großen Rückkopplungsspannung in der Rückkopplungswicklung 68. Damit nimmt auch der Basisstrom
des Transistors 62 so lange zu, bis der Transistor vollständig gesättigt ist In diesem Zustand liegt die
gesamte Spannung der Gleichstromquelle 61 an der freiberspuie 12 an. Gleichzeitig fließt weiterhin ein
Strom über den Widerstand 79 durch die Primärwicklung 67 des Steuertransformators 66. Deshalb beginnen
clic Trcibeispule 12 und der mil ihr verbundene Kolben
27 sich vom unteren llrnkchrpiinkl 51 (vgl. Γ i g. 2» und
4) fortzubewegen, nach demselben Prinzip, wie es im Heispiel I anhand der Funktion der in Cig. b gezeigten
Schaltungsanordnung erklär! wurde. Wenn die Treiberspule 12 und der Kolben 27 den oberen Umkehrpunkt 53
erreichen, nimmt der Strom durch die Treiberspule 12,
nämlich der Kollektorstrom des Transistors 62, seinen
maxnralen Wert an, wodurch nicht die obige Bedingung
(I). sondern die Bedingung (2) erfüllt wird. Deshalb wird der Transistor 62 abgeschaltet. Oa die Spannung der
Gleichstromquelle 61 von dem Transistor 62 aufgenommen wird, wird der Zustand der Schaltungsanordnung
invertiert, so daß die Treiberspule 12 zusammen mit dem Kolben 27 den leitenden Federn 20 und 20' und der
schraubenförmigen Schwingfeder 17 beginnen, sich mit einer Eigenfrequenz zurück und bis in die entgegengesetzte
extreme Position zu bewegen, d. h. bis zum unteren Umkehrpunkt 51 der I-" i g. 2b. Während dieses
Vorgangs wird eine gcgenelektromotorische Kralt an der Treiberspule 12 erzeugt, weil die Treiberspulc 12
durch ein Magnetfeld bewegt wird. Diese in I'ig. 2c dargestellte Spannung ist derjenigen Spannung entgegengerichtet,
welche bei geöffnetem Transistor 62 erscheint. Wenn also der Transistor 62 gesperrt ist und
der Kolben 27 und die Treiberspulc 12 sich im Schwingungsbereich zwischen dem oberen Umkehrpunkt
53 und dem unteren Umkehrpunkt 51 bewegen, wie es in I·' i g. 2b gezeigt ist, wird die in der Treiberspulc
12 induz.ierte elektromotorische Kraft über den Widerstand 79 der Primärwicklung 67 des Steuertransformators
66 zugeführt. Die an der Rückkopplungswicklung 68 induzierte Spannung ist der bei geöffnetem
Transistor 62 induzierten Spannung entgegengerichtet und dient dazu, die Basis-Emitter-Verbindung in
Sperrichtung vorzuspannen, um diesen Transistor abgeschaltet zu halten. Wenn der Kolben 27 und die
Treiberspulc 12 den oberen Umkehrpunkt 53 erreichen, schwindet die gegenelektromotorische Kraft an der
Spule 12, da diese zum Stillstand kommt. In diesem Zustand kehrt die Steuerschaltung in ihren Ausgangszustand
zurück und ist für einen neuen Arbeitszyklus
t :.
WUI V.U.
Bei diesem Beispiel fließt der Kollektorstrom /( so
lange, wie der Kollektorstrom des eingeschalteten Transistors sich mit der Änderung des Stromes durch
die Treiberspule 12 ändert und die Bedingung (1) erfüllt ist. Deshalb ist, wie im Beispiel 1, die Hälfte des
Schwingungszyklus durch die Bedingung (1) erfüllt, während der übrige Teil des Schwingungszyklus durch
die Eigenschwingung bestimmt wird, welche z. B. von dem Kolben 27, der Treiberspule 12, den leitenden
Federn 20 und 20' und der schraubenförmigen Schwingfeder 17 abhängt. Somit schwingen das
elektrische und das mechanische Schwingsystem mit gleicher Phase.
Bei dieser Arbeitsweise der Steuerschaltung bewirkt der Begrenzungs widerstand 79 folgendes:
Ist der Transistor 62 eingeschaltet, so liegt nahezu die gesamte Spannung der Gleichspannungsquelle 61 an
der Reihenschaltung aus Primärwicklung 67 des Steuertransformators 66 und Begrenzungswiderstand
79. Infolgedessen setzt sich der durch diese Reihenschaltung fließende Strom aus dem Kompensationsstrom der
Sekundärwicklung 68 des Steuertransformators 66 und dem Erregerstrom des Eisenkerns des Steuertransformators
66 zusammen. Die Gleichspannungsquelle 61, beispielsweise eine Batterie, bei der die Innenimpedanz
relativ gering ist. liefert eine Spannung, deren Wclligkcil
u. dgl. und deren zeitliche Änderung gering ist. Deshalb liegt, wenn der Transistor 62 eingeschaltet ist, die eine
relativ geringe zeitliche Änderung besitzende Spannung "> der (jleichspannungsquellc 61 an den finden dieses
Rcihcnschaltkrciscs. Der Erregers! rom des Kiscnkcrns
des Steuertransformators 66 ist ein Strom, der allmählich zunimmt, so daß der Strom des obengenannten
Reihenschaltkreises allmählich ansteigende Ten-
I» den/ zeigt. Infolgedessen steigt der Spannungsabfall am
Widerstand 79 des Reihenschaltkreiscs allmählich an. wodurch die aufgedrückte Spannung der Primärwicklung
67 allmählich abfällt. Deshalb wird die Ausgangsspannung der Sekundärwicklung 68 allmählich kleiner.
: . Da der Lastschallkreis der Sekundärwicklung 68 in bezug auf die Zeit konstante Impedanzeigenschaft zeigt,
fällt dieser Strom, dessen Wert etwa derselbe wie der des Basisstroms vom Transistor 62 ist, über die Zeit
allmählich ab. Deshalb wird die Schaltbedingung
-'" (lirhii)des Transistors 62 einen Wert erhalten, der über
die Zeil allmählich abnimmt. Diese Tatsache ist unter folgenden Gesichtspunkten sehr wichtig: Bei Fortsetzung
des eingeschalteten Zustands des Transistors 62 ergibt sich /»■/»//>/<. während im ausgeschalteten
.>■■ Zustand dieser Wert nach /«■/)//
< l< rutscht. Andererseits ändert sich /(durch den Strom der Treiberspulc
und erhält eine Form, die einen ersten und einen zweiten Wellenberg in jedem Zyklus besitzt. Im allgemeinen
wird die Schaltkreisbcdingung so gewählt, daß der
tu zweite Wellenberg am Punkt In-hu liegt. Jedoch ist die
Form und die Größe dieses Wellenberges nicht immer konstant. Mit anderen Worten, beim Einschalten bzw.
Anfahren ist die Bewegung der Treiberspule klein und die Größe des ersten Wellenberges groß. Während der
Γι Strom In nicht die Tendenz besitzt, sich über die Zeit
allmählich zu verringern, wird die obenerwähnte ausgeschaltete Bedingung am ersten Wellenberg erfüllt,
und der normale Betrieb kann nicht erreicht werden, mit dem Ergebnis, daß das Anfahren schlecht wird. In
■in diesem Falle verringert sich der Basisstrom /fl allmählich
aufgrund der Wirkung des Begrenzungswiderstandes 7? und verringert sich mit der Zeit. Es ist deshalb möglich,
großen /»-A/y.-zu versehen und ein Λ? auszuwählen, das
4ϊ .ein geeignetes Ib- hn. in der Nachbarschaft des zweiten
Wellenberges gibt. Dies bringt eine erhebliche Verbesserung der Anfahrbedingungen des Schwingverdichters.
Wird die Steuerschaltung von einer Wechselstromquelle 80 über die Treiberspule 12 betrieben, so arbeitet
w sie ähnlich wie die obigen Ausführungsbeispiele.
In Fig. 16a bezeichnen 12 eine Treiberspule, 61 eine
Gleichstromquelle, 66 einen Steuertransformator, 80 eine Wechselstromquelle und 81 eine Primärwicklung,
welche beim Betrieb der Steuerschaltung durch die Wechselstromquelle verwendet wird. Ein Relais 82
umfaßt eine Erregerwicklung 83 und Kontakte 84,85,86
und 120. Ein Stromtransformator 102 weist eine Primärwicklung 103 und eine Sekundärwicklung 104 auf.
114 bezeichnet eine Triggerschaltung, welche in F i g. 16b gezeigt ist. Die Steuerschaltung umfaßt ferner
Thyristoren 115' und 116. Der Thyristor 115' steuert die
Abschaltung des Thyristors 116. Ein Steuertransformator 66 umfaßt Primärwicklungen 117 und 117', weiche
beim Betrieb der Steuerschaltung durch eine Gleichstromquelle 61 verwendet werden. Ferner sind eine
;ί Diode 118 und ein Komnuiiierungskondensator 119
)&'. vorgesehen.
;'· Wenn die Wechselslromquelle abgetrennt und die
H Gleichstromquelle an die Steuerschaltung angeschlossen
wird, gelangt über den Widerstand 122 und ilen Kondensator 121 ein Signal zu der Steuerelektrode des
fy Thyristors 116, welches diesen öffnet. Der Anodenstrom
h des Thyristors fließt durch die Primärwicklung 117 des
,.' Steueriransformators, wodurch über die Primärwiek-
p. lung 103 des Stromtransformators 102 ein Strom in der
;;! Treiberspule 12 erzeugt wird. Infolgedessen beginnen
die Treiberspule 12 und der mit ihr verbundene Kolben
27 sich von dem oberen Umkehrpunkt 53 der F i g. 2a fortzubewegen, wie es bei den obigen Beispielen
•sf beschrieben wurde. Wenn sie den unteren Umkehr-
*i punkt 51 erreichen, erreicht der Strom durch die
|,' Treiberspule 12, das ist der Strom durch die
il Primärwicklung 103 des Stromtransformators 102,
f, seinen maximalen Wert, welcher die Triggerschaltung
114 veranlaßt, einen Impuls zu erzeugen. Dieser Impuls
s läuft zu der Steuerelektrode des Thyristors 115' und
öffnet diesen. Gleichzeitig wird durch den durch die Treiberspule 12 und die Primärwicklung 117 des
Steuertransformators fließenden Strom in der Wicklung 117' eine Spannung induziert. Infolgedessen wird der
Kommutierungskondensator 119 über die Diode 118 aufgeladen. Die Spannung des Kondensators 119 spannt
den Thyristor 116 in Sperrichtung vor und schaltet ihn
dadurch ab. Die Steuerschaltung wird dementsprechend invertiert, und die Treiberspule 12, der mit ihr
verbundene Kolben 27, die leitenden Federn 20 und 20' und die Schwingfeder 17 beginnen sich in entgegengesetzter
Richtung zurückzubewegen, mit einer Frequenz, welche durch diese mechanischen Teile bestimmt ist. Sie
erreichen die gegenüberliegende extreme Position, nämlich den unteren Umkehrpunkt 51 der Fig. 2b. Bei
diesem Vorgang wird eine gegenelektromotorische Kraft an der Treiberspule 12 erzeugt, weil die Spule 12
durch das magnetische Feld bewegt wird. Diese gegenelektromotorische Kraft ist der in Fig. 16c
gezeigten Richtung entgeeengerichtet, in welcher der
Thyristor i iö eingeschaiiei ist. Wenn der Kolben 27 unu
die Treiberspule 12 den unteren Umkehrpunkt 51 erreichen, bei welchem die Treiberspule 12 sich nicht
bewegt, verschwindet die gegenelektromotorische Kraft. Dadurch entsteht am Ausgangsanschluß 126 der
Triggerschaltung 114 ein Triggerimpuls, welcher den Thyristor 116 einschaltet. Bei einer Aufeinanderfolge
dieser Schritte schwingen das elektrische und das mechanische Schwingsystem mit gleicher Phase, wie im
Beispiel 5.
Es wird jetzt die Arbeitsweise der Triggerschaltung 114 beschrieben, die in Fig. 16b dargestellt ist, welche
einen Spannungskomparator 106, einen Impulsformer 107 und einen Impulsverstärker 108 umfaßt. Die
Triggerschaltung 114 ist ein Impulsgenerator mit den genannten Komponenten und einem Impulstransformator,
und sie arbeitet wie die Triggerschaltung des Beispiels 3. Wenn der Thyristor 116 eingeschaltet ist.
fließt über die Primärwicklung 103 des Stromtransformators 102 ein Strom zu der Treiberspule IZ mit der
Folge, daß auch durch die Sekundärwicklung 104 des Stromtransformators 102 ein Strom fließt. Dadurch
wird an dem Widerstand 112 eine Spannung aufgebaut. Diese Spannung wird dem Komparator 106 zugeführt.
Die induzierte Spannung ist proportional zu dtr Stärke des Stromes, der durch die Treiberspule 12 fließt. Wenn
dieser Strom die Bedingung E(>> K-hi erfüllt, erzeugt
die Triggerschal'ving keinen Impuls. Wenn jedoch
/:'()< K- l\t ist, wird ein Triggerimpuls erzeugt. Dieser
Impuls wird über den Anschluß 109 zu der Steuerelektrode des Thyristors 115' geleitet, der dadurch
eingeschaltet wird, und der andere Thyristor 116 wird aus den genannten Gründen abgeschaltet. Der Spannungskomparator
106, der Impulsformer 107 und der Impulsverstärker 108 bilden also eine Schaltstufe zur
Abschaltung des Thyristors 116.
In Fig. 16b bezeichnen 12.3 einen Nulldurchgangsdetektor,
dessen Eingang mit beiden Enden der Treiberspule 12 verbunden ist, 124 einen Impulsformer und 125
einen Impulsverstärker, welcher einen Impulstransformator umfaßt. Der Nulldurchgangsdetektor 123 erzeugt
in dem Augenblick einen Impuls, in welchem die Spannung an seinen Eingangsanschlüssen ihre Polaritäi
wechselt. Dieser Impuls wird in dem Impulsformer 124 geformt, und dieser geformte Impuls wird dem
Inipulsverstärker U5 zugeführt. Der verstärkte impuis
wird über den Anschluß 126 zu dem Thyristor 116 geleitet und öffnet diesen. Der Nulldurchgangsdetektor
123, der Impulsformer 124 und der Verstärker 125 bilden also eine Schaltstufe zur Einschaltung des
Thyristors 116. Auf diese Weise v/ird der Thyristor 116
wiederholt ein- und ausgeschaltet, wenn der Kolben 27 und die Treiberspule 12 sich in der einen bzw. in der
anderen extremen Position befinden. Die Zeitlagensteuerung ist in Fig. 16cdargestellt.
Wenn an diese Steuerschaltung eine Wechselstromquelle angeschlossen wird, wird die Erregerspule 83 des
Relais 82 erregt, so daß die Kontakte 84 und 120 schließen, während die Kontakte 85 und 86 öffnen. Die
Gleichstromquelle wird dadurch automatisch von der Steuerschaltung getrennt, welche von der Wechselstromquelle
80 über die Primärwicklung 81 des Steuertransfomiators 66 mit Energie versorgt wird.
Gleichzeitig werden in den Wicklungen 117 und 117' des
Steuertransfomiators Spannungen induziert. Die resultierende Energie wird über den geschlossenen Relaiskontakt
120 in gleicher Weise der Treiberspule 12 zugeführt, wie es oben bei den anderen Ausfüiirungsbei-
.^JJICICII Ui: 3 t 111 1V.UV.II W Ul U^..
Wenn der elektrische Schwingkolbenverdichter der Beispiele 5 und 6 von einer Gleichstromquelle 61
angetrieben wird, fließt durch die Treiberspule 12 ein Gleichstrom, der unterbrochen wird. Tatsächlich ist die
in der Treiberspule 12 erzeugte elektromagnetische Kraft stets gleichgerichtet bezüglich des magnetischen
Feldes, welches durch den Magnet 10, den magnetischen Pol 11 und das Joch 9 gebildet wird, und deshalb kann
die elektromagnetische Kraft in der Treiberspule 12 mit der Magnetisierungsrichtung des Magneten 10 gleichgerichtet
gehalten werden. In den Fig. 13c bis 1 Jf geben
Pfeile die Richtung der elektromagnetischen Kraft an, welche auf die Treiberspule 12 ausgeübt wird, wenn die
Stromrichtung durch die Treiberspule 12 geändert wird, und zwar bezüglich der Magnetisierur.gsrichtung des
Magneten 10. Die nach oben gerichteten Pfeile der F i g. 13c und 13f zeigen die Tatsache an, daß die in der
Treiberspule 12 erzeugte magnetische Kraft dazu dient, den Magneten 10 zu entmagnetisieren. In den Fig. 13d
und 13e dagegen bewirkt die magnetische Kraft der Treiberspule 12 eine Magnetisierung des Magneten.
Falls die Spule 12, nachdem die Stromrichtung durch sie in Magnetäsierungsrichturig des Magneten festgelegt ist,
wie es in den Fig. 13d und 13e gezeigt ist, an das
elektrische Schwingsystem angeschlossen wird, dann kann diese Schaltung stets den Antrieb in Magnetisie-
riingsrichuing bewirken. Diese Anordnung wird in der folgenden Beschreibung als »Zugsystem« bezeichnet,
und die Anordnung der Fig. 13c und 13f zum Antrieb in
die umgekehrte Richtung wird im folgenden »Schubsystem« genannt. Eine Schaltungsanordnung dagegen, bei
welcher eine Wechselstromquelle mit der Treiberspule 12 verbunden ist, wird »Zug-Schub-System« oder
»Gegentaktschaltung« genannt. Die Vorteile des Zugsystems werden unten beschrieben.
Die Fig. 13b zeigt die magnetischen Kennlinien, welche erforderlich sind, damit man beim Gegentaktsystem,
beim Zugsystem und beim Schubsystem die gleichen Ausgangswerte erhält. Die an derTreiberspulc
12 erzeugte elektromagnetische Kraft muß während der Dauer einer Schwingung konstant sein, falls der
Ausgangswert tier Treiberspule 12 konstant ist und der
Schwingungshub ebenfalls konstant ist. Bei den drei Systemen ist die Wellenform des durch die Treiberspule
Yi fließenden Stromes nahezu rechteckig, wenn der Verdichter von einer Gleichstromquelle angetrieben
wird. Die Zeit, während welcher in der Treiberspule 12 ein Strom fließt, d.h. das Kraftverhältnis, beträgt bei
dem Gegentaktsystem ungefähr 100% und bei dem Zugsystem und dem Schubsystem etwa 50%. Um den
Ausgangswert der Treiberspule 12 konstant zu machen, muß die effektive elektromagnetische Kraft F(rms)
während der Dauer einer Schwingung konstant sein.
F(rms) = K ■ B ■ I ■ N ■ I D {})
Dabei ist
F(rms):die effektive elektromagnetische Kraft pro
Schwingung,
B: die Dichte des magnetischen Flusses (die
B: die Dichte des magnetischen Flusses (die
Intensität des Magnetismus), L: die mittlere Länge der Treiberspule,
N: die Anzahl der Windungen der Treiberspule, /: die Stärke des Stromes, der durch die
Treiberspule fließt (Treiberspulenstrom), D: das Tastverhältnis,
K: eine Proportionalitätskonstante.
K: eine Proportionalitätskonstante.
sind, ist sowohl im Schubsystem als auch im Zugsystem zur Erzielung derselben effektiven elektromagnetischen
Kraft F(rms) pro Schwingung die doppelte Stromstärke in der Treiberspule notwendig wie bei dem Gegentaktsystem.
In der Fig. 13b bezeichnen die Bezugszeichen 125,
126 und 127 Entmagneiisierungskurven, welche dem
Magneten 10 des Gegentaktsystems. des Schubsystems bzw. des Zugsystems zugeordnet sind. Die in dem
Magneten 10 enthaltene Energie nimmt in der Reihenfolge der Kurven 127, 125 und 126 zu, und der
Magnet 10 wird entsprechend groß, vorausgesetzt, daß ein gleichartiger Magnet verwendet wird. Das Bezugszeichen 135 bezeichnet die Kurve des Leerlaufbetriebs
der magnetischen Schaltung. Wenn die Entmagnetisierungskraft - H\ durch den Wechselstrom in der
Treiberspule des Gegentaktsystems erzeugt wird, verschiebt die Arbeitskurve sich zur Kurve 136 hin,
welche parallel zur Arbeitskurve 135 verläuft.
In ähnlicher Weise verschiebt die Arbeitskurve sich nach 137 hin, wenn eine Magnetisierungskraft + H
vorhanden ist. Wenn dagegen die Entmagnetisierungskraft — H2 durch den Stromfluß durch die Treiberspule
12 des Zugsystems erzeugt wird, gilt die Arbeitskurve 138. Wenn die Magnetisierungskraft +W^ durch den
Stromfluß durch die Treiberspule 12 des Schubsystems erzeugt wird, gilt die Arbeitskurve 1 39. In der Fig. I 3b
bezeichnet die Ordinate die Magnetisierungsstärke B. während auf der Abszisse die Stärke des magnetischen
Feldes //aufgetragen ist. Bei dem Gegentaktsystem, bei welchem durch die Treiberspule 12 ein W^chrelslrom
fließt, arbeitet die magnetische Schaltung längs der Entmagnetisierungskurve, welche eine kleinere Hysteresisschleife
aufweist und zwischen den Punkten 128 und 130 verläuft und deren mittlerer Wert der
magnetischen Induktion Wi bei dem Punkt 129 auf der
Arbeitskurve 135 liegt. Die in diesem Zustand erzeugte minimale magnetische Induktion ist ß>, und die
maximale erzeugte magnetische Induktion ist B\. Im Detrieb wird an der Treiberspule 12 an den Punkten 128
und 130, an welchen die Stromrichtung sich ändert, eine elektromagnetische Kraft erzeugt, weil der Strom dutch
die Treiberspule 12 eine ungefähr rechteckige Wellenform aufweist. Dabei werden Magnetisierungen mit den
Intensitäten Bi und B, erzeugt, weiche bei dem
Gegentaktsystem nach jeder halben Schwingung wechseln. Γ/er Wert des Stromes ist also bei jeder
halben Schwingung etwa gleich, und damit auch die mittlere Intensität der Magnetisierung lh in den
Gegentaktsystem. Das bedeutet, daß der Magnet so groß sein muß, daß er mehr Energie enthalten kann, als
längs der Entmagnetisierungskurve 125 verfügbar ist, welche die Arbeitskurxe 136 bei dem Punkt 128
schneidet (bei welchem die magnetische Induktion den Wert Si aufweist), wenn in dem Gegentaktsystem der
durch die Treiberspule fließende Strom eine entmagnetisierende Feldstärke - H\ erzeugt.
Bei dem Schubsystem dagegen erzeugt der Strom durch die Treiberspule 12, im Gegensatz zum
Gegentaktsystem, eine magnetische Feldstärke, die stets entmagnetisierend wirkt und deren Tastverhältnis
50% beträgt. Der Wert dieser negativen magnetischen Feldstärke - //.· ist doppelt so groß wie derjenige des
Gegentaktsystems, und er liegt auf der Arbeitskiirve 138. Der Punkt 131 auf der ^rbeitskurve 138 bezeichnet
die für den M.igneten erforderliche Magnetisierungsstärke B\. In diesem Zustand nimmt die magnetische
Cl I. „:..„ Mn;....-η C,.M„;rn .,r, u.»j..)i» /.. ltrhnn
dem Punkt 132 auf der Leerlaufkurve 135. .vo die
Magnetisierung den Wert Βλ aufweist, und dem Punkt
131 der Arbeitskurve 138 liegt, wo die magnetische
Induktion den Wert B, aufweist. Dementsprechend muß die Größe des magnetischen Stahls so bemessen sein,
daß er mehr Energie enthalten kann, als auf der Entmagnetisierungskurve 126, welche die Arbeitskiirve
138 in dem Punkt 131 schneidet, verfügbar ist.
Bei dem Schubsystein wirkt die magnetische Kraft,
welche Min dem Strom durch die Treiberspule 12 erzeugt wird, stets magnetisierend. und sie weist ein
Tastverhältnis von 50% auf. Die Magnetisierungskrafi oder die magnetische Feldstärke beträgt + //■ und ist
doppelt so groß wie bei dem Gegentaktsvstem. Die magnetische Schaltung arbeitet längs einer kleineren
Schleife, .velche zwischen dem Punkt 133 der Arbeitskurve 139 von + //_>. wo die magnetische Induktion den
Wert Β, aufweist, und dem Punkt 134 der Leei laufkurve
135 verläuft, wo die magnetische Induktion den Wert B, annimmt. Deshalb muß der verwendete Magnet so groß
sein, daß er mindestens die minimale intensität der Magnetisierung S-, der kleinen Schleife aufweist. Der
Magnet muß also mehr Energie aufweisen als die Magnetisierungskurve 127, welche die Arbeitskurve 135
bei dem Punkt 134 schneidet.
Es werden jetzt die Merkmale der drei Systeme
bezüglich der Kennlinien des Magneten zusammengefaßt.
Zunächst wird das Schubsystem beschrieben. Auf der Eniniagnetisierungskurve 126, welche die notwendige
Kennlinie des Magneten darstellt, beträgt die magnetische Intensität der anfänglichen Magnetisierung bei
dem Punkt 132' der Kurve 135 des Leerlaufbetriebs Bn.
Im Betrieb beträgt die Intensität der Magnetisierung bei dem Punkt 131 lediglich den Wert B\, da die
Treiberspule 12 eine entmagnetisierende magnetische Feldstärke — Hj erzeugt. Dies zeigt an, daß die
Differenz der magnetischen Kraft Bb—B\ keine Wirkung
ausübt, wenn eine entmagnetisierende Kraft — Hj erzeugt wird (wobei lediglich Bx verwendet wird).
Bei dem Schubsystem beträgt die Magnetisierungssiärkc
des Magneten anfänglich den Wert B^, nämlich
an dem P-jnkt 134, an welchem die Entmagnctisierungskurve
die Kurve 135 des Leerlaufbetriebs schneidet.
Wenn jedoch durch die Treiberspule 12 ein Strom fließt, wird in ihr eine Magnetisierungskraft der Stärke B\
erzeugt Die magnetische Schaltung arbeitet also mit einer Intensität, welche der Differenz B\ — B-, entspricht.
Damil ist die Verlustkomponente der Magnetisierung eliminiert, so daß der Magnet lediglich eine Magnetisierungsstärke
kleiner als B, aufweisen muß. Es ist jetzt klar, daß der Magnet in dem Zugsystem wesentlich
kleiner als bei den anderen Systemen ausgebildet sein kann. Dieses Merkmal ist besonders wichtig bei der
Formgestaltung des Schwingkolbenverdichters, es senkt die Herstellungskosten, und es reduziert außerdem das
Gewicht der Maschine. Selbstverständlich ist die Formgestaltung des Schwingkolbenverdichters stark
verschieden, je nachdem ob das Gegentaktsystem. das Schubsystem oder das Zugsystem als Antriebssystem
verwendet wird.
Hierzu 12BUiU
Claims (19)
1. Elektrischer Schwingverdichter für Kältemaschinen mit einem mechanischen Teil, das eine in
einem Ringraum zwischen einem Zylinderjoch und einem mit einem Permanentmagneten versehenen
Magnetpol lose aufgehängte Treiberspule, einen mit der Treiberspule verbundenen Kolben, der in einem
Zylinder hin- und herbewegbar ist, und mindestens eine resonant mitschwingende Feder aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberspule (12) des mechanischen Teils und ein zusätzliches
Teil mit einer Gleichspannungsquelle (61) verbindbar ist und daß das elektrische Teil einen
ungesättigten Steuertransformator (66), der eine mit der Schwingbewegung der Treiberspule (12) veränderliche
elektrische Größe empfängt und unter Ausnutzung des linearen Bereiches der Magnetkennlinie
eine der veränderlichen elektrischen Eingangsgrabe proportionale Ausgangsgröße erzeugt,
und eine Halbleiterschaltung (z. 8.62—85) mit
einer Steuerelektrode aufweist, die entsprechend der Steuerung der Ausgangsgröße vom Steuertransformator
(66) derart geschaltet werden kann, daß die Treiberspule (12) ihre Energie von der Gleichspannungsquelle
(61) in Form einer Wechselspannung erhält, deren Frequenz der Eigenfrequenz des
mechanischen Teils entspricht
2. Schwingverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschaltung mindestens
einen transistor (62) aufweist, der derart mit dem mechanischen Teil/12,17,27) gekoppelt ist, daß
er vom Steuertransformator (66) aufgrund der Änderung der Impedanz (Z) der Treiberspule (12),
welche durch die Schwingungen des mechanischen Teils (12, 17, 27) mit seiner Eigenfrequenz erzeugt
wird, ein- und ausgeschaltet wird, wobei die an der Treiberspule (12) auftretende Impedanzänderung im
wesentlichen proportional zur Änderung der Eigenfrequenz des mechanischen Teils ist
3. Schwingverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschaltung mindestens
ein Gleichrichterelement, ζ. Β. einen Thyristor (62) aufweist, daß in Reihe mit der Treiberspule
(12) ein Stromtransformator (102) geschaltet ist und daß eine Triggerschaltung (105,114) vorgesehen ist,
weiche in Abhängigkeit von der am Stromtransformator (102) auftretenden Änderung des elektrischen
Zustands Triggerimpulse erzeugt, so daß das Gleichrichterelement (62) vom Steuertransformator
(66) aufgrund der Änderung der Impedanz (Z) der Treiberspule (12), welche durch die Schwingungen
des mechanischen Teils (12, 17, 27) mit seiner Eigenfrequenz erzeugt wird, ein- und ausgeschaltet
wird, wobei die an der Treiberspule (12) auftretende Impedanzänderung im wesentlichen proportional
zur Änderung der Eigenfrequenz des mechanischen Teils ist.
4. Schwingverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er eine
Einrichtung (82) enthält, durch die die Halbleiterschaltung (62—65) des elektrischen Teils abschaltbar
und gleichzeitig eine Wechselspannungsquelle zuschaltbar ist.
5. Schwingverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuertransformator
(66) eine Wechselstrom-Eingangswicklung
(81) aufweist.
6. Schwingverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuertransformator
(66) zwischen der Treiberspule (12) und dem Ausgangsanschluß der Halbleiterschaltung
geschaltet ist, dessen Ausgangsspannung der Treiberspule (12) zugeführt und durch den gleichzeitig
der durch die Treiberspule (12) fließende Strom zur Halbleiterschaltung geleitet wird.
7. Schwingverdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Transistoren
(62—65) bzw. das oder die Gleichrichterelemente (62—65) so geschaltet sind, daß sie mit einer
Frequenz schalten, welche von der Charakteristik im Sättigungsbereich jenseits der linearen Charakteristik
des Steuertransformators (66) abhängt, wenn die Treiberspule (12) von dem elektrischen Teil getrennt
ist, und daß der oder die Transistoren (62—65) stets mit der Eigenfrequenz des mechanischen Teils (12,
17, 27) schalten, wenn der elektrische Teil mit der Treiberspule (12) verbunden und von der Gleichspannungsquelle
(61) gespeist ist
8. Schwingverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß zwischen den beiden Polen der
Gleichspannungsquelle (61) in Reihe miteinander ein Kondensator (77), ein Widerstand (78) und eine
dritte Wicklung (76) des Steuertranfformators (66) geschaltet sind.
9. Schwingverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Brückenschaltung mit vier
Transistoren (6?—65) vorgesehen ist, von denen jeweils zwei einander gegenüberliegende Transistoren
(62, 64 bzw. 63, 65) nacheinander unabhängig von den beiden anderen arbeiten, daß die Emitter-KoIIektor-Strecke
zweier einander gegenüberliegender Transistoren mit der Treiberspule (12) verbunden sind, daß die Emitter-Kollektor-Strecken
der beiden anderen, einander gegenüberliegenden Transistoren mit der Gleichspannungsquelle (61)
verbunden sind, daß die Primat wicklung (67) des Steuertransformators (66) parallel zur Treiberspule
(12) angeschlossen ist und daß die Emitter-Basis-Strecken der einzelnen Transistoren mit den
Sekundärwicklungen (68, 69, 70 bzw. 71) des Steuertransformators so verbunden sind, daß die
Emitter-Basis-Strecken der Transistoren abhängig davon, ob durch die Treiberspule (12) ein Strom
fließt oder nicht, gesteuert werden.
10. Schwingverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoren zweier Transistoren
(62, 62') jeweils mit einem Ende der Primärwicklung (67, 67') des Steuertransformators
(66) verbunden sind, welcher parallel zur Treiberspule (12) geschaltet ist, daß der Mittelabgriff der
Primärwicklung (67, 67') des Steuertransformators (66) und die Emitter der beiden Transistoren (62,62')
mit der Gleichspannungsquelle (61) verbunden sind, daß die Basisanschlüsse der Transistoren (62,62') mit
einer Steuerwicklung (71,71') des Steuertransformators (66) so verbunden sind, daß die Transistoren (62,
62') entsprechend dem Zustand, ob durch die Treiberspule ein Strom fließt oder nicht, gesteuert
werden, und daß die Treiberspule (12) mit einer Spannung versorgt ist, die doppelt so groß wie die
Spannung der Gleichspannungsquelie (61) ist.
11. Schwingverdichter nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Treiberspule (12) parallel zu einer Ausgangswicklung (115") des Steuertransfor-
mators (66) geschaltet ist, und die Kollektoren zweier Transistoren (62,62') jeweils mit einem Ende
einer Primärwicklung (67, 67') des Steuertransformators (66) verbunden sind, daß der Mittelabgriff
der Primärwicklung (67, 67') des Steuertransforma- ">
tors (66) und die Emitter der beiden Transistoren (62, 62') mit der Gleichspannungsquelle (61) verbunden
sind und daß die Basisanschlüsse der Transistoren (62, 62') mit einer Steuerwicklung (71, 71') des
Steuertrantformators (66) so verbunden sind, daß die ι»
Transistoren (62,62') entsprechend dem Zustand, ob durch die Treiberspule (12) ein Strom fließt oder
nicht, gesteuert werden.
12. Schwingverdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß vier Gleichrichterelemente, r>
z. B. Thyristoren (62—65) vorgesehen sind, von denen zwei (62,65) mit ihren Anoden direkt mit dem
positiven Pol der Gleichspannungsquelle (61) und mit ihren Kathoden mit einem Anschluß zweier
Kommutierungsreaktanzen (88, 89) verbunden sind, 2» und von denen die beiden anderen (63,64) mit ihrer
Kathode direkt mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle (61) und mit ihrer. Anoden
mit dem anderen Anschluß der Kommutierungsreaktanzen (88, 89) verbunden sind, daß je ein ?~>
Kommutierungskondensator (90—93) zwischen der Energiequelle und einem Mittelabgriff jeder Reaktanz (88, 89) liegt, daß die Primärwicklung (103) des
Stromtransformators (102) zwischen den Mittelabgriffen der Kommutierungsreaktanzen (88,89) liegt, «ι
daß die Primärwicklung (67) des Steuertransformators (66) parallel zur Serienschaltung der Primärwicklung (103) des Stromtransformators (102) und
der Treiberspule (12) liegt und daß diese Parallelschaltung (67,103,12) mit den Gleichrichterelemen- 3ϊ
ten (62—65) und der Triggerschaltung (105), welche Triggerimpulse zum Ein- und Ausschalten von je
zwei gegenüberliegenden Gleichrichtern erzeugt, eine Brückenschaltung bildet und daß der Stromtransformator (102) wahlweise mit den Eingangsan- w
schlüssel. (104, 104') der Triggerschaltung (105) verbindbar ist.
13. Schwingverdichter nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß zwei Gleichrichterelemente (62, 64) vorgesehen sind, deren Kathoden gemein- 4>
sam mit einer Kommutierungsreaktanz (114) verbunden sind, deren anderer Alischluß mit dem
negativen Anschluß der Gleichspannungsquelle verbunden ist, daß die Anoden der beiden Gleichrichter über einen Kommutierungskondensator in
(115) miteinander verbunden sind, welcher parallel
zu der Primärwicklung (67) des Steuertransformators liegi, daß etwa in der Mitte der Primärwicklung
(67) des Steuertransformators (66) ein Abgriff vorgesehen ist, der mit dem positiven Pol der
Gleichspannungsquelle (61) verbunden ist, daß die Treiberspule (12) mit den Anoden der Gleichrichter
(62, 64) über die Primärwicklung (103) des Stromtransformators (102) verbunden ist, daß eine
Triggerschaltung (105) vorgesehen ist, welche die beiden Gleichrichterelemente abwechselnd ein- und
ausschaltende Triggerimpulse erzeugt und daß der Stromtransformator (102) mit dem Eingangsanschluß (104, 104') der Triggerschaltung (105) so
verbunden ist, daß die Zeitsteuerung der Triggerimpulse wahlweist von der Sekundärwicklung (194,
104') des Stromtransformators (102) abgeleitet werden kann.
14- Schwingverdichter nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Transistor (62) und eine Reihenschaltung aus der Gleichspannungsquelle
(61), der Primärwicklung (67) des Steuertransformators (66) und aus einem Begrenzungswiderstand (79)
zwischen Emitter und Kollektor des Transistors (62) vorgesehen, die Treiberspule (12) des mechanischen
Teils parallel zur Wicklung (67) des Steuertransformators (66) und dem Begrenzungswiderstand (79)
angeordnet, die Sekundärwicklung (68) des Steuertransformators (66) und ein Steuerwiderstand (75)
zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors (62) vorgesehen und ein den transienten Anfangsstrom kompensierender Widerstand (87) zwischen
der Basis und dem Kollektor des Transistors (62) angeordnet ist, daß die Treiberspule (12) in das vom
Magnetkreis des Schwingverdichters erzeugte Magnetfeld eingesetzt ist, und daß die Gleichspannungsquelle (61) mit dem elektrischen Teil selektiv
verbunden wird, so daß die elektromagnetische Kraft, die durch den unterbrochen r.vi Gleichstrom in
der Treiberspule erzeugt wird, stets ir der Richtung
fließt, längs der der Permanentmagnet magnetisiert ist.
15. Schwingverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vier Transistoren (62—65) zu
einer Brücke geschaltet sind, wobei zwei Paare von in Reihe liegende Transistoren parallel zu den
beiden Enden der Treiberspule (12) geschaltet sind, daß ein Transistorenpaar (62, 63) vom selben
Leitungstyp ist, z. B. PNP-Transistoren und das andere (64,65) ebenfalls vom selben Leitungstyp ist,
z. B. NPN-Transistoren, und daß die Steuerwicklung (68,69) des Steuertransformators (66) zwischen den
Emittern und den Basisanschlüssen jedes Transistors liegt.
16. Schwingverdichter nach Anspruch 15, dadurch
gekennzeichnet, daß je ein PNP- und ein NPN-Transistor ein Paar der Brücke bilden, daß zwei Paare
gemeinsamer Emitter mit je einem Ende der Treiberspule (12) verbunden sind, daß die Kollektoren der beiden PNP-Transistoren (62, 63) mit dem
negativen Pol der Gleichspannungsquelle (61) und die Kollektoren der NPN-Transistoren (64, 65) mit
dem positiven Pol der Gleichspannungsquelle (61) verbunden sind, und daß die Steuerwicklung (68,69)
des Steuertransformators (66) den PNP-Transistoren gemeinsam ist (F i g. 15).
17. Schwingverdichter nach Anspruch 15, dadurch
gekennzeichnet, daß je ein PNP- und ein NPN-Transistor ein Paar der Brücke bilden, daß zwei Paare
gemeinsamer Kollektoren mit je einem Ende der Treiberspule (12) verbunden sind, daß die Emitter
der beiden PNP-Transistoren (64, 65) mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle (61) und
die Emitter der beiden NPN-Transistoren (62, 63) mit dem positiven Pol der Gleichspannungsquelle
(61) verbunden sind, daß die Steuerwicklung (68,69) des Steuertransformntors (66) je einem Transistorenpaar gemeinsam ist und daß eine Diode (D) in
Sperr-Richtung zwischen der Basis und dem Emitter jedes Transistors liegt und zusammen rrit der
Basisschaltung eine brückenartige Rückkopplungsschaltung bildet (F i g. Ha).
18. Schwingverdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Gleichrichterelement (116), z.B. ein Thyristor, vorgesehen ist,
dessen Anode mit dem nositiven Pol der Gleich-
Stromquelle (61) und dessen Kathode über den Steuertransformator (66), der als Kommutierungsreaktanz
betrieben wird, mit dem einen Anschluß der Treiberspule (12) verbunden ist, deren anderer
Anschluß mit dem negativen Pol der Gleichstrom quelle (61) verbunden ist, daß der Stromtransformator
(102) zur Erfassung der Stärke des durch die Treiberspule (12) fließenden Stromes zwischen dem
positiven Pol der Gleichstromquelle (61) und dem einen Anschluß der Treiberspule (12) geschaltet ist,
und daß die Triggerschaltung (114) mit einem Abschaltkreis und ein Thyristor (115) vorgesehen
sind, welche das Gleichrichterelement (116) ein- und
ausschalten können, und daß diese Schaltvorgänge wahlweise bei den extremen Amplitudenpositionen
der Antriebsspule (12) durchführbar sind.
19. Schwingverdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerschaltung (105)
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