-
Von einem Wechselspannungsgenerator gespeister Schwingmotor Die Erfindung
betrifft einen Schwingnotor, dessen Eigenfrequenz unter dem Einfluß von Betriebsgrößen
schwankt, mit einem den Schwingnotor speisenden Wechselspannungsgenerator, Ein Schwingmotor
hat keine ständig rotierenden Teile, sondern sein Anker fiihrt eine hin- und hergehende
Bewegung aus, in der Regel eine lineare Bewegung, Die aus Schwingmotor und von diesem
angetriebenen Gerät bestehende Einheit weist eine bestimmte mechanische Eigenfrequenz
auf, unci die vom Schwingmotor abgebbare Leistung
ist dann am größten,
wenn die Frequenz der zum Antrieb des Schwingnotors verwendeten Spannung der Eigenfrequenz
entspricht. Der Wechselspannungsgenerator wird daher so dimensioniert, daß seine
Frequenz mit der Eigenfrequenz des Motors möglichst genau übereinstimmt0 Derartige
Schwingmotoren eignen sich neben anderen Anwendungsfällen insbesondere für den Antrieb
des Schwingkolbens eines mobilen Kühlgeräts. Unter dem Einfluß von Betriebsgrößen
kann sich die Eigenfrequenz des Schwingmotors ändern, beispielsweise können sich
infolge von Temperaturänderungen die Eigenschaften von federnden Teilen innerhalb
des Motors ändern, wodurch sich die Eigenfrequenz verschiebt, eine derartige Änderung
der Eigenfrequenz kann jedoch aber auch durch eine Änderung der mechanischen Belastung
des Motors erfolgen. Es kann auch eine änderung von mechanischen Eigenschaften,
z.B. einer Federkonstante, eines vom Motor angetriebenen Geräts zu einer änderung
der Eigenfrequenz des Szstems Motor-Gerät führen. Weicht die Eigenfrequenz des Motors
von der Frequenz des Wechselspannungsgenerators ab, so sinkt die vom Motor zu Motor
abgebbare Leistung, was von Nachteil ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
diesen Nachteil zu vermeiden. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,
daß die Frequenz des Generators in Abhängigkeit von den Änderungen der Eigenfrequenz
des Schwingmotors steuerbar ist.
-
Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß trotz Xnderungen der Eigenfrequenz
des Motors keine oder nur eine geringfügige Abweichung dieser Eigenfrequenz von
der Frequenz der vom Generator erzeugten Spannung auftritt, so daß der Motor imrtier
in der Lage ist, eine maximale Leistung abzugeben, und mit gutem Wirkungsgrad arbeitet.
Dies kann insbesondere dann von großem Vorteil sein, wenn der Motor
von
einer Batterie begrenzter Kapazität, beispielsweise dem Akkumulator eines Kraftfahrzeugs,
gespeist werden soll, weil es hierbei besonders wichtig ist, die Eapazität der Batterie
gut auszunützen0 Es kann Fälle geben, in denen zur Speisung des Motors nicht unbedingt
eine Wechselspannung erforderlich ist, sondern in denen der Motor mit Gleichspannungsimpulsen
gespeist werden kann; in diesen Fällen wird dann gemäß der Erfindung die Folgefrequenz
der Gleichspannungsimpulse der Eigenfrequenz des Motors ständig angepaßt, Die geschilderten
Temperaturänderungen des Motors können von Umgebungseinflüssen herrühren, sie können
aber auch die Folge einer längeren Einschaltdauer des Motors sein.
-
Die änderung; der Eigenfrequenz des Motors kann in verschiedener Weise
erfaßt werden, beispielsweise ist es möglich, die Amplitude der Schwingung des Ankers
des Motors festzustellen und dann, wenn die Amplitude abnimmt, die Frequenz des
Generators so ZU verändern, daß die Schwingungsamplitude wieder ansteigt; da eine
Änderung der Schwingungsamplitude selbst nichts darüber aussagt, ob sich die Eigenfrequenz
des Motors erhöht oder erniedrigt hat, kann es zweckmäßig sein, die Anordnung so
zu treffen, daß beispielsweise dann, wenn eine Erhöhung der Generatorfrequenz nicht
zu einem Wiederanstieg der Schwingungsamplitude geführt hat, anschließend die Generatorfrequenz
zu verringern, um auf diese Weise die Generatorfrequenz an die Eigenfrequenz des
Motors anzupassen.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist Jedoch vorgesehen,
daß die Frequenz des Generators in
Abhängigkeit von der Temperatur
des Motors steuerbar ist. Dies bietet den Vorteil, daß die Richtung der Temperaturänderung
bereits ein eindeutiges Kriterium dafür liefert, in welcher Richtung die Frequenz
des Generators geändert werden muß, weil sich die Eigenfrequenz des Schwingmotors
bei Temperaturänderungen in einer Richtung innerhalb des infrage kommenden Temperaturbereichs
üblicherweise ebenfalls nur in einer Richtung verändert. Weiter ist von Vorteil,
daß Temperaturänderungen des Motors mit einfachen Mitteln hinreichend genau erfaßbar
sind0 Temperaturänderungen des Motors können in verschiedener Weise festgestellt
werden1 beispielsweise ist es möglich, den Widerstand einer elektrischen Wicklung
des Motors ständig zu überwachen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
ist Jedoch vorgesehen, daß als Temperaturfühler ein gesonderter temperaturabhängiger
Widerstand vorgesehen ist, der mit dem Motor in gutem thermischem Kontakt ist. Als
temperaturabhängige Widerstände eignen sich hier insbesondere solche mit negativem
Temperaturkoeffizienten, weil sie mit zahlreichen Temperatur-Widerstands-Kennlinien
im Handel erhältlich sind0 Wegen des guten thermischen Kontakts zwischen Widerstand
und Motor nimmt der Widerstand se achnell die Jeweilige Temperatur des Motors an,
so daß die Steuerung der Frequenz des Generators der Temperatur des Motors sehr
genau folgen kann. Der temperaturabhängige Widerstand kann auf der Außenseite oder
Innenseite des Gehäuses des Motors angeklebt sein, er kann Jedoch auch lösbar, beispielsweise
mit einer Lasche, befestigt sein.
-
-Der temperaturabhängige Widerstand kann Teil einer besonderen Schaltung
sein, die die Verstellung von frequenzbestimmenden Teilen des Generators bewirkt;
bei einer Ausführungsform der Erfindung ist Jedoch der temperaturabhängige Widerstand
selbst ein Teil eines frequenzbestimmenden Schaltungskreises des Generators. Der
Vorteil dieser Ausführungsform der Erfindung liegt in ihrer großen Einfachheit1
denn einerseits kann der frequenzbestimmende Schaltungskreis sehr einfach aufgebaut
sein, und andererseits ist es nicht erforderlich, zur Frequenzänderung Teile des
Generators mechanisch zu verstellen, Als Wechaelspannungægeneratoren kommen insbesondere
fremdgesteuerte Spannungswandler in Betracht, es ist aber auch möglich, - selbstschwingende
Spannungswandler, die beispielsweise einen Sperrschwinger aufweisen, so auszubilden,
daß ihre Frequenz steuerbar ist. Bei einer Ausführungsform der Erfindung, die von
einem fremdgesteuerten Spannungswandler Gebrauch macht, weist der Wechselspannungsgenerator
einen Verstärker mit einem invertierenden und einem nichtinvertierenden Eingang
auf, zwischen den Ausgang des Verstärkers und den invertierenden Eingang ist der
temperaturabhängige Widerstand eingeschaltet, zwischen den Ausgang und den nichtinvertierenden
Eingang ist ein Widerstand eingeschaltet, und mit dem invertierenden Eingang ist
ein Anschluß eines Kondensators gekoppelt, dessen anderer Anschluß an einem Schaltungspunkt
festen Potentials liegt, dieses Potential kann insbesondere das Massepotential sein.
Der Vorteil
dieser Ausführungsform liegt darin, daß mit sehr einfachen
Mitteln ein Schwingungserzeuger geschaffen wird, dessen Frequenz durch den temperaturabhängigen
Widerstand sehr leicht verändert werden kann.
-
Die geschilderten Spannungswandler enthalten üblicherweise Transformatoren.
Ein derartiger Transformator, der beispielsweise für die in Europa übliche Netzfrequenz
von 50 Hertz ausgelegt ist, nimmt mit sinkender Frequenz einen zunehmenden Strom
auf, was im vorliegenden Anwendungsfall besonders dann von Nachteil ist, wenn als
Stromquelle die Batterie eines Kraftfahrzeuges dient. Die höhere Stromaufnahme könnte
man zwar dadurch vermeiden, daß man den Transformator größer wählt, aber dann würde
das Gewicht der gesamten Anordnung in unerwünschter Weise zunehmen. Bei einer Ausführungsform
der Erfindung, bei der der Wechselspannungsgenerator einen Transformator aufweist,
ist daher eine Einrichtung vorgesehen, die beim Unterschreiten einer vorbestimmten
Nindesteigenfrequenz des Motors die Frequenz des Generators konstant hält.
-
Dies bietet den Vorteil, daß die Stromaufnahme des Generators auf
einfache Weise begrenzt werden kann.
-
Bei einer Ausführungsform der Erfindung, bei der ein temperaturabhängiger
Widerstand Teil eines frequenzbestimmenden Schaltungsteils des Generators ist, ist
vorgesehen, daß der Wechselspannungsgenerator einen Verstärker mit einem invertierenden
und einem nicht invertierenden Eingang aufweist, daß der Ausgang des Verstärkers
mit dem
nicht invertierenden Eingang über einen Widerstand verbunden
ist, daß mit dem invertierenden Eingang ein Anschluß eines Kondensators gekoppelt
ist, dessen anderer Anschluß auf einem Schaltungspunkt festen Potentials, insbesondere
Masse, liegt, und daß zwischen den Ausgang des Verstärkers und den invertierenden
Eingang eine temperaturabhängige Widerstandsanordnung geschaltet ist, deren Widerstandswert
bis zu einem bestimmten Temperaturwert temperaturabhängig ist und jenseits des genannten
Temperaturwerts konstant ist. Dies bietet den Vorteil, daß auf einfache Weise die
Änderung der Frequenz des Generators in Abhängigkeit von der Temperatur des Motors
bis zu einem bestimmten Temperaturwert vorgenommen werden kann, wobei jenseits dieses
Temperaturwerts die Generatorfrequenz konstant bleibt. Die Anordnung kann insbesondere
so ausgebildet sein, daß beim Unterschreiten einer bestimmten Mindesttemperatur
des Motors die Frequenz konstant bleibt.
-
Eine möglichst genaue Übereinstimmung zwischen der Frequenz des Wechselspannungsgenerators
und der Eigenfrequenz des Motors ist besonders dann wichtig, wenn der Motor aus
einer Batterie begrenzter Kapazität gespeist wird. Wird der Motor dagegen aus dem
Netz gespeist, so ist es nicht unbedingt erforderlich, die Frequenz der den Motor
speisenden Wechselspannung genau der Eigenfrequenz des Motors anzupassen, weil nämlich
ein geringerer Wirkungsgrad des
Motors ohne Schwierigkeiten durch
eine längere Einschaltdauer des Motors kompensiert werden kann, insbesondere dann,
wenn der Motor zum Antrieb eines Kühlgeräts dient.
-
Der etwas höhere Energieverbrauch stört bei Netzbetrieb nicht. Auch
ist zu berücksichtigen, daß höhere Motortemperaturen, die zu einer stärkeren Abweichung
der Eigenfrequenz von der Netzfrequenz führen, häufig erst durch hohe Umgebungstemperaturen
ermöglicht werden, wie sie z.B.
-
in Kraftfahrzeugen auftreten können, wogegen innerhalb von Gebäuden
die Umgebungstemperaturen meist nicht so hoch liegen, daß die Motortemperatur auf
hohe Werte ansteigt. Innerhalb von Gebäuden wird die Eigenfrequenz daher meist nicht
vom Sollwert abweichen.'l3ei einer Ausführungsform der Erfindung sind daher Schaltmittel
vorgesehen, die den Motor wahlweise mit dem Generator oder mit dem elektrischen
Wechselstromnetz verbinden. Ist der Motor mit dem Generator verbunden, so wird er
stets mit einem Wechselstrom gespeist, dessen Frequenz der Eigenfrequenz des Motors
gleich ist; wird der Motor vom Netz gespeist so ist diese Übereinstimmung nicht
ständig gegeben; zweckmäßigerweise wird man Jedoch die Eigenfrequenz des Motors
so wahlen, daß sie der Netzfrequenz von 50 He möglichst nahekommt. Der Vorteil dieser
Ausführungsform liegt in ihrer Einfachheit; es ist nicht erforderlich, bei Netzbetrieb
eine Frequenzumsetzung auf die Jeweilige Eigenfrequenz des Motors vorzunehmen.
-
Falls eine derartige Frequenzumsetzung jedoch gewünscht wird, ist
es möglich, die Netzspannung nach geeigneter Transformation gleichzurichten und
mit dieser Gleichspannung den Wechselspannungsgenerator zu speisen, Weitere Ausgestaltungen
und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines
Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung, die erf indungswesentliche Einzelheiten
zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können Je einzeln für stich
oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Ausführungsform der Erfindung
verwirklicht sein. Es zeigen Fig. 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
und Fig. 2 die Darstellung der räumlichen Anordnung der Einzelteile der Vorrichtung.
-
Fig 3 eine Abwandlung des in Fig. 1 gezeigten Schaltbilds.
-
In Fig. 1 i 8 zu ist der Wechselspannungsgenerator für den Schwingmotor
eines Schwingkolbenverdichters für ein mobiles Kühlgerät mit Hilfsschaltkreisen
gezeigt. Zur Erfassung der in dem Kuhlraum des Kühlgeräts herrschenden Temperatur
dient ein unter Verwendung eines ersten Operationsverstärkers 1 mit einem invertierenden
und einem nichtinvertierenden Eingang aufgebauter Thermostat.
-
Zwischen einen Schalt;ungspunkt, der an der positiven Betriebsspannung
U liegt, und Masse ist die Serienschaltung eines Widerstandes R1 mit einem temperaturabhängigen
Widerstand mit negativem Demperaturkoeffizienten R2 geschaltet; der Verbindungspunkt
der beiden Widerstände
ist einerseits über einen Widerstand R3
mit dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 1 verbunden, und andererseits
über einen Widerstand R4 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 1o Der Widerstand
R2 bildet den Temperaturfühler des Thermostat0 Die Serienschaltung eines Widerstands
R5 mit einem einstellbaren Widerstand R6 ist zwischen den Ausgang einer Schaltung
anordnung 2 und Masse geschaltet; der Verbindungspunkt der Widerstände R5 und R6
ist über einen Widerstand R7 mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers
1 verbunden. Mit dem Widerstand R6 kann die gewünschte Kühltemperatur des Kühlgeräts
eingestellt werden0 Die Schaltungsanordnung 2 dient zum Schutz einer den Spannungsgenerator
speisenden Batterie vor einer Tiefentladung; dies ist besonders dann wichtig, wenn
es sich bei der Batterie um den Akkumulator eines Fahrzeugs handelt, der auch bei
Betrieb des Kühlgeräts nur so weit entladen werden darf, daß das Starten des Fahrzeugs
noch einwandfrei möglich ist. Die Schaltungsanordnung 2 weist zwei Eingänge auf,
der eine Eingang ist unmittelbar mit dem Schaltungspunkt U verbunden, an den der
positive Pol der Batterie angeschlossen wird, der andere Eingang ist mit dem Verbindungspunkt
eines Widerstands R8 mit einer Zenerdiode D1 verbunden; die Serienschaltung des
Widerstands R8 und der Zenerdiode D1 ist zwischen die positive Betriebsspannung
U und Masse eingeschaltet; hierdurch wird bewirkt, daß der zweite Eingang der Schaltungsanordnung
2 unabhängig von den Schwankungen der Spannung der Batterie an einer konstanten,
durch die Zenerdiode Dl bestimmten Spannung liegt.
-
Ist die am ersten Eingang der Schaltungsanordnung 2 liegende Batteriespannung
gegenüber der am zweiten Eingang liegenden stabilisierten Spannung um einen vorbestimmten
Betrag abgesunken, so liefert die Schaltungsanordnung 2 an ihrem Ausgang keine Spannung
und schaltet dadurch den Wechselspannungsgenerator ab, wie später noch erläutert
wirdq Ist die Batteriespannung dagegen noch ausreichend groß, so liefert die Schaltungsanordnung
2 an ihrem Ausgang eine positive Spannung0 Der nichtinvertierende Eingang eines
zweiten Operationsverstärkers 3 liegt über einen Widerstand R11 an dem Abgriff eines
Potentiometers R12, das zwischen Masse und den Verbindungspunkt des Widerstands
R8 mit der Zenerdiode Dl geschaltet ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers 3
ist über die Serienschaltung zweier Widerstände R13 und R14 mit dem nichtinvertierenden
Eingang verbunden; der Verbindungspunkt der Widerstände R13 und R14 ist mit der
Kathode einer Zenerdiode D2 verbunden, deren Anode an Masse liegt. Der invertierende
Eingang des Operationsverstärkers 3 ist über die Serienschaltung eines Widerstands
R15 mit einem Kondensator C1 mit Masse verbunden; der Verbindungspunkt zwischen
Widerstand R15 und Kondensator Cl ist über die Serienschaltung eines temperaturabhängigen
Widerstands R16 mit negativem Temperaturkoeffizienten und eines einstellbaren Widerstands
a17 mit dem Verbindungspunkt der Widerstände R13 und R14 verbunden. Dieser Verbindungspunkt
ist außerdem über einen Widerstand R20 mit dem invertierenden
Eingang
eines dritten Operationsverstärkers 4 verbunden, dessen nichtinvertierender Eingang
einerseits über einen Widerstand R21 mit der positiven Betriebs spannung U und andererseits
über einen Widerstand R22 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 4 verbunden
ist.
-
Der Ausgang des ersten Operationsverstärkers 1 ist mit der Anode einer
Diode D3 verbunden; die Kathode der Diode D3 ist einerseits über die Serienschaltung
einer Diode'4 mit einem Widerstand R23 mit dem Verbindungspunkt zwischen Kondensator
C1 und Widerstand R15 verbunden, andererseits über die Serienschaltung einer Diode
D5 mit einem Widerstand R24 mit dem invertierenden Eingang des dritten Operationsverstärkers
4 und ferner über einen Widerstand R25 mit einem Kontakt S1 eines Schalters, durch
den an den Widerstand R25 die positive Betriebsspannung U anschaltbar ist. Die Polarität
der Dioden D3, D4 und D5 ist aus der Fig0 1 zu entnehmen, Der Ausgang des zweiten
Operationsverstärkers 3 ist über einen Widerstand R26 mit der Basis eines npn-Transistors
T1 verbunden, dessen Basis außerdem über einen Widerstand R27 und dessen Emitter
direkt mit Masse verbunden sind0 In der gleichen Weise ist ein zweiter Transistor
T2 geschaltet und mit dem Ausgang des dritten Operationsverstärkers 4 verbunden.
Die Collektoren der beiden Transistoren Tl und 22 sind mit den Enden der Primärwicklung
L7 eines ersten Transformators verbunden, die eine Mittelanzapfung aufweist, die
mit der positiven Betriebsspannung U verbunden ist0 Die Sekundärwicklung L2 des
ersten Transformators weist ebenfalls eine Mittelanzapfung auf, die an
Masse
liegt; die beiden Enden der Sekundärwicklung sind jeweils mit der Basis eines Schalttransistors
T3 bzw. T4 vom npn-Typ verbunden, deren Emitter an Masse liegen, und deren Kollektoren
mit den beiden Enden der Primärwicklung L3 eines zweiten, als Leistungstransformator
dienenden Transformators verbunden sind, deren Llittelanzapfung mit der positiven
Betriebsspannung U verbunden ist. Ein Anschluß der Sekundärwicklung L4 des zweiten
Transformators ist direkt mit einem Anschluß eines Schwingmotors M verbunden, der
andere Anschluß ist mit dem anderen Anschluß des Motors M über ein zum Schalten
von Wechselstrom geeignetes, steuerbares Halbleiterelement T 5, das unter dem Handelsnamen
Triac bekannt ist verbunden. Das Element T 5 ist über den zweiten Kontakt S2 des
bereits genannten Schalters überbrückbar. Die Steuerelektrode des Elements T5 ist
mit dem Ausgang eines Verstärkers 5 verbunden, dessen Steuereingang mit dem Ausgang
des ersten Operationsverstärkers 1 verbundes ist. Einer der Anschlüsse des Elements
T5 ist in der gezeigten Weise mit Masse verbunden, um das Schalten zu ermöglichen.
Auf dem gleichen Eisenkern, der die Spule L3 und 14 trägt, ist eine weitere Spule
L5 aufgebracht, die über Kontakte S3 und 54 des Schalters bei Netzbetrieb an das
Wechselstromnetz von 220 V anschließbar ist. Bei Batteriebetrieb sind die Kontakte
S3 und 54 sowie S1 geöffnet, und der Kontakt S 2 ist geschlossen; diese Schalterstellung
ist in Fig. 1 gezeigt. Bei Netzbetrieb sind die Kontakte S1, 53 und 54 geschlossen
und der Kontakt 52 ist geöffnet.
-
Das am Verbindungspunkt des Widerstandes R1 mit dem t emp eraturabhängigen
Widerstand R2 wirksame Potential ist dann niedriger als das Potential am Verbindungspunkt
des
Widerstands R5 mit dem einstellbaren Widerstand R6, wenn die Temperatur im Inneren
des Kühlraums höher ist als der am einstellbaren Widerstand R6 eingestellte Sollwert,
Dann weist der Ausgang des ersten Operationsverstärkers 1 eine niedrige Spannung
auf, nämlich 0 V; die Dioden D3, D4 und D5 sind hierbei im nichtleitenden Zustand,
und der Wechselspannungsgenerator ist eingeschaltet. Hat die Temperatur im Inneren
des Kühlraums einen genügend tieren Wert erreicht, so ist das Potential am Verbindungspunkt
der Widerstände R1 und R2 so weit angestiegen, daß am Ausgang des ersten Operationsverstärkers
1 eine positive Spannung erscheint, die über die Dioden D3, D4 und D5 zu den Operationsverstärkern
3 und 4 durchgeschaltet wird und den Wechselspannungsgenerator blockiert, wie später
noch erläutert wird0 Die über den Widerstand R4 bewirkte Mitkopplung des ersten
Operationsverstärkers 1 bewirkt, daß die Temperaturen, bei denen der Wechselspannungsgenerator
eingeschaltet bzw.
-
ausgeschaltet wird, sich um einen bestimmtenBetrag unterscheiden.
Ist die Batteriespannung zu weit abgesinken, so daß die Schaltungsanordnung 2 anspricht,
so liegt am Ausgang des ersten Operationsverstärkers 1 ständig eine positive Spannung,
die den Wechselspannungsgenerator im abgeschalteten Zustand hält.
-
Zur Erläuterung der Funktionsweise des Wechselspannungs generators
sei angenommen, daß der mit seinem einen Anschluß an Masse liegende Kondensator
C1 zunächst entladen ist. Dann liegt am invertierenden Eingang des Verstärkers 3
die Spannung 0 V, wogegen der nichtinvertierende Eingang an einer positiven Spannung
liegt. Am Ausgang
des Operationsverstärkers 3 liegt daher eine
positive Spannung, die über den Widerstand R13 und über die Serienschaltung des
Widerstand R17 mit dem temperaturabhängigen Widerstand R16 den Kondensator C1 auflädt.
Nach einer gewissen Zeitdauer ist die Spannung am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers
3 so weit angestiegen, daß die Polarität der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers
wechselt, was zur Folge hat, daß der Kondensator C1 wieder entladen wird. Ist die
Spannung, die am Kondensator Cl wirksam ist, auf einen vorbestimmten Wert abgesunken,
so wird die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 3 wieder positiv und der
Kondensator C1 wird wieder aufgeladen0 Der Wechsel der Polarität in der Ausgangsspannung
des Operationsverstärkers 3 zu negativen Werten erfolgt also bei einer anderen am
Kondensator C1 wirksamen Spannung als der Spannungswechsel zu positiven Werten;
dies erd durch die Mitkopplung der Ausgangs spannung des Operationsverstärkers 3
über die Widerstände R13 und R14 auf den nichtinvertierenden Bingang bewirkt0 Diese
Mitkopplung findet trotz des Vorhandenseins der ZenerdiodeD2 statt.
-
Die Zenerdiode D2 dient zur Stabilisierung der Ausgangsspannung des
Operationsverstärkers 3, weil die Betriebsspannungen des Operationsverstärkers nicht
stabilisiert sind; die Diode D2 kann entfallen, wenn man die Betriebsspannung des
Operationsverstärkers stabilisiert0 Die Zufuhr der Betriebsspannung zu den Operationsverstärkern
und zum Verstärker 5 ist in Fig. 1 nicht dargestellt.
-
Die Schaltung des Operationsverstärkers 3 ist so bemessen, mnd der
temperaturabhähgige Widerstand R16 ist so gewählt
und der einstellbare
Widerstand R17 so eingestellt, daß dann, wenn der temperaturabhängige Widerstand
R16 Zimmertemperatur (2o0C) aufweist, die Schwingungsfrequenz des Wechselspannungsgenerators
50 Hz beträgt. Dies ist auch die Eigenfrequenz des Motors M samt dem mit ihm verbundenen
Schwingkolbenantrieb bei einer Temperatur des Motors von 2O0C. Verringert sich der
Widerstandswert des temperaturabhängigen Widerstands R16 infolge steigender Temperatur,
so laufen die Umladevorgänge des Kondensators C1 schneller ab und die Schwingungsfrequenz
des Wechselspan nungsgenerators steigt0 Der temperaturabhängige Widerstand R16 ist
mit dem Gehäuse des Motors M thermisch gut gekoppelt, er ist nämlich unmittelbar
an dem Gehäuse angebracht0 Daher folgt die Temperatur des Widerstands R16 unmittelbar
oder nur mit sehr geringer zeitlicher Verzögerung der Temperatur des Motors Mo Die
thermische Kopplung zwischen Widerstand R16 und Motor ist durch eine gestrichelte
Linie in Fig. 1 angedeutet0 Um die in Fig. 1 gezeigte Schaltung richtig entwerfen
zu können, muß die Abhängigkeit der Eigenfrequenz des Motors von der Temperatur
bekannt sein. Im Beispiel steigt die Eigenfrequenz des Motors mit steigender Temperatur
an, und zwar bei einer Temperaturerhöhung des Motors von 30°C auf 85°C von einer
Frequenz von 50 Hz auf ca.
-
56 Hz. Die Schaltung des Operationsverstärkers 3 ist so gewählt, daß
die Schwingungsfrequenz in Abhängigkeit von der Temperatur genau der Eigenfrequenz
des Motors entspricht.
-
Während der Zeit, während der die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers
3 positiv ist, schaltet der Transistor Tl durch und es fließt ein Strom von dem
positiven Pol der Batterie über die Mittelanzapfung der Spule L1 und den Transistor
Wl nach Masse. Während dieser Zeit liegt am Ausgang des dritten Operationsverstärkers
4, der die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 3 invertiert, eine niedrige
Spannung, so daß der Transistor 22 gesperrt ist. Liegt am Ausgang des Operationsverstärkers
7 eine negative Spannung, so ist der Transistor 21 gesperrt, und statt dessen ist
die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 4 positiv und der Transistor 22 ist
leitend; nun fließt der Strom vom positiven- Batteriepol über die Mittelanzapfung
der Spule L1 und den Transistor T2 nach Masse0 Es fließt also durch die Spule L1
ein Wechselstrom, dessen Frequenz gleich der Schwingungsfrequenz des als Schwingungserzeuger
dienenden Operationsverstärkers 3 ist, und dessen Kurvenform im wesentlichen rechteckförmig
ist. Der durch die Spule L1 fließende Wechselstrom bewirkt, daß die Transistoren
T3 und 24 wechselweise durchgeschaltet werden, wodurch durch die Primärwicklung
L3 des zweiten Transformators, der als Beistungstransformator ausgebildet ist, ein
Wechselstrom mit etwa rechteckförmigem Kurvenverlauf erzwungen wird. An der Sekundärwicklung
L4 des Transformators steht die zum Betrieb des Motors M erforderliche Spannung
zur Verfügung. Der Strom zum Motor M fließt bei Batteriebetrieb, der bisher erläutert
wurde, dabei über den Kontakt 52.
-
Soll das transportable Kühlgerät am Wechselstromnetz betrieben werden,
so wird der Schalter mit seinen Kontakten S1 bis S4 umgeschaltet. Die Spule L5 dient
nun als Primärwicklung des zweiten Transformators, und sie induziert in der Spule
L4 die zum Antrieb des Motors erforderliche Spannung. Gleichzeitig induziert der
durch die Spule L5 fließende Strom jedoch auch in der Spule L3 des zweiten Transformators
eine Spannung, die über die Kollektor-Emitterstrecken der Transistoren T3 und T4
gleichgerichtet wird; hierdurch wird von der Mittelanzapfung der Spule L3 an die
in Fig. 1 gezeigte Schaltungsanordnung eine positive Spannung geliefert, die bei
geeigneter Dimensionierung der Batteriespannung entspricht.
-
Zur Glättung dieser Spannung ist ein Kondensator C2 zwischen den Schaltungspunkt
U und Masse eingeschaltet. Durch den Kontakt 81 wird der Schaltungspunkt U mit den
Dioden D4 und D5 verbunden, und hierdlfflch gelangt eine feste positive Spannung
an den Anschluß des Kondensators 01, der mit dem Widerstand R16 verbunden ist und
gleichzeitig an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 3, sowie an
den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 40 Daher sind die Ausgangsspannungen
der Operationsverstärker 3 und 4 negativ und die Transistoren Tl und T2 sind gesperrt,
Ist die Temperatur im Kühlraum des Kühlgeräts zu hoch, so daß der Ausgang des ersten
Operationsverstärkers 1 eine niedrige Spannung aufweist, so liefert der Verstärker
5 an den Steuereingang des Elements T 5 eine zum Durchschalten ausreichende Spannung
und die Spule L4 des zweiten Transformators kann nun elektrische Energie
an
den Motor M liefern. Ist die Temperatur im Inneren des Kühlraums genügend weit abgesunken,
so wird das Element T 5 über den Operationsverstärker 1 und den Verstärker 5 abgeschaltet
und der Stromweg zwischen der Spule L4 und dem Motor ist unterbrochen0 Es kann zweckmäßig
sein, für die Transistoren T3 und 4 an sich bekannte Maßnahmen vorzusehen, um diese
Transistoren vor tberspannungen zu schützen. Anstatt der besobriebenen Serienschaltung
des temperaturabhängigen Widerstands R16 mit dem einstellbaren Widerstand R17 kann
auch eine andere Anordnung der Widerstände vorgesehen sein, beispielsweise Parallelschaltungen,
oder Serien-Parallelsch«1tungen. Anstatt des lliderstands R16 mit negativem Temperaturkoeffizienten
kann beispielsweise dann ein Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten verwendet
werden, wenn dieser temperaturabhängige Widerstand parallel zum Kondensator C1 geschaltet
wird.
-
In der in Fig. 2 gezeigten Anordnung ist auf einer Grundplatte 30
ein mit einem Schwingkolbenverdichter baulich zu einer Einheit 31 zusammengefaßter
Motor montiert. Der Schwingkolbenverdichter weist eine Saugleitung 32 und eine Druckleitung
33 auf, durch die das Kühlmedium zu- bzw.
-
abfließt. Auf der außenseite des Gehäuses der Einheit 31 ist der temperaturabhängige
Widerstand R16 mit Hilfe einer Rohrschelle so montiert, daß er in gutem thermischen
Kontakt mit dem Gehäuse ist. Ein Schaltungsblock 34 enthält die übrigen in Fig.
1 gezeigten Teile der Schaltung; der
Schaltungsblock 34 ist über
Leitungen 35 mit dem Widerstand R16 und über Leitungen 36 mit dem in der Einheit
31 enthaltenen Motor verbunden.
-
Die in Fig. 1 gezeigte Schaltungsanordnung kann anstatt des dort innerhalb
der gestrichelten Begrenzungslinie gezeigten Schaltungsteils auch den in Fig. 3
gezeigten Schaltungsteil aufweisen. Das Prinzip der Schwingungserzeugung mit der
in Fig. 3 gezeigten Schaltungsanordnung ist das gleiche wie bei der in Fig. 1 gezeigten
Anordnung.
-
Der zur Schwingungserzeugung verwendete Kondensator ist im Gegensatz
zu Fig. 1 mit C1 gekennzeichnet, weil er nicht notwendigerweise den gleichen Wert
hat wie der Kondensator C1. Der Ausgang des Verstärkers 3 ist abweichend von der
Anordnung in Fig. 1 über einen Widerstand R31 einerseits mit dem Widerstand R 20
des Operationsverstärkers 4 verbunden, andererseits mit der Serienschaltung des
temperaturabhängigen, mit dem Motor thermisch gekoppelten Widerstands, der hier
mit R16 bezeichnet ist, mit einem einstellbaren Widerstand R31 und mit der Serienschaltung
eines Widerstandes R32 mit einem Widerstand R33. Außerdem ist der Verbinpungspunkt
des Widerstands R30 mit dem Widerstand R16 über die Serienschaltung einer Zenerdiode
DG mit einer Diode D7 mit Masse verbunden. Die Diode D7 dient zur Temperaturkompensation
der Diode D6, und durch diese Zenerdiode D6 wird die Amplitude der vom Operationsverstärker
3 zu den Widerständen R16 und R32 gelieferten rechteckförmigen Wechselspannung stabilisiert;
dies ist deswegen im
Ausführungsbeispiel erforderlich, weil die
Betriebsspannungen der Operationsverstärker nicht stabilisiert sind.
-
Der Verbindungspunkt A des Widerstands RIG mit dem Widerstand R31
ist über eine Diode D8 mit dem Verbindungspunkt B des Widerstands R32 mit dem Widerstand
R33 verbunden. Der Schaltungspunkt B ist über einen Widerstand R34 mit dem nichtinvertierenden
Eingang eines Operationsverstärkers 6 verbunden, dessen Ausgang einerseits über
einen Widerstand R35 mit dem invertierenden Eingang verbunden ist und andererseits
über einen Widerstand R36 mit dem Verbindungspunkt des Widerstands R15 mit dem Kondensator
C1 verbunden ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers 3 ist wie auch bei der in
Fig. 1 gezeigten Anordnung über die Serienschaltung der Widerstände R26 und R27
mit Masse verbunden, wobei der Verbindungspunkt dieser beiden Widerstände zum Transistor
T1 führt. In Fig. 3 ist angegeben, mit welchen Schaltelementen der Fig. 1 die in
Fig. 3 gezeigte Schaltung verbunden werden muß.
-
Die Widerstände RIG' und R 31 einerseits und R32 und R33 andererseits
bilden je einen Spannungsteiler. Die Diode D8 ist nur dann leitend, wenn die Spannung
am Schaltungspunkt A größer ist als am Schaltungspunkt B. Vergrößert sich dann die
Spannung am Schaltungspunkt A, so nimmt auch die Spannüngam SchåItungspunkt B zu.
Sinkt andererseits die Spannung am Schaltungspunkt A so weit ab, daß die Diode D8
nicht
mehr leitet, so ändert auch ein weiteres Absinken der Spannung am Schaltungspunkt
A nichts mehr an der Spannung am Schaltungspunkt B. Da der Widerstand RIG', wie
auch bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung, ein Widerstand mit negativen Temperatureffizienten
ist, bedeutet dies, daß eine Widerstandsänderung des Widerstands Ring' sich auf
die Spannung am Schaltungspunkt B nur so lange auswirkt, wie die Temperatur des
Motors einen bestimmten Temperaturwert nicht unterschreitet. Unterschreitet die
Temperatur des Motors diesen Wert, so bleibt die Spannung am Schaltungspunkt B konstant.
Die Spannung am Schaltungspunkt B wird über den Operationsverstärker 6 auf einen
Wert verstärkt, der geeignet ist, über den Widerstand R36 das Aufladen und Entladen
des Kondensators Cl' zu bewirken.
-
Die Kopplung vom Ausgang des Operationsverstärkers zum Verbindungspunkt
des Widerstandes R15 mit dem Kondensator C1 ist also nur so lange temperaturabhängig,
wie der Motor eine bestimmte Temperatur nicht unterschreitet; unterschreitet die
Motortemperatur diesen Wert, der im Ausführungsbeispiel bei 15°C liegt, was einer
Eigenfrequenz des Motors von 48 Hz entspricht, so bewirkt ein weiteres Absinken
der Motortemperatur kein weiteres Absinken der Frequenz der vom Operationsverstärker
3 erzeugten Wechselspannung. Hierdurch wird verhindert, daß die Transformatoren
der in Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung einen zu großen Strom aufnehmen.