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Selbsttätig arbeitende Steuervorrichtung für Arbeitsmaschinen, insbesondere Pumpen und Kompressoren oder deren Antriebsmaschinen.
Es ist bekannt, Arbeitsmaschinen, welche Flüssigkeiten oder Gase in ein Netz fördern, intermittierend in Abhängigkeit von zwei Druckgrenze zu betreiben, wobei entweder die Arbeitsmaschine in ihrer Wirkung allein oder das ganze Aggregat ein-und ausgeschaltet wird. Bei Presspumpen mit Gewichtsakkumulator wird in den Grenzstellungen des Akkumulators geschaltet, jedoch ist es auch hier üblich, um eine kontinuierliche Regelung zu erzielen, bei Anwendung von drehzahlgeregelten Antriebsmaschinen so zu arbeiten, dass zu jeder Akkumulatorstellung eine bestimmte Drehzahl der Antriebsmaschine gehört.
Für Dampf-und elektrisch angetriebene Kompressoren hat man Steuerungen vorgeschlagen, bei welchen ein stabiles Abhängigkeitsverhältnis von Drehzahl und Förderdruck vorhanden ist. Diese Steuerungen besitzen jedoch den Nachteil, dass bei der geringsten Förderung der höchste Druck bzw. bei der grössten Förderung der niedrigste Druck vorhanden ist.
Weiter sind Regelvorrichtungen zur Verstellung von Elektroden u. dgl. angegeben worden, bei denen nur in bestimmten Zeitabständen mit Hilfe einer umlaufenden Kontaktscheibe oder ähnlich wirkenden Vorrichtung der Regelvorgang der eigentlichen Regelvorrichtung-z. B. Kontaktamperemeter-zeitweise unterbrochen und freigegeben wird.
Derartige Anordnungen eignen sich lediglich für Anlagen, bei denen Schnellregelung erforderlich ist, wie z. B. bei Elektroöfen. Für Betriebe, welche eine trägere Regelung erfordern, z. B. bei Arbeitsmaschinen, welche Flüssigkeiten oder Gase in ein Netz fördern, sind die bekannten Anordnungen jedoch nicht verwendbar.
Pumpen-und Kompressoranlagen haben bekanntlich eine träge Charakteristik, d. h. ein einsetzender Regelvorgang zur Erhöhung oder zur Erniedrigung des Druckes im Speicher macht sich erst nach verhältnismässig langer Zeit, etwa nach 30 Sekunden, bemerkbar. Würde aber der Regelvorgang während dieser ganzen Zeit dauern, so würde die Anlage überregelt werden. Man wird also gezwungen, um dieses zu vermeiden, den Regelvorgang nach verhältnismässig kurzer Zeit, beispielsweise nach 3 Sekunden, abzustellen.
Wenn durch derartige Anordnungen auch ein Überregeln verhindert wird, so ergeben sich gerade bei Pumpen-und Kompressoranlagen andere Übelstände, die durch die bekannten Anordnungen nicht vermieden werden können. Werden zur Speisung des Netzes Kolbenmaschinen verwendet, so ergeben sich regelmässig kurzzeitige Druckschwankungen, deren Periode die Zeitdauer eines Arbeitstaktes der Kolbenmaschine hat, also lediglich einen Bruchteil der erwähnten Regelzeit von 3 Sekunden beträgt.
Erreicht nun die Amplitude derartiger Druckpendelungen die Ansprechgrenze des Kontaktmanometers, so wird zwar der Regelvorgang eingeleitet, wegen der kurzen Zeit aber, während der die Ansprechgrenze erreicht bzw. überschritten ist, wird der Regelvorgang sofort wieder unterbrochen, bevor die Trägheit der Massen des Regelmotors und der andern Regelvorrichtungen überwunden ist. Diese Druckpendelungen rufen also ein fortwährendes Einschalten der Regeleinrichtung hervor, ohne jedoch die Anlage zu regeln.
Währenddessen wächst der Mittelwert der Druckpendelungen weiter an, bis die gesamte Welle innerhalb des Ansprechbereiches liegt ; dann erst wird der Regelvorgang endgültig eingeschaltet.
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Der wesentlichste Nachteil dieser Regelung besteht darin, dass überhaupt keine genaue Druckgrenze einstellbar ist. Denn selbst bei Anlagen, welche keine Kolbenmaschinen, sondern Turbogebläse bzw. Rotationspumpen verwenden, sind die vorher beschriebenen Pendelungen stets zu befürchten, da ja schnelle periodische Druckschwankungen im Netz auch vom Verbraucher herrühren können (z. B. durch starke von Druckluft betriebene Kolbenmaschinen).
Durch vorliegende Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermieden, dass die einmal eingeleitete Regelwirkung unabhängig von der Stellung der Messvorrichtung während eines bestimmten Zeit-oder Wegabschnittes erhalten bleibt.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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Verstellmotor a angetrieben wird. Umkehrschütze b, b' schalten ihn auf Links-und Rechtslauf, Endschalter e, c'begrenzen die äussersten Stellungen. Wird der Umschalter d nach links gestellt, so kann mit Hilfe des Betätigungsschalters e in bekannter Weise von der Schalttafel aus die Drehzahlverstellvorrichtung von Hand ferngesteuert werden. f ist ein Kontaktmanometer, das die selbsttätige Steuerung über zwei Relais g, g'mit Hilfe der Steuerscheiben hund i überwacht. Die Steuerscheiben werden durch einen kleinen Elektromotor k dauernd rechts herumdrehend angetrieben.
Die Wirkungsweise der Einrichtung bei nach rechts ausgelegtem Umschalter cl ist folgende :
Sinkt der Förderdruck als Folge eines Mehrverbrauches aus dem Netz, so bewegt sich der Kontaktzeiger to nach rechts und berührt den Kontakt N. Hat sich jetzt die Kontaktscheibe h so weit gedreht,
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Stromzufluss unabhängig von to'aufrecht. Kurz bevor die leitende Verbindung zwischen h0 und h1' aufgehoben wird, kommt die Bürste i/mit dem Belag io in Berührung, wodurch die Spule y/kurzgeschlossen wird.
Das Relais g ! wird geöffnet, wobei der Hilfskontakt go'die Schaltleistung für den Relaisstromkreis übernimmt. Sollte jetzt f0 mit f2' noch in Verbindung stehen, so kann trotzdem g'erst wieder ansprechen, nachdem die Scheibe h sich ein weiteres Mal gedreht hat. Das Spiel beginnt von neuem, wenn sich nicht infolge der Auswirkung der Drehzahlsteigerung des Kompressors der Zeiger to ein wenig nach links bewegt
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berührt. Hierauf schliesst sich Umkehrschütz b und der Verstellmotor läuft links herum, was ein Herunterregulieren der Hauptmaschinendrehzahl nach sich zieht. Dies währt jedoch nur eine kurze Zeit, u. zw. so lange, bis i0, i1 Relaisspule g1 kurzschliessen und damit auch b zum Abfallen bringen.
An Stelle der Steuerscheibe t kann natürlich auch ein Zeitrelais treten, welches das Kurzschliessen oder Absehalten der Relaisspulen bzw. y/übernimmt.
Fig. 2 ist ein Beispiel für das elektrische Steuerungsschema eines Kolbenkompressors, der mit konstanter Drehzahl angetrieben wird und eine Stufenschaltung besitzt. Durch Zuschalten von Expansionsräumen kann in an sich bekannter Weise der volumetrische Wirkungsgrad in weiten Grenzen geändert werden. Dieses Schalten wurde bisher stets von Hand eingeleitet. Die neue Steuervorrichtung ermöglicht ein vollkommen selbsttätiges Arbeiten. Die Betätigung der einzelnen Expansionsschieber erfolgt auf pneumatischem Wege mittels eines hier als bekannt vorausgesetzten Verteilerorgans, das durch den Verstellmotor a intermittierend angetrieben wird. b und b'sind die Umkehrrelais, welche den Motor auf Rechts-bzw. Linkslauf schalten, um so den schädlichen Raum des Kompressors zu vergrössern oder zu verkleinern.
Die Endschalter c und d begrenzen auch hier die äussersten Regelstellungen ; e ist ein Anfahrschalter, der es ermöglicht, durch Betätigung des Schützes & den Kompressor ganz zu entlasten, was für den Hauptantriebsmotor zur Erzielmg eines schnellen leichten Anlaufs von Vorteil ist. Das Kontaktmanometer f liegt in Reihe mit der ständig umlaufenden Kontaktscheibe h, k ist ihr Antriebsmotor. Der Relaiskurzschliesser i steht in mechanischer Verbindung mit dem Verstellmotor a bzw. mit dem Zwischengetriebe zum pneumatischen Verteilerorgan, um die notwendige exakte Steuerung zu erreichen.
Dieser Relaiskurzschliesser kann in einfachster Form beispielsweise so ausgebildet sein, dass der
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strom zur einen oder andern Relaisspule.
Die Wirkungsweise der Steuerung ist unter entsprechender Berücksichtigung der Beschreibung der Fig. 2 ohne weiteres aus dem Schaltbild ersichtlich.
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Ist der Pressluftverbrauch während einiger Arbeitsstunden so hoch, dass der stufengeregelte Kompressor zusammen mit einem Grundkompressor den Bedarf nicht decken kann, so empfiehlt sich die weitere Aufstellung eines Spitzenkompressors, der durch die erweiterte vorbeschriebene Steuervorrichtung mitgesteuert wird. Zu diesem Zweck erhält gemäss Fig. 3 der Endschalter c'einen Umsehaltkontakt und das Relais b'neben dem Haltekontakt einen weiteren Kontakt, der bei abgefallenem Relais geschlossen ist. Diese Kontakte steuern ein weiteres Hilfsrelais m, welches auf den Fernsehalter des selbstanlaufenden Spitzenkompressors einwirkt. Das Relais m wird also erst eingeschaltet, nachdem der stufengeregelte Kompressor dem Bedarf nicht mehr gewachsen ist.
Ein besonderer Kurzschliesser n sorgt dafür, dass der Spitzenkompressor erst ausgeschaltet wird, nachdem der stufengeregelte Kompressor mit genügend kleiner Belastung läuft, um so ein zu häufiges Anlassen des Spitzenkompressors auszuschliessen. Das Schaltbild dürfte ohne weitere textliche Erläuterungen verständlich sein.
Fig. 4 zeigt eine weitere Lösung zu der Aufgabe, die Fig. 2 zugrunde lag. An Stelle des elektro- motorisch angetriebenen pneumatischen Verteilerorgans treten hier eine Anzahl elektromagnetisch betätigter Pressluftsteuerventile a, a', a", et"' (in unserem Beispiel 4), da in vier Stufen geregelt werden soll. Es ist natürlich auch ohne weiteres denkbar, die Magnete direkt auf die Expansionsschieber wirken zu lassen. Die Wirkungsweise der Steuervorrichtung sowie das Schaltbild werden hiedurch nicht geändert und grundsätzlich auch dann nicht, wenn an Stelle der Magnete Elektromotoren treten.
Die einzelnen Elemente sind bereits aus den vorhergehenden Figuren bekannt ; sie tragen bei gleicher Bedeutung dieselben Grundsymbole.
Die elektrische Verriegelung muss so ausgebildet sein, dass bei Verringerung des Pressluftbedarfes nacheinander die Magnete a, a', a", < t'"eingeschaltet werden, wobei die Einschaltung aller Magnete den Leerlauf erzielt. Bei Steigerung des Verbrauches muss die Abschaltung in der umgekehrten Reihenfolge vor sich gehen.
Die genauere Wirkungsweise ist folgende : Nachdem die ganze Anlage stillstand, sämtliche Relais, Schütze und Magnete ausgeschaltet sind, werden RST unter Spannung gesetzt und der Anfahrschalter e in die obere Stellung er gebracht. Der Motor k treibt die Steuerscheiben A und t an, u. zw. linksdrehend.
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Bevor zwei weitere Umdrehungen der Steuerscheibe erfolgt sind, werden nacheinander alle Magnete eingeschaltet, so dass der Kompressor unabhängig vom Netzdruck leer anfahren kann.
Ist der Anlauf beendet, so wird der Anfahrschalter e auf Stellung ea geschaltet und das Kontaktmanometer f übernimmt
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den gewünschten Grenzwert hinaus steigt oder wieder fällt, wird nacheinander ein Magnet zugeschaltet, d. h. eine Stufe abgeschaltet, oder es wird nacheinander ein Magnet abgeschaltet, d. h. eine Stufe zugeschaltet. Berührt der Zeiger f0 weder f1 nach f2, so erfolgt keine Regelung, was für längere Zeit einen Gleichgewichtszustand zwischen Verbrauch und Förderung voraussetzt.
Die Verriegelungen sind also so gewählt, dass die anfangs erwähnte Schaltfolge stets eingehalten
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damit sich nach jedem Regelspiel die gewünschte Fördermengenänderung auswirken kann.
Wenn in den angeführten Beispielen die neu angegebene Steuervorrichtung stets in der Anwendung auf Kompressoren näher ausgeführt wurde, so soll damit keineswegs gesagt werden, dass ihre Anwendung auf diese Arbeitsmaschinen allein oder in erster Linie in Frage kommt. Die Anwendung auf Pumpen dürfte vollkommen identisch sein, wobei vorausgesetzt werden soll, dass die Steuerung in Abhängigkeit von der Stellung des Akkumulators an Stelle derjenigen des Kontaktmanometers schalttechnisch vollkommen dasselbe ist. Das Prinzip dieser intermittierend wirkenden Steuervorrichtung kann man beispielsweise ebenfalls dazu benutzen, die Drehzahl von Antriebsmaschinen konstant zu halten, wobei an Stelle eines Fliehkraftreglers eine Tourendynamo mit Kontaktvoltmeter od. dgl. tritt.
Ob nun diese Kontaktinstrumente mit einem Kontaktschleppzeiger, Fallbügel oder sonstigen Vorrichtungen ausgestattet sind, die eine mehr oder weniger genaue Steuerung bzw. mehr oder weniger sichere Kontaktgebung gewährleisten, ist für die Steuervorrichtung als solche gleichgültig.
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Ebenfalls ist es ohne weiteres möglich, an Stelle der Steuerscheiben mit Bürsten, Kontaktscheiben oder Kollektoren, Nockenscheiben mit Hilfssehaltern, Steuerscheiben mit Klinkenfedel1l od. dgl. zu verwenden. Alles dieses sind Schalt-bzw. Steuerelemente, die dem Fachmann an sich bekannt sind.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Selbsttätig arbeitende Steuervorrichtung für Arbeitsmaschinen, insbesondere Pumpen und Kompressoren oder deren Antriebsmaschinen, die innerhalb zweier bestimmter, beliebig nahe liegender Grenzwerte, z. B. Druckgrenze, arbeiten, bei der eine umlaufende Kontaktscheibe oder eine ähnlich wirkende Vorrichtung mit den Steuerorganen der die zu messende Grösse überwachenden Vorrichtung derart verbunden ist, dass sie eine Regelwirkung der Messvorrichtung nur dann zulässt, wenn sich die Kontaktscheibe und die Steuerorgane in einer vorbestimmten Stellung zueinander befinden, dadurch gekennzeichnet, dass die einmal eingeleitete Regelwirkung unabhängig von der Stellung der Messvorrichtung während eines bestimmten Zeit-oder Wegabschnittes erhalten bleibt.