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Verfahren und Vorrichtung zur stufenlosen Regelung von Kompressoren.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur stufenlosen Regelung von
Kompressoren durch Offenhalten der Saugventile während einer bestimmten Strecke des Druckhubes des Kompressors, wobei durch Druckluft Hilfskolben gegen die Saugventilplatten gedrückt werden, so dass diese am Schliessen behindert sind.
Es sind derartige Einrichtungen bereits bekannt, sie haben aber den Mangel, dass eine besondere synchron mit dem Kompressor laufende Antriebseinrichtung, die zudem durch ein besonderes Antriebsmittel, beispielsweise elektrischen Strom oder Öldruck, angetrieben werden muss, für die Steuerung der Offenhaltung der Saugventile erforderlich ist. Abgesehen davon, dass solche Einrichtungen nicht einfach im Aufbau und teuer in der Herstellung sind, lassen sie sich auch nicht ohne weiteres bei vorhandenen Kompressoren einbauen.
Diese Mängel werden erfindungsgemäss dadurch beseitigt, dass hinter die die Saugventile steuernden Hilfskolben, die dem Druck eine kleinere Fläche als die Saugventile darbieten, bei jedem Druckhub des Kompressors Druckluft eingeführt und diese die Hilfskolben und somit die unter Unterdruck stehenden Saugventile betätigt, u. zw. geregelt durch eine den Luftdruck hinter den Hilfskolben entsprechend der gewünschten Liefermenge einstellende Drosseleinrichtung.
Die schematischen Fig. 1 und 2 zeigen Ausführungsbeispiele von Einrichtungen zur Ausübung des Verfahrens, u. zw. gibt Fig. 1 eine Einrichtung mit von Hand einstellbarer und Fig. 2 eine Einrichtung mit einer in Abhängigkeit vom Windkesseldruck betätigten Drosseleinrichtung an.
In diesen Figuren bezeichnet 1 den Kompressor, 2 ein Saugventil, 3 einen Hilfskolben zum Offen-
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nung 26 durch den Windkesseldruck belastet ist, wobei der Druckregler 30 in Abhängigkeit von dem Druck im Windkessel den Steuerkolben 15 verschiebt.
Beim ersten Druckhub des Kompressors 1 wird Druckluft gemäss Fig. 1 durch die Leitung 10 in den Raum 4 eingeführt, wobei die Kugel 5 zurückgedrückt wird. Die Druckluft kommt auf dem Hilfskolben 3 zur Wirkung, kann aber das Saugventil 2 nicht aufdrücken, weil es dem Druck eine grössere Fläche als der Kolben 3 darbietet und durch den gleichen Druck belastet wird. Ist die Stellschraube 8 so eingestellt, dass sie die Kugel 5 nicht vom Sitz 6 abdrückt, dann wird sich die Kugel 5 beim Saughub des Kompressors gegen den Sitz 6 legen und den Raum 4 abschliessen. Die hier befindliche Druckluft schiebt den Kolben 3 zurück, wobei sich das Saugventil 2, das beim Saughub einem Unterdruck ausgesetzt ist, öffnet. Beim folgenden Druckhub bleibt das Saugventil offen, weil die Druckluft hinter dem Kolben 3 das Schliessen hindert.
Der Kompressor schiebt somit die gesamte angesaugte Luft beim Druckhub durch das offene Saugventil hinaus, er läuft leer. Wenn die Stellschraube 8 dagegen so eingestellt wird, dass die Kugel 5 weit ab von ihrem Sitz gehalten wird, dann wird beim Saughub sowohl die Fläche
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des Kolbens 3 als auch die im Verhältnis zu dieser grösseren Fläche des Saugventils S dem Unterdruck ausgesetzt ; das Saugventil öffnet somit. Beim Druckhub erhalten ebenfalls beide Flächen gleichen Druck, und das Saugventil schliesst bei Beginn des Druckhubes infolge seiner grösseren Fläche. Der Kompressor arbeitet also mit Vollast.
Zwischen diesen beiden Grenzlagen gibt es je nach der Einstellung des Drosselquerschnittes zwischen Kugel 5 und Sitz 6 sehr viele Leistungszwischenstufen. Ist die Stellschraube 8 beispielsweise so eingestellt, dass die Druckluft im Raum 4 nur unter nicht unerheblicher Drosselung in den Kompressorzylinder ent-
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hubes Pressluft.
Die Ausführungsform nach Fig. 2 unterscheidet sich im wesentlichen von derjenigen nach Fig. 1 dadurch, dass die Funktion einer Drosseleinrichtung und eines Rückschlagventils nicht durch ein einziges Organ, wie z. B. durch die Kugel in Fig. 1, ausgeübt wird, sondern durch getrennte Vorrichtungen ; die Wirkung ist bei der Einrichtung nach Fig. 2 dieselbe wie bei der Einrichtung nach Fig. 1.
Befindet sich der Steuerkolben 15 in der gezeichneten Stellung, dann wird die Luft beim Druck-
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Druckluft durch die Leitung 11, 13, 23 und 10 in den Kompressorzylinder treten ; das Saugventil 2 öffnet sich. Beim erneuten Druckhub spielt sich der beschriebene Vorgang wieder ab, d. h. während des Saughubes ist das Saugventil geöffnet und während des gesamten Druckhubes geschlossen ; der Kompressor arbeitet also mit Vollast.
Ist der Druck im Windkessel gestiegen, dann verschiebt das Membranrohr 31 den Steuerkolben 15 derart, dass die Steuerkante 20 gerade unterhalb der Ansatzstelle der Nut 21 sitzt. Beim Druckhub des Kompressors wird die Luft durch die Leitung 10 0 über 12, 13, 16, 17 bis in den Kanal 18 gelangen, der infolge der Stellung des Steuerkolbens abgeschlossen ist. Es gelangt aber anderseits Druckluft durch die Leitung 10 über 12 und 11 hinter den Kolben 3. Beim Saughub des Kompressors kann die Luft aus diesem Raum nicht entweichen, weil das Rückschlagventil 12 geschlossen ist. Die Druckluft hinter dem Kolben 3 stösst nun das Saugventil 2 auf ; beim nächsten Druckhub bleibt das Saugventil offen, so dassder Kompressorkolben die angesaugte Luft wieder ausstösst. Die Maschine arbeitet somit im Leerlauf.
Je nach der Höhe des Überdruckes im Windkessel wird der Steuerkolben 15 durch den Druckregler 30 so verstellt, dass die Steuerkante 20 die Drosselnut 21 mehr oder weniger abdeckt und damit den Durchtritt der Luft verzögert. Sie braucht im Raum 4 und in den Leitungen 11, 13, 16, 17, 18 beim Saughub und nächstfolgendem Druckhub des Kompressors je nach der Drosselstellung des Steuerkolbens 15 eine bestimmbare Zeit, die einer bestimmten Wegstrecke des Druckhubes entspricht, um auf die im Kompressorzylinder herrschende Spannung über die Leitung 23 und 10 abzusinken, so dass ein Druckausgleich hinter dem Hilfskolben 3 und im Kompressorzylinder stattfindet. In diesem Augenblick schliesst das Saugventil 2 infolge des Druckes seiner Feder 7, so dass im weiteren Verlauf des Druckhubes des Kompressors Druckluft erzeugt werden kann.
Wie aus den Darlegungen hervorgeht, wird das Saugventil 2 nur so lange offen gehalten, solange der Druck hinter dem Kolben 3 grösser ist als der Druck im Kompressorzylinder und die Belastung des Ventils 2 durch den auf Schliessen gerichteten Federdruck. Steht der Druck hinter dem Kolben 3 längere Zeit an, z. B. bei einer längeren Leerlaufperiode, dann wird er infolge von Undichtigkeiten allmählich sinken, so dass das Saugventil beim Druckhub des Kompressors nicht mehr offen gehalten wird. Damit steigt aber, da der Kompressor jetzt Druckluft fördert, der Druck im Windkessel und es verschiebt sieh der Steuerkolben15 derart im Gehäuse 14, dass seine Steuerkante 20 über den Ansatz der Drosselnut 21 hinwegtritt, so dass der Kanal 18 mit dem Kanal 25 in Verbindung kommt.
Es strömt nun Druckluft aus dem Windkessel über die Leitung 25, die Kanäle 18, 17, 16, die Leitungen 13 und 11 hinter den Kolben 3 ; das Saugventil wird nun zwangsweise durch den Windkesseldruck offen gehalten.
Mit den beschriebenen Einrichtungen ist es möglich, die Saugventile schon bei ganz geringfügigem Überschreiten des vorbestimmten Druckhubes offen zu halten, während sie beim Verschwinden des Überdruckes ohne Verzug durch Trägheitskräfte oder Reibung schliessen. Es lässt sich, da die Regeleinrichtung bereits bei ganz geringen Druckänderungen wirksam wird, somit eine stufenlose Regelung herbeiführen.
Die Erfindung ist nicht nur auf Kompressoren und die Mitwirkung des dargestellten Druckreglers beschränkt, sie kann beispielsweise auch so angewendet werden, dass statt der äusseren Belastung des Druckreglers durch den Windkesseldruck, eine Belastung des Druckreglers durch einen Thermostaten in Abhängigkeit von der Temperatur bei irgendeinem wärmetechnischen Vorgang ausgeübt wird.