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Aussetzerregelung für Kompressoren
Es sind verschiedene Einrichtungen zur Aus- setzerregelung von Kompressoren entwickelt worden, die durch einen Regelkolben bei Er- reichen der Mindest-und Höchstdrücke in den Druckbehältern oder Druckleitungen Druckgas auf die Abhebegreifer der Saugventile zur
Wirkung bringen und damit die Maschine auf
Leerlauf bzw. Volleistung schalten. Eine der neueren Konstruktionen sieht z. B. hiezu eine
Anordnung zweier Federsysteme vor, von denen das eine als Grundbelastung und das andere als
Schnappschalter wirkt. Andere Systeme ver- wenden gewichtsbelastete Kolben, die durch
Kugelschnapper oder auf ähnliche Weise die Reibung in den Endlagen des Regelkolbens vergrössern und dadurch eine Aussetzerregelung gestatten.
Alle derartigen bekannten Systeme benötigen, wenn sie ohne Trägheit arbeiten sollen, mehrere Federn, wenn sie sowohl hinsichtlich des Mindestals auch des Höchstdruckes einstellbar sein sollen. Andere Einrichtungen hinwiederum arbeiten, um einen exakten Schluss zu erreichen, mit Differentialkolben oder es werden auch Regler mit Hilfskolben gebaut, die die eigentlichen Regelkolben in deren Endlagen verriegeln.
Schwierigkeiten kommen bei den bekannten Reglern hauptsächlich dann vor, wenn durch geringe Druckschwankungen in Gebieten, in denen der Regler, sei es nun wegen der Reibung oder aus anderen Gründen, nicht vollständig umschaltet, infolge einer zufällig dem Verbrauche gleich grossen Lieferung des Verdichters auch die Abhebung der Saugventile schleichend erfolgt, wodurch diese ins Flattern geraten und sehr stark abgenutzt werden. Daher gehen schon seit langem die Bemühungen dahin, dieses Gebiet durch sehr empfindliche und sicher schaltende Einrichtungen auszuschliessen. Dabei wurde es nun nötig, im allgemeinen zwei Federn zu verstellen, wenn man nicht mit trägen Einrichtungen arbeiten will und wenn man in einem grösseren Druckbereich sowohl den Höchstdruck als auch den Mindestdruck beliebig einstellen will.
Um mit einem neuen, derartigen Regler beispielsweise das Gebiet von 1-5... 8-5 at unteren Grenzdruck und 1-6... 10at Höchstdruck zu bestreichen, war es erforderlich, vier Hauptfedern und vier Paare Hilfsfedern in Reserve zu halten bzw. auszuwechseln.
Einige der genannten Schwierigkeiten werden nun durch den Regler gemäss der Erfindung vermieden. Derselbe besteht im wesentlichen aus ein oder mehreren Elementen, einer Nürn- berger Schere 1 (Fig. 1), die durch eine quer zur Längsachse angeordnete Feder 2 gespannt wird und auf einen Steuerkolben 3 in Richtung der Längsachse einen Druck ausübt, der durch
Spannen der Feder mittels Spannschraube 4 oder Verkürzung der Schere mittels Stellschraube 5 den geforderten Verhältnissen angepasst werden kann.
Dabei erfolgt durch den Scherenlenker eine Abänderung der steigenden Federcharakteristik in der Querrichtung, in eine abfallende in der Längsrichtung. Durch die Mehrgliedrigkeit wird eine beliebige Vergrösserung des Kolbenhubes möglich, ohne dass der Regler seitlich zu weit ausladet.
Betrachtet man den Elementarrhombus, Fig. 2, so ist ersichtlich, dass Gleichgewicht dann herrscht, wenn die Querspannung durch die Feder zur Längsspannung durch den Reglerkolben sich wie die entsprechenden Diagonalen verhalten, d. h. die Kolbenkraft P=F tga, wenn F die Federkraft und'1. der charakteristische halbe Spitzenwinkel im Rhombus ist. Ist nun die
F Feder 2 mit einer Federkonstanten K = 6-i bei einem Winkel = (1. 0 (im folgenden Ausgangswinkel genannt), vollständig entspannt, so gilt F==. (cos T-cos ?) wenn d die Rhombusseite ist.
Bei gegebenem Kolbenhub h und geometrisch festliegendem Regler ergeben sich nun sechs Bedingungsgleichungen zur Ermittlung einer passenden Feder, welche allein das vorerwähnte ganze Gebiet umspannt, zu dem vier Hauptfedern und vier Paar Nebenfedern erforderlich waren.
Diese Gleichungen lassen sich nach einigen Annahmen auf eine Resolvente 6. Grades bringen, weshalb sich von vornherein graphische Methoden empfehlen.
Dazu zeigt Fig. 3 im oberen Teil eine Kurvenschar, welche die auf den Regelkolben wirkenden Federkräfte P in Abhängigkeit von der Lage des Scherenendpunktes bei festgehaltener Federachse darstellt ; jede Kurve entspricht einem bestimmten Wert des Ausgangswinkel 0' der jeweils aus den Nullstellen dieser charakteri-
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stischen Kurven abgelesen werden kann. Diese Linien ergeben sich durch Superposition der beiden Summanden der Formel P=F tg7. =2 k d (sin y.-cos oro tg o,.) mit Hilfe der im unteren Teil der Fig. 3 eingezeichneten Kurven.
Die Maximalwerte der einzelnen Federkraftkurven erfüllen dabei eine kubische Parabel, die die Kurvenäste steigenden Charakters von jenen fallenden Charakters trennt und damit die Stabilitätsgrenzkurve C des reibungsfreien Reglers ist. Da sich beim Arbeiten des Reglers die Spannfeder in zwei Dimensionen bewegt, ist es nun sehr einfach, jene Linie zu bestimmen, welche das obere Ende der gespannten Feder durchlaufen muss, wenn der Regler jeweils auf die Grenzlinie eingestellt wird (wobei der
Reglerkolben sich dauernd in der äusseren End- lage befindet). Indem man diese Kurve auf dem
Reglergehäuse leicht sichtbar anbringt, ist dafür gesorgt, dass der Regler dauernd stabil arbeitet, welche Spannungsverhältnisse sonst auch immer eingestellt seien, wenn nur die Feder dauernd so gespannt bleibt, dass diese Kurve vom Federende nicht erreicht wird.
Darüber hinaus lässt sich in einfacher Weise durch ein kleines Getriebe die
Bewegung der Federspannschraube 4 auf die
Stellschraube 5 derart übertragen, dass der Regler zwangsläufig im statischen Gebiete abfallender
Charakteristik arbeitet, da die Federbegrenzungs- linie weitgehend linearen Charakter hat (Fig. 4).
Unter Rücksicht auf die obigen Verhältnisse zeigt sich, dass die in Frage stehende Grenzkurve sich folgendermassen darstellen lässt : Hält man den rechten Endpunkt des Rhombus fest, so beschreibt das untere Federende bei Änderung der Reglereinstellung einen Kreisbogen 6 (Fig. 5) mit dem Radius d. Bleibt die Feder ungespannt, so beschreibt das obere Ende dabei einen dazu parallelen Kreis 7. Um aber im stabilen Gebiet zu bleiben, ist jeweils eine Mindestvorspannung erforderlich, die sich nach Grösse und Lage aus der Grenzkurve C der Fig. 3 ergibt. Dementsprechend wird die Kolbendiagonale des Rhombus zusammengedrückt, wobei die Feder zugleich aus der ungespannten Lage kinematisch um tf (cosfx-coso ;) verkürzt wird.
Bei Einstellung des Reglers auf die Grenzlinie liegen daher die oberen Endpunkte der Feder auf der gezeichneten Kurve 8 (Fig. 5). Danach ist also z. B. : eine Feder der Konstanten K=0-2 kg/mm bei einem d=70-0 mm, einem Kolbendurchmesser 15 mm und einem Hub 12 mm imstande, den oben erwähnten Bereich allein zu bestreichen.
Die Schar der Federkennlinien (Fig. 3) gestattet sogleich einfach die Feststellung des erforderlichen Ausgangswinkels a,,, indem das gewünschte Sekantenstück der Charakteristik auf Pauspapier aufgezeichnet und in das Linienfeld hineingelegt wird, wodurch man ohne weiteres die fragliche Federkennlinie herausgreifen kann, worauf in einfachster Weise die Federspannung durch- geführt werden kann.
Die geschilderte Einrichtung ermöglicht ausser- dem die Anordnung von kleineren und härteren
Federn, sofeme man mit einer kleinen und weniger empfindlichen Vorrichtung auskommt, wenn man die Feder durch die einfachsten sich darbietenden Übersetzungsmöglichkeiten stärker belastet.
Dies wird auch bei Anwendung von nur einem
Scherenrhombus leicht möglich, wenn man die
Feder nicht in der Querdiagonale sondern in einer hiezu parallelen Rhombussekante 9 (Fig. 6) anordnet und damit den Hub entsprechend vermindert. Ferner ist es wesentlich, dass man durch schräge Anordnung der Feder 10 (Fig. 6) auch die Federungscharakteristik in Längsrichtung erfolgreich abändern kann. Es wird dabei im grossen Ganzen durch tiefere Lage der Grenzlinie das Gebiet des stabilen Arbeitens verbreitert.
Zuletzt hat die Anordnung gemäss der Erfindung auch den Vorteil, dass bei sehr hohen Anforderungen an die Empfindlichkeit des Reglers durch Anwendung von Schneidenlagern (Fig. 7) die Reibung sehr gering zu halten ist, umsomehr, als infolge des inneren Ausgleichs der Federkräfte in die Führungen keine Seitenkräfte kommen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kolbenregler für Aussetzerregelung mit einer Gegenkraft abfallender Charakteristik, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung einer üblichen Feder mit ansteigender Charakteristik durch ein oder mehrere Glieder einer Nürnberger Schere auf den Reglerkolben zur Wirkung gebracht wird, wobei die Feder entweder in Richtung der Querdiagonale eines Scherenelementes (Rhombus) oder auch unter einem gewissen Winkel gegen die Querdiagonale gespannt wird, der kleiner ist als der gegen eine Rhombusseite, so dass in der Richtung der Längsdiagonale eine Federkraft mit abnehmender Charakteristik auf den Reglerkolben wirkt, wodurch mittels eines geeigneten Diagrammes (Fig. 3) die Einstellung auf bestimmte Arbeitsmindestund Höchstdrücke jederzeit ohne Auswechslung der Feder leicht möglich wird.