Wasserabscheider für Druckluftanlagen Die Erfindung bezieht sich auf einen Wasserab- scheider für Druckluftanlagen.
Bei derartigen Anlagen ist es vorteilhaft, der Druckluft die in Form von Wasserdampf enthaltene Feuchtigkeit vor Eintritt in die eigentliche Anlage soweit wie möglich zu entziehen. Der Wasserdampf kondensiert andernfalls in der Anlage und ruft Korro sionserscheinungen hervor. Hinzu kommt, dass in der kalten Jahreszeit die Betriebssicherheit, beispielsweise der Druckluftbremsanlage in Kraftfahrzeugen, stark gefährdet ist, da der kondensierende Wasserdampf eine Vereisung von Ventilen und Zylindern verursachen kann.
Es ist bereits bekannt, Druckluft in einer Düse um einen bestimmten Wert zu entspannen, um somit eine Unterkühlung und Wasserausscheidung zu erreichen. Dieses Verfahren hat aber den Nachteil, dass stets nur ein kleiner Teil der unterkühlten Druckluft mit Flä chen in Berührung kommt, an denen die in der Luft enthaltene Feuchtigkeit kondensieren kann, so dass nur eine unvollkommene Entwässerung zu erreichen ist.
Weiterhin ist es bekannt, in der Druckluft enthalte nes Wasser an einer umströmten Topfmanschette aus- zuscheiden, an die sich ,ausserdem ein labyrinthartig verlaufender Durchlass anschliesst, in dem ein weiteres Ausscheiden von Kondensat erfolgt.
Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass die Druckluft im Wasserab- scheider nicht bis auf angenähert Aussenlufttempera tur abgekühlt wird, so dass auch im Rohrleitungssy stem und im Luftbehälter eine Abkühlung der Druck luft erfolgt, die eine weitere Kondensatbildung zur Folge hat. Ausserdem hat idieser Wasserabscheider grosse Aussenabmessungen, die seins Verwendungsmöglichkeit einengen.
Schliesslich ist ein Öl= und Wasserabschcider be kannt mit zwei im Luftweg hintereinander angeordne ten drosselartigen Verengungen, zwischen denen sich eine Entspannungskammer befindet. Die öl- und was serhaltige Luft wird in den beiden drosselartigen Ver engungen mit annähernd gleichen Querschnitten umge- lenkt, sehr stark beschleunigt und dann gegen die in den anschliessenden erweiterten Kammern befindlichen Wände mit vorzugsweise rauher Oberfläche gelenkt, so dass durch die Reibung ein Haftenbleiben der in der Luft enthaltenen Öl- und Wassertröpfchen bewirkt wird, die anschliessend in einen Sammelraum abflies- sen können.
Nachteilig ist bei diesem Verfahren, dass die Luft dem Absdheider annähernd auf Umgebungs temperatur vorgekühlt zugeführt werden muss, was einen zusätzlichen Aufwand und erheblichen Platzbe darf bedeutet.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Wasserabscheider zu schaffen, der bei kleinen Aus senabmessungen eine Temperaturabsenkung der Druckluft auf angenähert Umgebungstemperatur, ver bunden mit einer vollständigen Abscheidung der in diesem Zustand in der Druckluft enthaltenen konden sationsfähigen Feuchtigkeit, ermöglicht, so dass sich in der anschliessenden Druckluftanlage kein Kondenswas ser bilden kann.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die in Strömungsrichtung erste drosselartige Verengung einen hohen Rückhaltedruck aufweist und die in Strömungs richtung zweite drosselartige Verengung einen niedri gen Rückhaltedruck aufweist, dass zweckmässigerweise die drosselartigen Verengungen von je einer sich von einer Kondensationsfläche abhebenden elastischen Dichtlippe gebildet werden und das vorteilhaft die in Strömungsrichtung vorn liegende, die erste drosselar tige Verengung bildende Dichtlippe unter hoher Vor spannung steht und die die zweite drosselartige Veren gung bildende Dichtlippe unter geringer Vorspannung steht.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Vorspan- nung der Dichtlippen von der Kraft einer Druckfeder abhängig ist und die Dichtlippen vorzugsweise ringför mig ausgebildet und konzentrisch angeordnet sind. Zweckmässigerweise werden die Dichtlippen von einem Nutring gebildet.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. In einem Gehäuse 1 mit einem Gehäusedeckel 2 ist eine kreisrunde Kondensationsplatte 3 angeordnet, an welcher zwei elastische Dichtlippen 4 und 5 eines Nut ringes 6 anliegen und mit der Kondensationsplatte 3 eine erste drosselartige Verengung 7 und eine zweite drosselartige Verengung 8 bilden. Zwischen den beiden Dichtlippen 4 und 5 befindet sich eine Entspannungs kammer 9. Der Nutring 6 ist an einem Nutringträger 10 befestigt, welcher beweglich in dem Gehäuse 1 an geordnet und in einer Bohrung 11 in dem Gehäusedek- kel 2 dichtend geführt ist.
Eine zwischen dem Gehäu sedeckel 2 und dem Nutringträger 10 angeordnete vor gespannte Druckfeder 12 schiebt den Nutringträger 10 nach unten, so dass die Dichtlippen 4 und 5 an die Kondensationsplatte 3 gepresst werden. Dabei steht die Dichtlippe 4 stets unter einer grösseren Vorspannung als die Dichtlippe 5.
Unterhalb der Kondensations platte 3 befindet sich eine Sammelkammer 13 für das sich abscheidende Kondensat und diesem beigemischte Verunreinigungen. über ein in das Gehäuse 1 einge schraubtes handbetätigtes Entwässerungsventil 14 lässt sich die Sammelkammer 13 entleeren.
Am äusseren Rand der Kondensationsplatte 3 vorgesehene Bohrungen 15 verbinden die Sammelkammer 13 mit einer Kam mer 16, welche über einen Anschluss 17 mit einem Druckregler 18 und einem Luftbehälter 19 sowie einer sich anschliessenden nicht dargestellten Druckluftanlage in Verbindung steht.
über einen Anschluss 20 steht der Wasserabscheider mit einem Luftpresser 21 in Ver bindung. über eine Bohrung 22 im Nutringträger 10 ist der Anschluss 20 mit einer Kammer 23 vor der er sten drosselartigen Verengung 7 verbunden.
Die Vor spannung der Druckfeder 12 und damit auch die Vor spannung und der Rückhaltedruck der Dichtlippen 4 und 5 ist mittels einlegbarer Scheiben 24 einstellbar und damit an verschiedene Betriebsbedingungen des Wasserabscheiders anpassbar.
Die Wirkungsweise des erfindungsgemässen Was- serabscheiders ist folgende: Am Anschluss 20 tritt die vom Luftpresser kom mende Druckluft in den Wasserabsdheider ein und gelangt über die Bohrung 22 in die Kammer 23.
Darauf durchströmt die Druckluft die erste drosselar tige Verengung und wird dabei infolge eines hohen Rückhaltedruckes der Dichtlippe 4 soweit entspannt, dass ihre Temperatur bereits in der anschliessenden Entspannungskammer 9 auf einen Wert abgesunken ist, der etwa der Aussenlufttemperatur entspricht. Gleichzeitig wird aus der in einem dünnen Film die erste drosselartige Verengung 7 durchströmenden Druckluft an der Kondensationsplatte 3 und an der Dichtlippe 4 ein grosser Teil der in der Luft enthalte nen Feuchtigkeit durch Kondensation ausgeschieden.
In Abhängigkeit von der Durchströmmenge wird die Dichtlippe 4 mit dem Nutringträger 10 von dem sich aufbauenden Druck gegen die Kraft der Druckfeder 12 nach oben geschoben. Die Spaltbreite passt sich der Durchströmmenge an, so dass der an der ersten dros selartigen Verengung 7 erzeugte Druckabfall stets etwa gleich gross bleibt.
über die Entspannungskammer 9 strömt die Druckduft weiter durch die zweite drosselartige Veren gung 8 in die Kammer 16. Die zweite drosselartige Verengung 8 hat die Aufgabe, die bereits auf etwa Aussenlufttemperatur gebrachte teilentwässerte Druck luft zur Abschei:dunb der restlichen Feuchtigkeit noch- mals in einem dünnen Film an Kondensationsflä- chen entlang zu führen.
Die Druckluft wird dabei, da die Dichtlippe 5 lediglich einen sehr niedrigen Rück haltedruck erzeugt, nur unwesentlich entspannt. Das aus der Druckluft ausgeschiedene Wasser fliesst über die Bohrungen 15 in die Sammelkammer 13, wo es mittels des Entwässerungsventils 14 entfernt werden kann. Dieses Entwässerungsventil kann beispielsweise auch ein automatisches Entwässerungsventil sein. Die getrocknete Druckluft gelangt aus der Kammer 16 über den Anschluss 17 weiter über den Druckregler 18 in den Luftbehälter 19 und in die sich anschliessende Druckluftanlage.
Da die Druckluft bereits im Wasserbereich auf an genähert Aussenlufttemperatur gebracht sowie getrock net wurde und im Luftbehälter und in der sich an- schliessenden Anlage nicht weiter abgekühlt wird, d.h. ihren Zustand nicht verändert, kann sich dort kein Kondensat bilden.
Der erfindungsgemässe Wasserabscheider könnte selbstverständlich auch derart aufgebaut sein, dass die beiden Dichtlippen hintereinander angeordnet, z.B. an der Innenwand eines Hohlzylinders, anliegen. Ausser- dem ist es möglich, die elastischen Dichtlippen durch in einem gewissen Abstand zu der Kondensationsplatte bzw.
den Zylinderwandungen angeordnete, mittels Federkraft gehaltene Metall- oder Kunststoffteile zu ersetzen, so dass gleichfalls eine erste drosselartige Verengung mit hohem Rückhaltedruck und eine zweite drosselartige Verengung mit niedrigem Rückhaltedruck entstehen.
Water separator for compressed air systems The invention relates to a water separator for compressed air systems.
In systems of this type, it is advantageous to remove the moisture contained in the form of water vapor from the compressed air as far as possible before it enters the actual system. Otherwise, the water vapor condenses in the system and causes corrosion phenomena. In addition, operational safety, for example of the compressed air brake system in motor vehicles, is at great risk in the cold season, since the condensing water vapor can cause the valves and cylinders to freeze.
It is already known to relax compressed air in a nozzle by a certain value in order to achieve hypothermia and water elimination. However, this method has the disadvantage that only a small part of the supercooled compressed air comes into contact with surfaces on which the moisture contained in the air can condense, so that only imperfect drainage can be achieved.
Furthermore, it is known that water contained in the compressed air can be separated out at a cup seal that flows around it, which is also followed by a labyrinth-like passage in which condensate is further separated.
This method has the disadvantage that the compressed air in the water separator is not cooled down to approximately the outside air temperature, so that the compressed air is also cooled in the pipeline system and in the air tank, which results in further condensation. In addition, this water separator has large external dimensions, which restrict its possible use.
Finally, an oil and water separator is known with two throttle-like constrictions arranged one behind the other in the airway, between which there is a relaxation chamber. The oil and water-containing air is deflected in the two throttle-like constrictions with approximately the same cross-sections, accelerated very strongly and then directed against the walls in the adjoining enlarged chambers with a preferably rough surface, so that the friction causes the Oil and water droplets contained in the air are produced, which can then flow off into a collecting space.
The disadvantage of this method is that the air must be supplied to the Absdheider almost cooled to ambient temperature, which means additional effort and considerable space may be.
The object of the invention is to create a water separator which, with small outer dimensions, allows the compressed air to be reduced in temperature to approximately ambient temperature, combined with a complete separation of the moisture contained in the compressed air in this state, capable of condensation, so that in the subsequent compressed air system cannot form condensation.
This object is achieved in that the first throttle-like constriction in the flow direction has a high retention pressure and the second throttle-like constriction in the flow direction has a low retention pressure, so that the throttle-like constrictions are expediently formed by an elastic sealing lip that lifts off from a condensation surface and that Advantageously, the sealing lip which is in front in the flow direction and which forms the first throttle-like constriction is under high tension and the sealing lip forming the second throttle-like constriction is under low tension.
Furthermore, it is advantageous if the pretensioning of the sealing lips is dependent on the force of a compression spring and the sealing lips are preferably annular and are arranged concentrically. The sealing lips are expediently formed by a groove ring.
An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing. In a housing 1 with a housing cover 2, a circular condensation plate 3 is arranged, on which two elastic sealing lips 4 and 5 of a groove ring 6 rest and with the condensation plate 3 form a first throttle-like narrowing 7 and a second throttle-like narrowing 8. A relaxation chamber 9 is located between the two sealing lips 4 and 5. The U-ring 6 is attached to a U-ring carrier 10, which is movably arranged in the housing 1 and is guided in a sealing manner in a bore 11 in the housing cover 2.
A pre-tensioned compression spring 12 arranged between the housing cover 2 and the U-ring carrier 10 pushes the U-ring carrier 10 downward so that the sealing lips 4 and 5 are pressed against the condensation plate 3. The sealing lip 4 is always under a greater prestress than the sealing lip 5.
Below the condensation plate 3 is a collection chamber 13 for the separating condensate and this mixed impurities. The collecting chamber 13 can be emptied via a hand-operated drain valve 14 screwed into the housing 1.
Bores 15 provided on the outer edge of the condensation plate 3 connect the collecting chamber 13 to a Kam mer 16, which is connected via a connection 17 to a pressure regulator 18 and an air tank 19 as well as an adjoining compressed air system, not shown.
The water separator is connected to an air compressor 21 via a connection 20. The connection 20 is connected to a chamber 23 in front of the throttle-like constriction 7 via a bore 22 in the U-ring carrier 10.
Before the tension of the compression spring 12 and thus also the tension and the retention pressure of the sealing lips 4 and 5 is adjustable by means of insertable discs 24 and thus adaptable to different operating conditions of the water separator.
The mode of operation of the water separator according to the invention is as follows: the compressed air coming from the air compressor enters the water separator at connection 20 and reaches chamber 23 via bore 22.
The compressed air then flows through the first drosselar term constriction and is relaxed as a result of a high retaining pressure of the sealing lip 4 that its temperature has already dropped in the subsequent relaxation chamber 9 to a value that corresponds approximately to the outside air temperature. At the same time, a large part of the moisture contained in the air NEN moisture is excreted by condensation from the first throttle-like constriction 7 flowing through compressed air on the condensation plate 3 and on the sealing lip 4 in a thin film.
Depending on the flow rate, the sealing lip 4 with the U-ring carrier 10 is pushed upwards against the force of the compression spring 12 by the pressure building up. The gap width adapts to the flow rate so that the pressure drop generated at the first throttle-like constriction 7 always remains approximately the same.
Via the expansion chamber 9, the compressed air flows through the second throttle-like constriction 8 into the chamber 16. The second throttle-like constriction 8 has the task of separating the partially drained compressed air, which has already been brought to about the outside air temperature, to separate the remaining moisture again in one go to guide a thin film along condensation surfaces.
Since the sealing lip 5 only generates a very low restraint pressure, the compressed air is only slightly relaxed. The water separated from the compressed air flows through the bores 15 into the collecting chamber 13, where it can be removed by means of the drainage valve 14. This drainage valve can also be an automatic drainage valve, for example. The dried compressed air passes from the chamber 16 via the connection 17, via the pressure regulator 18, into the air reservoir 19 and into the adjoining compressed air system.
Since the compressed air has already been brought to an approximate outside air temperature in the water area, has been dried and is not cooled any further in the air reservoir or in the subsequent system, i.e. does not change its state, no condensation can form there.
The water separator according to the invention could of course also be constructed in such a way that the two sealing lips are arranged one behind the other, e.g. on the inner wall of a hollow cylinder. It is also possible to remove the elastic sealing lips from the condensation plate or the condensation plate at a certain distance.
to replace the cylinder walls arranged, held by means of spring force metal or plastic parts, so that also a first throttle-like constriction with high restraint pressure and a second throttle-like constriction with low restraint pressure arise.