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Die Erfindung betrifft ein Kompressorsystem mit einem Verdichter, einer Einlassleitung, welche fluidisch mit dem Verdichter verbunden ist, einer Auslassleitung, welche fluidisch mit dem Verdichter verbunden ist, und einer Kühlfluideinrichtung mit einem Mischventil. Das Mischventil hat einen ersten Ventileingang, der mit einer ersten Kühlfluidversorgungsleitung verbunden ist, einen zweiten Ventileingang, der mit einer zweiten Kühlfluidversorgungsleitung verbunden ist, und einen Ventilausgang, der fluidisch mit einer Kühlfluidgemischleitung verbunden ist. Die Kühlfluidgemischleitung ist fluidisch an den Verdichter angeschlossen, sodass ein Kühlfluid in den Verdichter eingebracht werden kann.
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Derartige Kompressorsysteme sind aus dem Stand der Technik bekannt. Dabei wird dem Kompressorsystem über die Einlassleitung ein zu komprimierendes Gas, z. B. Umgebungsluft, zugeführt. Über die Auslassleitung wird das Gas, also z. B. die Umgebungsluft, in komprimierter Form vom Verdichter abgeleitet. Mittels eines Kompressorsysteme komprimierte Luft wird auch als Druckluft bezeichnet.
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Ein Mischventil ist in diesem Zusammenhang ein Ventil, dessen Ventilelement durch seine Lage ein Mischungsverhältnis eines ersten, über die erste Kühlfluidversorgungsleitung bereitgestellten Kühlfluids und eines zweiten, über die zweite Kühlfluidversorgungsleitung bereitgestellten Kühlfluids bestimmt. Das sich ergebende Kühlfluidgemisch wird in die Kühlfluidgemischleitung gespeist. Die zu mischenden Kühlfluide können bis auf einen Kennwert, z. B. Temperatur, gleich sein.
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Ferner ist es bekannt, dass bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen oder bei vergleichsweise geringer Belastung des Kompressorsystems, Feuchtigkeit aus der Druckluft innerhalb des Kompressorsystems kondensieren kann. Um dies zu verhindern, muss das Kompressorsystem oberhalb eines Drucktaupunktes der Druckluft arbeiten. Gleichzeitig müssen zu hohe Temperaturen des Kompressorsystems und der damit erzeugten Druckluft vermieden werden. Diese führen zu erhöhtem Verschleiß und vorzeitiger Alterung der Komponenten des Kompressorsystems. Auch ist es möglich, dass zu hohe Temperaturen zur Funktionsuntüchtigkeit einzelner Komponenten des Kompressorsystems führen. Daher sind Kompressorsysteme regelmäßig mit einer Kühlfluideinrichtung ausgestattet, mittels der die Komponenten des Kompressorsystems und auch die erzeugte Druckluft gekühlt werden können.
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Als Kühlfluid wird beispielsweise Öl verwendet, was neben der Kühlwirkung auch Reibung und Verschleiß reduziert.
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Um die Kühlfluideinrichtung nur dann zu verwenden, wenn diese auch benötigt wird, werden häufig Thermostatventile eingesetzt, die das Einbringen von Kühlfluid in den Verdichter erst oberhalb einer vorgegebenen Temperatur freischalten. Die vom Thermostatventil berücksichtigte Temperatur kann eine Temperatur der Druckluft, des Kühlfluids, einzelner Komponenten des Kompressorsystems oder eine Umgebungstemperatur sein.
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Alternativ oder zusätzlich werden Mischventile verwendet, die über unterschiedliche Kühlfluidversorgungsleitungen bereitgestellte Kühlfluide von unterschiedlicher Temperatur so mischen, dass das Kühlfluidgemisch eine gewünschte Temperatur aufweist.
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In beiden Varianten wird der Arbeitspunkt des Kompressorsystems, d.h. eine Temperatur der erzeugten Druckluft, üblicherweise so gewählt, dass er mit einem gewissen Abstand oberhalb des Drucktaupunktes liegt, eine Kondensatbildung also zuverlässig vermieden wird.
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Zu diesem Zweck sind bekannte Mischventile mit leistungsstarken Aktuatoren gekoppelt, sodass sie auch bei hohen Kühlfluiddrücken und/oder hohen Kühlfluidvolumenströmen geschaltet werden zu können.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bekannte Kompressorsysteme in Bezug auf ihre Kühlung zu verbessern. Insbesondere sollen strukturell einfache und kostengünstige Kühlfluideinrichtungen geschaffen werden, die dennoch eine zuverlässige und präzise Temperaturregelung zulassen.
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Die Aufgabe wird durch ein Kompressorsystem gelöst mit einem Verdichter, einer Einlassleitung, welche fluidisch mit dem Verdichter verbunden ist, einer Auslassleitung, welche fluidisch mit dem Verdichter verbunden ist, und einer Kühlfluideinrichtung mit einem Mischventil. Das Mischventil hat einen ersten Ventileingang, der mit einer ersten Kühlfluidversorgungsleitung verbunden ist, einen zweiten Ventileingang, der mit einer zweiten Kühlfluidversorgungsleitung verbunden ist, und einen Ventilausgang, der fluidisch mit einer Kühlfluidgemischleitung verbunden ist. Die Kühlfluidgemischleitung ist fluidisch an den Verdichter angeschlossen, sodass ein Kühlfluid in den Verdichter eingebracht werden kann. Wenigstens ein Pilotventil ist vorgesehen, mittels dem das Mischventil fluidisch betätigbar ist. Auf diese Weise lässt sich das Mischventil mit hoher Präzision schalten. Dafür ist insbesondere im Vergleich zu einer direkten Betätigung des Mischventils nur vergleichsweise wenig Energie nötig. Insbesondere ist die zum Schalten des wenigstens einen Pilotventils notwendige Energie gegenüber derjenigen Energie, die zum Betrieb des Verdichters benötigt wird, vernachlässigbar klein. Die Kühlfluideinrichtung arbeitet also präzise und energieeffizient. Dadurch lassen sich auch die Temperaturen des Kühlfluids und, daraus resultierend, der Druckluft präzise einstellen, sodass das Kompressorsystem insgesamt energieeffizient betrieben werden kann.
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In diesem Zusammenhang ist nicht ausgeschlossen, dass mittels des Kühlfluids neben seiner Hauptaufgabe der Kühlung auch Schmieraufgaben, Abdichtungsaufgaben und/oder Korrosionsschutzaufgaben erfüllt werden. Im Folgenden wird ein Fluid, das eine oder mehrere dieser Aufgaben erfüllt, schlicht als Kühlfluid bezeichnet.
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Das wenigstens eine Pilotventil ist bevorzugt an einer Außenseite des Mischventils, genauer gesagt an einer Außenseite eines Mischventilgehäuses, angeordnet. Dadurch lässt sich das Pilotventil einfach am Mischventil montieren und von diesem demontieren. Der Verbund aus Mischventil und Pilotventil kann somit einfach gewartet werden.
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Das Mischventil kann als Gleit-, Kolben- oder Schieberventil ausgeführt sein. In diesem Zusammenhang kann das Mischventil stufenlos schaltbar sein. Alternativ ist es möglich, dass das Mischventil lediglich vorgegebene Schaltstellungen einnehmen kann, also diskret schaltbar ist.
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Neben der elektrischen Energie zur Signalübertragung und Abgabe von Schalt- oder Steuerimpulsen an das oder die Pilotventile wird das Schalten des Mischventils ausschließlich durch den Druck in der ersten Kühlfluidversorgungsleitung erreicht, der wiederum durch den Kompressor erzeugt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Kompressorsystem eine erste Steuerleitung, die mit einem Betätigungseingang des Mischventils und mit der ersten Kühlfluidversorgungsleitung oder der zweiten Kühlfluidversorgungsleitung fluidisch verbunden ist. Ein erstes Pilotventil ist zur wahlweisen Unterbrechung und Freigabe in der ersten Steuerleitung angeordnet. Dabei bildet das erste Pilotventil das wenigstens eine Pilotventil. In der ersten Steuerleitung herrscht also im Wesentlichen derselbe Druck wie in der ersten Kühlfluidversorgungsleitung oder der zweiten Kühlfluidversorgungsleitung. Ferner liegt in der ersten Steuerleitung dasselbe Kühlfluid vor wie in der ersten Kühlfluidversorgungsleitung bzw. der zweiten Kühlfluidversorgungsleitung. Mit anderen Worten wird das jeweilige Kühlfluid zur Betätigung des Mischventils verwendet. Aus dieser Tatsache ergibt sich ein einfacher Aufbau der Kühlfluideinrichtung. Einrichtungen und Komponenten für ein separates Betätigungsfluidsystem sind nicht nötig. Indem das Druckniveau in der ersten Kühlfluidversorgungsleitung bzw. der zweiten Kühlfluidversorgungsleitung zum Betätigen des Mischventil verwendet wird, kommt das Kompressorsystem in diesem Aspekt im Wesentlichen ohne externe Energiezufuhr aus. Auch daraus ergibt sich ein einfacher Aufbau. Nachdem die zum Schalten des Mischventils notwendige Energie im Vergleich zur innerhalb der Kühlfluideinrichtung vorherrschenden Energie sehr gering ist, ergibt sich ein effizienter Betrieb der Kühlfluideinrichtung. Mittels des ersten Pilotventils lässt sich somit präzise und gezielt ein gewünschter Druck am Betätigungseingang des Mischventils einstellen, sodass dieses präzise geschaltet werden kann.
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Alternativ oder zusätzlich umfasst das Kompressorsystem eine zweite Steuerleitung, die mit einem Betätigungseingang des Mischventils und mit der Kühlfluidgemischleitung oder der Einlassleitung fluidisch verbunden ist. Ein zweites Pilotventil ist zur wahlweisen Unterbrechung und Freigabe in der zweiten Steuerleitung angeordnet. In diesem Zusammenhang implizieren die Bezeichnungen „erste“ und „zweite“ Steuerleitung sowie „erstes“ und „zweites“ Pilotventil keine Anzahl. Sie dienen lediglich der präzisen Bezeichnung der Steuerleitungen und Pilotventile. Das Kompressorsystem kann also auch lediglich eine zweite Steuerleitung und ein zweites Pilotventil aufweisen. Dabei bilden bzw. bildet das erste Pilotventil und/oder das zweite Pilotventil das wenigstens eine Pilotventil. Vorliegend ist in der zweiten Steuerleitung dasselbe Kühlfluid enthalten wie in der Kühlfluidgemischleitung oder der Einlassleitung. Darüber hinaus herrscht in der zweiten Steuerleitung derselbe Druck wie in der Kühlfluidgemischleitung bzw. der Einlassleitung. Dieses ist üblicherweise deutlich geringer als ein Druckniveau in der ersten Kühlfluidversorgungsleitung oder der zweiten Kühlfluidversorgungsleitung. Mittels des zweiten Pilotventils kann also gezielt ein Druckabbau am Betätigungseingang des Mischventils herbeigeführt werden. Auf diese Weise kann das Mischventil präzise geschaltet werden.
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Die Grundidee der beiden vorgenannten Alternativen besteht somit einerseits darin, ein bereits innerhalb des Kompressorsystems vorhandenes Druckniveau zum Schalten des Mischventils zu verwenden. Dadurch wird ein Druckversorgungssystem, das alleine der Betätigung des Mischventils dient, unnötig. Andererseits liegt den Alternativen der Gedanke zugrunde, das Kühlfluid auch zur Betätigung des Mischventils zu verwenden. Daraus resultiert ein strukturell einfacher Aufbau des Kompressorsystems.
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Die Pilotventile, das heißt das erste Pilotventil und/oder das zweite Pilotventil, können als Proportionalventile oder Schaltventile, also diskret schaltende Ventile, ausgeführt sein. Insbesondere bei Schaltventilen ist es möglich, dass die Pilotventile stets nur kurzzeitig betätigt werden.
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Dabei können die Pilotventile elektrisch oder elektromagnetisch betätigbar sein. Beispielsweise handelt es sich bei den Pilotventilen um Magnetventile. Auch ist es möglich, die Pilotventile über ein pneumatisches Vorsteuerventil mittels Druckluft zu betätigen.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass die erste und die zweite Steuerleitung denselben Betätigungseingang aufweisen und das erste Pilotventil in seiner Offenstellung zur Erhöhung des Druckes am Betätigungseingang ausgebildet ist und das zweite Pilotventil in seiner Offenstellung zur Reduzierung des Druckes am Betätigungseingang ausgebildet ist. In diesem Zusammenhang kann, optional, die zum Betätigungseingang führende Steuerleitung den Pilotventilen gemeinsam sein. Während diese Leitung des Fluidstrom über das erste, offene Pilotventil zum Mischventil führt, führt sie den Fluidstrom über das zweite, offene Pilotventil vom Mischventil weg.
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Das erste und das zweite Pilotventil können somit in Reihe geschaltet sein, wobei die Verbindungsleitung einen Abzweig zum Mischventil hat, um hier ein Ventilelement zu bewegen.
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In einer Variante ist der Betätigungseingang über eine dritte Steuerleitung mit dem Ventilausgang, dem ersten Ventileingang oder dem zweiten Ventileingang fluidisch verbunden. Es fließt also stets eine gewisse Fluidmenge vom Betätigungseingang zum Fluidausgang oder von einem der Ventileingänge zum Betätigungseingang. Dabei kann innerhalb der dritten Steuerleitung eine Blende vorgesehen sein, sodass ein konstanter Volumenstrom an Fluid durch die dritte Steuerleitung strömt. Insbesondere in Verbindung mit einer der ersten und zweiten Steuerleitungen, über die Fluid am Betätigungseingang bereitgestellt oder von diesem abgeleitet wird, lässt sich auch auf diese Weise das Mischventil präzise schalten. Insbesondere lässt sich so das Mischventil mit nur einem Pilotventil betätigen.
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Bevorzugt verläuft die dritte Steuerleitung zumindest abschnittsweise durch ein Ventilelement des Mischventils. Ein derartiger Aufbau ist strukturell einfach und kompakt.
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Das Mischventil kann mittels einer Feder oder mittels Gravitation in eine Ausgangsventilstellung beaufschlagt sein. Genauer gesagt wird in diesem Zusammenhang ein Ventilelement des Mischventils in eine zugeordnete Ausgangsstellung beaufschlagt. Es versteht sich, dass eine Beaufschlagung mittels Gravitation oder Schwerkraft nur bei einer entsprechenden Ausrichtung des Mischventils im Raum wirken kann. Das Mischventil nimmt also im unbetätigten Zustand stets seine Ausgangsventilstellung ein. Dadurch sind die Kühlfluideinrichtung und das Kompressorsystem als Ganzes stets in einem definierten Zustand, sodass sie mit hoher Zuverlässigkeit betrieben werden können. Die Beaufschlagung des Mischventils ist zudem vorteilhaft, wenn nur eine Steuerleitung und ein Pilotventil vorgesehen sind.
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Gemäß einer Alternative ist in der Kühlfluidgemischleitung ein Filterelement angeordnet. Insbesondere ist die zweite Steuerleitung stromabwärts des Filterelements mit der Kühlfluidgemischleitung verbunden. In den Verdichter wird also nur gefiltertes Kühlfluid eingeleitet. Dadurch wird eine hohe Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Verdichters erreicht. Indem die zweite Steuerleitung stromabwärts des Filterelements mit der Kühlfluidgemischleitung verbunden ist, kann innerhalb der zweiten Steuerleitung ein vergleichsweise geringes Druckniveau realisiert werden. Dies vereinfacht die Betätigung des Mischventils.
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In einer Variante sind das Filterelement und das Mischventil als eine gemeinsame Baueinheit realisiert. Dadurch ist das Kompressorsystem insgesamt platzsparend aufgebaut. Darüber hinaus ist dessen Montage vergleichsweise einfach, da insbesondere zwischen dem Filterelement und dem Mischventil keine Leitungen montiert werden müssen.
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Das Kompressorsystem kann ein Gehäuse umfassen, wobei wenigstens eine der ersten Kühlfluidversorgungsleitung, der zweiten Kühlfluidversorgungsleitung, der Kühlfluidgemischleitung, der ersten Steuerleitung und der zweiten Steuerleitung wenigstens abschnittsweise innerhalb des Gehäuses verläuft. Leitungen, die sich innerhalb des Gehäuses erstrecken, können auch als Kanäle bezeichnet werden. Mittels eines derartigen Gehäuses kann ein Montageaufwand zur Herstellung des Kompressorsystems gering gehalten werden, da die integrierten Leitungen nicht separat angeschlossen werden müssen. Darüber hinaus ergibt sich ein kompakter Aufbau.
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Gemäß einer Variante ist in der Kühlfluidgemischleitung eine Durchflussregeleinheit zur Regelung eines Volumenstroms des Kühlfluids angeordnet. Auf diese Weise kann ein Volumenstrom eines Kühlfluidgemischs präzise eingestellt werden. Dem Verdichter wird also stets ein adäquater Volumenstrom an Kühlfluidgemisch zugeleitet.
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Das Kompressorsystem kann auch ein Kühlfluidreservoir umfassen, wobei die erste Kühlfluidversorgungsleitung und die zweite Kühlfluidversorgungsleitung fluidisch mit dem Kühlfluidreservoir verbunden sind. Die erste Kühlfluidversorgungsleitung und die zweite Kühlfluidversorgungsleitung werden also mit Kühlfluid aus dem Kühlfluidreservoir gespeist. Es wird so sichergestellt, dass stets Kühlfluid in ausreichender Menge zur Verfügung steht. Dadurch lässt sich das Kompressorsystem mit hoher Zuverlässigkeit betreiben.
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Vorzugsweise ist das Kühlfluidreservoir innerhalb der Auslassleitung angeordnet oder fluidisch mit der Auslassleitung verbunden. Insbesondere umfasst das Kühlfluidreservoir eine Fluidtrenneinrichtung. Für den Fall, dass das Kühlfluid Öl ist, kann die Fluidtrenneinrichtung auch als Ölabscheider bezeichnet werden. Das Anordnen des Kühlfluidreservoirs in der Auslassleitung bewirkt, dass das mittels des Kompressors bereitgestellte komprimierte Gas im Wesentlichen frei von Kühlfluid ist. Darüber hinaus ergibt sich auf diese Weise der Effekt, dass das Kühlfluidreservoir druckbeaufschlagt ist. Insbesondere herrscht im Kühlfluidreservoir im Wesentlichen derselbe Druck wie in der Auslassleitung. Wie bereits erläutert, kann dieses Druckniveau zum Schalten des Mischventil verwendet werden.
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Vorteilhafterweise ist ein Kühlfluidausgang des Kühlfluidreservoirs fluidisch mit einer Durchflussregeleinheit zur Regelung eines Volumenstroms an Kühlfluid verbunden. Es kann somit präzise geregelt werden, welcher Volumenstrom an Kühlfluid das Kühlfluidreservoir verlässt.
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Das Kühlfluid kann in einem Kreislaufsystem strömen. Stromabwärts des Verdichters wird das Kühlfluid abgeschieden und gelangt damit in sein eigenes Leitungssystem, das zum Mischventil und dem wenigstens einen Pilotventil und von diesen wieder zurück in den Verdichter führt, wo es dem zu verdichtenden Gas zugeführt wird.
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Gemäß einer Alternative ist die erste Kühlfluidversorgungsleitung oder die zweite Kühlfluidversorgungsleitung mit einer Kühleinrichtung zum Kühlen des Kühlfluids gekoppelt. Für den Fall, dass Öl als Kühlfluid verwendet wird, kann die Kühleinrichtung auch als Ölkühler bezeichnet werden. Indem lediglich eine der Versorgungsleitungen mit einer Kühleinrichtung gekoppelt ist, wird eine Situation geschaffen, in der sich die über die beiden Kühlfluidversorgungsleitungen bereitgestellten Kühlfluide hinsichtlich ihrer Temperatur unterscheiden. Dadurch wird die Möglichkeit eröffnet, dass mittels des Mischventils eine Temperatur des Kühlfluidgemischs präzise eingestellt wird. Mittels des Kühlfluidgemischs kann dann eine Temperatur der mittels des Kompressorsystems erzeugten Druckluft gezielt eingestellt werden.
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Um Kosten zu sparen können der Kühler Druckluft und der des Kühlfluids auch gekoppelt werden, z.B. ein gemeinsames Gebläse haben.
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Das Kompressorsystem kann eine Steuereinheit aufweisen, die über wenigstens eine Signalleitung mit dem wenigstens einen Pilotventil gekoppelt ist.
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Die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, das wenigstens eine Pilotventil in Abhängigkeit eines Umgebungsparameters, eines Kühlfluidparameters, eines Kühlfluidgemischparameters, eines Systemparameters und/oder eines Betriebsparameters zu schalten. Dabei wird unter einem Umgebungsparameter ein Kennwert der Umgebung des Kompressorsystems verstanden, also z. B. eine Umgebungstemperatur oder eine relative Luftfeuchtigkeit in der Umgebung. Ein Kühlfluidparameter ist ein das Kühlfluid charakterisierender Kennwert, z. B. eine Temperatur oder ein Druck des Kühlfluids. Ein Kühlfluidgemischparameter ist dementsprechend ein Kennwert, der das Kühlfluidgemisch beschreibt, z. B. eine Temperatur oder ein Druck. Ein Systemparameter beschreibt eine Eigenschaft der Kühlfluideinrichtung oder des Kompressorsystems. Beispielsweise sind eine Maximalleistung, ein maximal erreichbarer Druck oder eine maximal tolerierbare Temperatur Systemparameter. Unter einem Betriebsparameter wird dem gegenüber ein den Betrieb der Kühlfluideinrichtung oder des Kompressorsystems beschreibender Kennwert verstanden, z. B. ein aktueller Betriebsdruck, eine Betriebstemperatur oder eine Betriebsart. Unter Berücksichtigung eines oder mehrerer dieser Parameter lässt sich das Kühlfluidgemisch zuverlässig auf eine gewünschte Temperatur regeln.
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In den vorstehenden Erläuterungen wurde mehrmals Öl als beispielhaftes Kühlfluid erwähnt. Es versteht sich jedoch, dass auch Wasser als Kühlfluid verwendet werden kann.
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Im Übrigen kommt es beim erfindungsgemäßen Kompressorsystem nicht darauf an, ob die erzeugte Druckluft oder ein beim Erzeugen der Druckluft verursachbarer Unterdruck den primär gewünschten Effekt darstellt. Das erfindungsgemäße Kompressorsystem kann also sowohl als klassischer Kompressor als auch als sogenannte Vakuumpumpe Verwendung finden. Auch im Bereich der Vakuumpumpen existieren die vorgenannten Probleme hinsichtlich der Temperatur des Kompressorsystems und der dann an eine Umgebung abzugebenden Luft.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele erläutert, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind. Es zeigen:
- - 1 ein erfindungsgemäßes Kompressorsystem gemäß einer ersten Ausführungsform,
- - 2 ein erfindungsgemäßes Kompressorsystem gemäß einer zweiten Ausführungsform,
- - 3 eine Durchflussregeleinheit des Kompressorsystems aus 2 in einer Detailansicht,
- - 4 ein erfindungsgemäßes Kompressorsystem gemäß einer dritten Ausführungsform, und
- - 5 bis 7 ein Mischventil der Kompressorsysteme aus den 1 und 2 in verschiedenen Detailansichten.
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1 zeigt ein Kompressorsystem 10.
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Dieses umfasst einen Verdichter 12, an den fluidisch eine Einlassleitung 14 angeschlossen ist.
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An einem dem Verdichter 12 abgewandten Ende der Einlassleitung 14 ist ein Luftfilter 16 angeordnet, über den Umgebungsluft 18 in die Einlassleitung 14 eingesaugt werden kann.
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Bei dem Verdichter 12 handelt es sich beispielsweise um einen Verdränger-Rotationsverdichter mit einem, zwei oder mehr Rotoren.
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Der Verdichter 12 wird von einem nicht näher dargestellten Motor mit variabler Drehzahl angetrieben.
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Ferner ist innerhalb der Einlassleitung 14 ein Drosselventil 20 positioniert.
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Ausgangsseitig ist der Verdichter 12 mit einer Auslassleitung 22 verbunden, an deren dem Verdichter 12 abgewandten Ende ein Druckluftanschluss 24 vorgesehen ist, über den das Kompressorsystem 10 an ein Druckluftnetz oder einen Druckluftverbraucher angeschlossen werden kann.
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Innerhalb der Auslassleitung 22 ist ein Kühlfluidreservoir 26 angeordnet, das im Folgenden noch im Detail erläutert werden wird.
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Das Kühlfluidreservoir 26 ist als Ölabscheider ausgeführt und dient darüber hinaus der Zwischenspeicherung von Druckluft sowie der Dämpfung von Druckpulsationen.
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Ferner ist innerhalb der Auslassleitung 22 ein Mindestdruckventil 28 positioniert, das den Abschnitt der Auslassleitung 22 zwischen dem Verdichter 12 und dem Mindestdruckventil 28 auf einem vordefinierten Mindestdruck hält.
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Außerdem ist ein Druckluftkühler 30 vorgesehen, mittels dem der Druckluft in der Auslassleitung 22 Wärme entzogen werden kann.
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Das Kompressorsystem 10 weist zudem eine Kühlfluideinrichtung 32 auf.
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Diese nutzt mittels des Kühlfluidreservoirs 26 bereitgestelltes Kühlfluid 34, um das Kompressorsystem 10 zu kühlen, zu schmieren, abzudichten und vor Korrosion zu schützen.
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In der dargestellten Ausführungsform ist das Kühlfluid 34 Öl.
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Das Kühlfluid 34 wird in eine Zentralleitung 36 eingespeist, die sich an einer Verzweigungsstelle 38 in eine erste Kühlfluidversorgungsleitung 40 und eine zweite Kühlfluidversorgungsleitung 42 aufspaltet.
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Die erste Kühlfluidversorgungsleitung 40 und die zweite Kühlfluidversorgungsleitung 42 sind also fluidisch mit dem Kühlfluidreservoir 26 verbunden.
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Es versteht sich, dass in einer nicht näher dargestellten Alternative die erste Kühlfluidversorgungsleitung 40 und die zweite Kühlfluidversorgungsleitung 42 auch direkt am Kühlfluidreservoir 26 angeschlossen sein können.
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Dabei ist in der dargestellten Ausführungsform die Kühlfluidversorgungsleitung 42 mit einer Kühleinrichtung 44 zum Kühlen des Kühlfluids 34 gekoppelt. Hierfür wird Umgebungsluft genutzt.
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Um das Kühlen weiter zu unterstützen, ist ferner ein Ventilator 46 vorgesehen.
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Nachdem das Kühlfluid 34 in der dargestellten Ausführungsform Öl ist, kann die Kühleinrichtung 44 auch als Ölkühler bezeichnet werden.
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Die erste Kühlfluidversorgungsleitung 40 ist nicht mit der Kühleinrichtung 44 gekoppelt.
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Somit kann an den der Verzweigungsstelle 38 jeweils abgewandten Enden der ersten Kühlfluidversorgungsleitung 40 und der zweiten Kühlfluidversorgungsleitung 42 Kühlfluid 34 mit unterschiedlicher Temperatur bereitgestellt werden, sozusagen gekühltes und ungekühltes Kühlfluid 34.
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Die erste Kühlfluidversorgungsleitung 40 ist mit einem ersten Ventileingang 48 eines Mischventils 50 verbunden.
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Die zweite Kühlfluidversorgungsleitung 42 ist mit einem zweiten Ventileingang 52 des Mischventils 50 verbunden.
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Ein Ventilausgang 54 des Mischventils 50 ist mit einer Kühlfluidgemischleitung 56 verbunden.
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In der Kühlfluidgemischleitung 56 kann also eine Mischung des über die erste Kühlfluidversorgungsleitung 40 bereitgestellten Kühlfluids 34 und des über die zweite Kühlfluidversorgungsleitung 42 bereitgestellten Kühlfluids 34 bereitgestellt werden.
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Ein Mischungsverhältnis dieser Kühlfluide 34 wird dabei durch die Lage eines Ventilelements 58 des Mischventils 50 eingestellt.
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In der dargestellten Ausführungsform handelt es sich beim Ventilelement 58 um einen Ventilschieber.
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Dieser ist mittels einer Feder 60 in eine Ausgangsstellung beaufschlagt.
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Die Kühlfluidgemischleitung 56 ist fluidisch an den Verdichter 12 angeschlossen, sodass mittels des Mischventils 50 gemischtes Kühlfluid 34 in den Verdichter 12 eingebracht werden kann.
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Innerhalb der Kühlfluidgemischleitung 56 ist außerdem ein Filterelement 62 angeordnet.
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Das Mischventil 50 lässt sich mittels eines ersten Pilotventils 64 und eines zweiten Pilotventils 66 betätigen.
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Dabei ist das erste Pilotventil 64 innerhalb einer ersten Steuerleitung 68 angeordnet, die einen Betätigungseingang 70 des Mischventils 50 mit der ersten Kühlfluidversorgungsleitung 40 verbindet.
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Beim ersten Pilotventil 64 handelt es sich um ein Magnetventil.
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Mittels des ersten Pilotventils 64 kann die erste Steuerleitung 68 wahlweise freigegeben und unterbrochen werden.
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Das zweite Pilotventil 66 ist innerhalb einer zweiten Steuerleitung 72 angeordnet, die den Betätigungseingang 70 des Mischventils 50 mit der Kühlfluidgemischleitung 56 verbindet.
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Dabei ist die zweite Steuerleitung 72 stromabwärts des Filterelements 62 mit der Kühlfluidgemischleitung 56 verbunden.
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Auch beim zweiten Pilotventil 66 handelt es sich um ein Magnetventil.
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Mittels des zweiten Pilotventils 66 kann die zweite Steuerleitung 72 wahlweise freigegeben und unterbrochen werden.
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Betätigungseingangsseitige Abschnitte der ersten Steuerleitung 68 und der zweiten Steuerleitung 72 sind dabei als gemeinsamer Abschnitt 74 ausgeführt.
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Der Betätigungseingang 70 mündet in eine Druckkammer 76, über die das Ventilelement 58 druckbeaufschlagt und somit verlagert werden kann.
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In der dargestellten Ausführungsform verlaufen ein Abschnitt der ersten Kühlfluidversorgungsleitung 40, ein Abschnitt der zweiten Kühlfluidversorgungsleitung 42, ein Abschnitt der Kühlfluidgemischleitung 56, die ersten Steuerleitung 68 und die zweiten Steuerleitung 72 innerhalb eines Gehäuses 77. Mit anderen Worten sind diese Leistungen und Leitungsabschnitte als Kanäle ausgeführt.
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Darüber hinaus ist eine Steuereinheit 78 vorgesehen, die über eine erste Signalleitung 80 mit dem ersten Pilotventil 64 und über eine zweite Signalleitung 82 mit dem zweiten Pilotventil 66 gekoppelt ist.
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Die Steuereinheit 78 ist dazu ausgebildet, die Pilotventile 64, 66 in Abhängigkeit eines Umgebungsparameters, eines Kühlfluidparameters, eines Kühlfluidgemischparameters, eines Systemparameters und/oder eines Betriebsparameters zu schalten.
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Das Kompressorsystem 10 lässt sich wie folgt betreiben.
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Mittels des Verdichters 12 wird Umgebungsluft 18 angesaugt und komprimiert.
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Dabei wird zur Kühlung, Schmierung, Abdichtung und zum Korrosionsschutz über die Kühlfluidgemischleitung 56 Kühlfluid 34 in den Verdichter 12 eingebracht.
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In demjenigen Abschnitt der Auslassleitung 22, der zwischen dem Verdichter 12 und dem Kühlfluidreservoir 26 angeordnet ist, liegt somit eine Mischung aus komprimierter Umgebungsluft und Kühlfluid 34 vor.
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Diese Mischung wird ins Kühlfluidreservoir 26 eingespeist und durch das Mindestdruckventil 28 auf einem vordefinierten Mindestdruck gehalten.
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Dadurch steht auch das im Kühlfluidreservoir 26 vorhandene Kühlfluid 34 unter Druck.
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Nachdem das Kühlfluidreservoir 26 als Fluidtrenneinrichtung ausgebildet ist, wird darin das Kühlfluid 34 von der komprimierten Umgebungsluft 18 getrennt.
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Zusätzlich wird mittels des Kühlfluidreservoirs 26 Kühlfluid 34 unter Druck in die Zentralleitung 36 und damit in die Kühlfluidversorgungsleitungen 40, 42 eingespeist.
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Eine separate Kühlfluidpumpe ist hierfür nicht erforderlich.
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Der Druck innerhalb der ersten Kühlfluidversorgungsleitung 40 wird mittels der ersten Steuerleitung 68 zum Schalten des Mischventils 50 abgegriffen.
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Die zweite Steuerleitung 72 greift den Druck der Kühlfluidgemischleitung 56 ab, der deutlich unterhalb des in der ersten Kühlfluidversorgungsleitung 40 vorherrschenden Druckes liegt.
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Durch Öffnen des ersten Pilotventils 64 kann also der vergleichsweise hohe Druck an den Betätigungseingang 70 angelegt und damit in die Druckkammer 76 eingespeist werden.
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Wenn beispielsweise gleichzeitig das zweite Pilotventil 66 geschlossen ist, baut sich somit in der Druckkammer 76 ein Druck auf, der in der Darstellung gemäß 1 eine Verlagerung des Ventilelements 58 nach links bewirkt. Das vom Mischventil 50 bereitgestellte Mischungsverhältnis wird dadurch beispielsweise in Richtung eines größeren Anteils an Kühlfluid, das über die erste Kühlfluidversorgungsleitung 40 bereitgestellt wird, verändert.
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Vereinfacht gesagt dienen die erste Steuerleitung 68 und das erste Pilotventil 64 also dazu, den Betätigungseingang 70 und die Druckkammer 76 mit Druck zu beaufschlagen.
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Wenn jedoch das zweite Pilotventil 66 geöffnet wird, werden der Betätigungseingang 70 und die Druckkammer 76 mit dem Druckniveau der Kühlfluidgemischleitung 56 verbunden.
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Für den Fall, dass gleichzeitig das erste Pilotventil 64 geschlossen ist, werden also der Betätigungseingang 70 und die Druckkammer 76 druckentlastet.
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Dadurch bewegt sich in der Darstellung gemäß 1 beispielsweise das Ventilelement 58 nach rechts.
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Das Mischventil 50 erhöht somit den Anteil desjenigen Kühlfluids 34, das über die zweite Kühlfluidversorgungsleitung 42 bereitgestellt wird.
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Es lässt sich also durch eine Verlagerung des Ventilelements 58 das Mischungsverhältnis einstellen. Auf diese Weise kann eine Temperatur des über die Kühlfluidgemischleitung 56 bereitgestellten Kühlfluids präzise geregelt werden.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Kompressorsystems 10.
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Dabei unterscheidet sich das Kompressorsystem 10 gemäß der zweiten Ausführungsform lediglich dadurch vom Kompressorsystem 10 gemäß der ersten Ausführungsform, dass mehrere Durchflussregeleinheiten 84 vorgesehen ist.
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Mittels der Durchflussregeleinheiten 84 kann ein Volumenstrom des Kühlfluids 34 geregelt werden.
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Die Durchflussregeleinheiten 84 sind in der Darstellung gemäß 2 an drei verschiedenen Einbauorten dargestellt, die als Alternativen zu verstehen sind.
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Die Durchflussregeleinheit 84 kann also in der Kühlfluidgemischleitung 56 stromaufwärts oder stromabwärts des Filterelements 62 angeordnet sein.
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Ebenso ist es möglich, die Durchflussregeleinheit 84 in der Zentralleitung 36 anzuordnen. Sie ist dann fluidisch mit einem Kühlfluidausgang des Kühlfluidreservoirs 26 verbunden.
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Die Durchflussregeleinheit 84 ist in 3 im Detail dargestellt. Dabei wird beispielhaft auf den Verbauort innerhalb der Kühlfluidgemischleitung 56 abgestellt.
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Die Durchflussregeleinheit 84 umfasst ein Durchflussregelventil 86 mit einem als Ventilschieber ausgeführten Ventilelement 88.
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Das Ventilelement 88 ist mittels einer Feder 90 in einer Ausgangsstellung beaufschlagt.
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Je nach Lage des Ventilelements 88 innerhalb des Durchflussregelventils 86 verändert sich ein Strömungsquerschnitt innerhalb der Kühlfluidgemischleitung 56, sodass sich durch Verlagerung des Ventilelements 88 eine Durchflussmenge innerhalb der Kühlfluidgemischleitung 56 regeln lässt.
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Das Durchflussregelventil 86 ist fluidisch betätigbar.
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Dies erfolgt über ein erstes Pilotventil 92 und ein zweites Pilotventil 94.
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Dabei ist analog zu den vorherigen, das Mischventil 50 betreffenden Erläuterungen, das erste Pilotventil 92 innerhalb der ersten Steuerleitung 68 angeordnet.
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Das zweite Pilotventil 94 ist innerhalb der zweiten Steuerleitung 72 angeordnet.
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Die Pilotventile 92, 94 sind wieder als Magnetventile ausgeführt.
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Die beiden Steuerleitungen 68, 72 bilden zudem wieder einen gemeinsamen Abschnitt 74, der an den Betätigungseingang 96 des Durchflussregelventils 86 angeschlossen ist.
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Eine Lage des Ventilelements 88 lässt sich somit auf dieselbe Weise regeln wie die Lage des Ventilelements 58 des Mischventils 50. Auf die obigen Erläuterungen kann somit verwiesen werden.
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Das Durchflussregelventil 86 ähnelt somit in seinem Aufbau und in seiner Betätigung dem Mischventil 50. Allerdings ist im Unterschied hierzu das Durchflussregelventil 86 mit nur einem Ventileingang versehen.
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Ferner ist das Durchflussregelventil 86 so konstruiert, dass stets ein Mindestströmungsquerschnitt vorhanden ist, sodass der Durchfluss in der Kühlfluidgemischleitung 56 nie unter ein Mindestsicherheitsniveau fällt.
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In der 4 ist eine dritte Ausführungsform des Kompressorsystems 10 zu sehen.
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Im Folgenden wird dabei lediglich auf die Unterschiede zum Kompressorsystem 10 gemäß der ersten Ausführungsform eingegangen.
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Das Kompressorsystem 10 gemäß der dritten Ausführungsform kommt lediglich mit einem Pilotventil, nämlich dem zweiten Pilotventil 66 aus.
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Gleichzeitig ist eine dritte Steuerleitung 98 vorgesehen, über die die Druckkammer 76 und der Betätigungseingang 70 permanent mit der zweiten Kühlfluidversorgungsleitung 42 verbunden sind.
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Dabei verläuft die dritte Steuerleitung 98 innerhalb des Ventilelements 58.
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Die Druckkammer 76 und der Betätigungseingang 70 werden also permanent mit dem innerhalb der zweiten Kühlfluidversorgungsleitung 42 vorliegenden Kühlfluid 34 versorgt.
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Dabei ergibt sich ein in der Druckkammer 76 vorherrschender Druck, indem ein Druck am Ventileingang 52 um die durch die dritte Steuerleitung 98 bewirkten Druckverluste reduziert wird.
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Wie gehabt kann mittels des zweiten Pilotventils 66 gezielt eine Druckverringerung innerhalb der Druckkammer 76 und am Betätigungseingang 70 bewirkt werden.
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In der dritten Ausführungsform ist das zweite Pilotventil 66 zudem als Proportionalventil ausgebildet, sodass durch dessen Betätigung die Druckverringerung im Wesentlichen stufenlos eingestellt werden kann.
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Es ergibt sich folglich ein resultierender Druck innerhalb der Druckkammer 76 und am Betätigungseingang 70 aus dem eine Lage des Ventilelements 58 resultiert. Diese lässt sich folglich mittels einer Betätigung des zweiten Pilotventils 66 regeln
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In den 5 bis 7 ist das Mischventil 50 im Detail dargestellt.
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Dabei ist in der 5 das Ventilelement 58 ausgehend von einer Ausgangsposition, die in der Darstellung gemäß 5 einer linken Position des Ventilelements 58 entspricht, entgegen einer Kraft der Feder 60 etwas nach rechts verlagert.
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Um dies zu bewirken, wurde der Betätigungseingang 70 zunächst mittels des ersten Pilotventils 64 mit Druck beaufschlagt. Dieser Druck wurde danach mittels des zweiten Pilotventils 66 so weit verringert, dass das Ventilelement 58 unter Berücksichtigung des in der 5 links des Ventilelements 58 vorherrschenden Drucks und der Kraft der Feder 60 die in 5 dargestellte Gleichgewichtsstellung einnimmt.
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Die in der 5 dargestellte Stellung des Ventilelements 58 bewirkt, dass mittels des Mischventils 50 Kühlfluid 34 aus der ersten Kühlfluidversorgungsleitung 40 über den Ventileingang 48 und der zweiten Kühlfluidversorgungsleitung 42 über den Ventileingang 52 in einem Mischungsverhältnis von circa 1 : 1 gemischt und in die Kühlfluidgemischleitung 56 eingeleitet wird.
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Abweichend von den Ausführungsformen in den 1 und 2 ist nun die erste Steuerleitung 68, in der das erste Pilotventil 64 vorgesehen ist, mit der zweiten Kühlfluidversorgungsleitung 42 gekoppelt.
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Das Mischventil 50 wird in einem derartigen Betriebszustand beispielsweise dann verwendet, wenn der Verdichter 12 nur vergleichsweise gering belastet ist.
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Wird ausgehend hiervon die Belastung des Verdichters 12 erhöht, kann das Ventilelement 58 weiter nach rechts verlagert werden, sodass es die in 6 dargestellte Position einnimmt. Hierfür wird in der Druckkammer 76 mittels des zweiten Pilotventils 66 eine Druckentlastung vorgenommen.
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In dieser Position wird ein großer Anteil an Kühlfluid 34, der über die zweite Kühlfluidversorgungsleitung 42 am Ventileingang 52 bereitgestellt wird, mit einem kleinen Anteil an Kühlfluid, das über die erste Kühlfluidversorgungsleitung 40 am Ventileingang 48 bereitgestellt wird, vermischt. Der Anteil an Kühlfluid 34, das zuvor mittels der Kühleinrichtung 44 gekühlt wurde, ist also vergleichsweise hoch.
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Für den Fall, dass der Verdichter 12 noch stärker belastet wird, also z. B. unter Volllast betrieben wird, kann das Ventilelement 58 noch weiter nach rechts verlagert werden, sodass, wie in 7 dargestellt, mittels des Mischventils 50 ausschließlich Kühlfluid 34 in die Kühlfluidgemischleitung 56 eingespeist wird, das über die zweite Kühlfluidversorgungsleitung 42 bereitgestellt wird. Es wird also ausschließlich mittels der Kühleinrichtung 44 gekühltes Kühlfluid verwendet.
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Wie anhand der 5 bis 7 zu sehen ist, weist das Ventilelement 58 im wesentlichen rechteckige Öffnungen auf, um Kühlfluid 34, das über die erste Kühlfluidversorgungsleitung 40 und die zweite Kühlfluidversorgungsleitung 42 an den Ventileingängen 48, 52 bereitgestellt wird, zu mischen.
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Dabei kann eine Querschnittsgröße und eine Querschnittsformen dieser Öffnungen je nach Anwendungsfall angepasst werden.
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Anstatt rechteckiger Öffnungen sind also insbesondere auch elliptische oder sechseckige Öffnungen denkbar. Dadurch lassen sich unterschiedliche Regelcharakteristika erreichen, die sich durch unterschiedliche Zusammenhänge zwischen einer Lage des Ventilelements 58 und einem auf eine der Kühlfluidversorgungsleitungen 40, 42 bezogenen Durchschnitts Durchflussquerschnitts ergeben.
