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Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckwellengeber für pneumatische
Gestänge mit einstellbarer Frequenz und Amplitude.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Frequenz- und Amplitudeneinstellung
der Druckimpulse vom Druckimpulsgeber mit einfachen Mitteln zu erleichtern.
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Diese Aufgabe wird durch folgende, zum Teil für sich bekannte Merkmale
gelöst: a) Der Druckwellengeber besteht aus einem Hubkolbenverdränger dessen Zylinder
über ein einstellbares Drosselventil mit der Saugseite in Verbindung steht und dessen
Arbeitstakt durch die Drehzahl eines Antriebsmotors bestimmt ist.
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b) indem dem oberen Totpunkt zugewandten Teil der Zylinderwand ist
ein Ringkanal angeordnet, der über eine am Zylinderende befindliche Öffnung sowie
über Öffnungen, die unterhalb des Zylinderendes am Zylinderumfang verteilt sind,
mit dem Zylinder in Verbindung steht.
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c) in dem dem unteren Totpunkt zugewandten Teil der Zylinderwand ist
ein weiterer Ringkanal anordnet, der einerseits mit der Atmosphäre und andererseits
mit dem Zylinder in Verbindung steht über Öffnungen, die an einer Stelle oberhalb
des sich in seinem unteren Totpunkt befindlichen Kolbenbodens in den Zylinder münden.
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d) Das Drosselventil ist in einem Verbindungskanal zwischen den beiden
Ringkanälen eingebaut. e) Der Kolben weist an seiner Lauffläche eine Ringnut auf,
die über Öffnungen mit dem an die Atmosphäre angeschlossenen Kurbelgehäuse unter
dem Kolben in Verbindung steht.
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f) Die Ringnut ist im Kolben so angeordnet, daß sie im oberen Kolbentotpunkt
mit den Öffnungen in der Zylinderwand fluchtet.
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Es ist bereits bekannt, pneumatische Druckwellen zum Fernbetätigen
von Schaltern, die am Ende einer Druckleitung angeordnet sind, zu verwenden. Zur
Erzeugung der pneumatischen Druckwellen dienen Druckgeber. Die Frequenz der Druckwellen
wird durch den Zeitabstand bestimmt, mit dem der Druckgeber betätigt wird. Die Amplitude
bzw. Intensität der Druckwellen könnte dabei durch die Größe der Zeitspanne, in
der der Druckgeber betätigt wird, bzw. durch die Größe des effektiven Hubes des
Geberkolbens verändert werden. Ferner sind Einrichtungen zur stufenlosen Leistungsregelung
von stehenden Gleichstromverdichtern bekannt, bei denen Hilfsventile in jedem Zylindermantel
angeordnet sind. Außerdem ist es für verschiedene Anwendungszwecke bekannt, Zylinderwandungen
und Kolben mit Kanälen bzw. Öffnungen zu versehen, sowie Ventile von Kolbenmaschinen
als Regel- bzw. Drosselventile auszubilden. Mit allen diesen bekannten Vorrichtungen
kann die obengenannte Aufgabe nicht gelöst werden.
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Die Erfindung dient nicht nur dazu, Schaltvorgänge auszulösen, sondern
sie ist beispielsweise auch als pneumatischer Antrieb, z. B. für eine Membranpumpe,
benutzbar. Membranpumpenantriebe mit hydraulischer Kraftübertragung sind bereits
bekannt. Diese weisen bereits Mittel zum Verändern des Hubes, d. h. der Amplitude,
der Druckwellen auf. Wegen der Verwendung eines flüssigen Arbeitsmediums ist der
Aufbau einer solchen bekannten Antriebseinrichtung jedoch wesentlich anders als
der Aufbau des Erfindungsgegenstandes. Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung
ist das Drosselventil als Nadelventil ausgebildet. Außerdem ist es vorteilhaft,
daß an eine Rohrleitung, die den weiteren Ringkanal mit der Atmosphäre verbindet,
eine Schmiervorrichtung angeschlossen wird, die derart ausgebildet ist, daß sie
die Luft veranlaßt, Schmieröl mit in den Zylinderraum hineinzureißen. Dadurch findet
praktisch eine selbsttätige Schmierung und damit eine Verlängerung der Lebensdauer
des Druckimpulsgebers statt.
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Der Erfindungsgegenstand zeichnet sich durch einen einfachen und dennoch
praktisch störunanfälligen Aufbau aus.
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An Hand der F i g. 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine perspektivische Darstellung eines Druckwellengebers,
teilweise im Schnitt, F i g. 2 eine perspektivische Darstellung eines Teiles dieses
Druckwellengebers in größerem Maßstab, ebenfalls teilweise im Schnitt.
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Der Druckwellengeber ist als Kolbenverdichter konstruiert und besteht
somit aus einem Verdichteraggregat 1, das mit einer Grundplatte 2 versehen ist und
ein Kurbelgehäuse 3 sowie einen Zylinder 4 umfaßt, der am oberen Ende des
Aggregates 1 durch Schrauben befestigt ist und eine Zylinderauskleidung bzw. Zylinderwand
5 und einem im Zylinder verschiebbaren Kolben 6 aufweist. Der Kolben 6 ist über
eine Kolbenstange 7 und eine Kurbel 8 im Kurbelgehäuse mit einer Kurbelwelle 9 verbunden,
die in Lagern außerhalb des Kurbelgehäuses montiert und dort an einen elektrischen
Antriebsmotor 10 angekuppelt ist.
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Im Zylinder 4 befinden sich an dessen Innenseite zwei ringförmige
Nuten als Ringkanäle 11 und 12, die in einem Axialabstand voneinander angeordnet
sind, der etwas geringer ist als die Hublänge des Kolbens 6 und von denen sich der
obere Ringkanal 11 am oberen Ende des Zylinders 4 befindet. Die Zylinderwand 5 endet
in einem geringen Abstand unterhalb des oberen Endes des Zylinders 4. Daher
verdeckt sie den Ringkanal 11 mit Ausnahme des oberen Teiles desselben, der
also dauernd ungehindert mit dem Inneren des Zylinders 4 in Verbindung steht. In
der Zylinderwand 5 befindet sich ferner eine Reihe von als Löcher ausgebildete Öffnungen
13, die mit dem Ringkanal 11 in Verbindung stehen. Die Zylinderwand 5 verdeckt
den unteren Ringkanal 12 im Zylinder 4 zwar vollständig, hat jedoch gegenüber diesem
Ringkanal 12 eine zweite Reihe von als Löcher ausgebildete Öffnungen 14, die den
Ringkanal 12 frei mit dem Inneren des Zylinders 4 in Verbindung setzen. In der Zylinderwand
5 ist ein in Axialrichtung verlaufender Verbindungskanal 15 angeordnet, der
die Ringkanäle 11,12 miteinander verbindet. Zwischen dem Verbindungskanal
15 und dem unteren Ringkanal 12, der dem dem Kurbelgehäuse 3 zugewendeten
Ende des Zylinders 4 zunächst angeordnet ist, befindet sich ein als Nadelventil
ausgebildetes Drosselventil 16, das von außerhalb des Zylinders 4 durch einen Knopf
1.7 derart betätigbar ist, daß es die Verbindung zwischen dem Verbindungskanal
15 und dem Ringkanal 12 öffnet bzw. schließt. Der Ringkanal 12 steht ferner über
ein Verbindungsstück 18 im Zylinder 4 und über eine Rohrleitung 19 mit einem gewissen
Strömungswiderstand mit dem Kurbelgehäuse 3 in Verbindung. Zwischen dem Verbindungsstück
18 und der Rohrleitung 19 ist eine Schmiervorrichtung
20 eingesetzt,
die mit einem Ölbehälter 21 und einem in das darin enthaltene Öl eintauchenden Saugrohr
22 ausgestattet ist. Die Wirkungsweise der Schmiervorrichtung 20 wird noch
im folgenden beschrieben. Der Kolben 6 hat eine Ringnut 23, die über eine Reihe
von als Löcher ausgebildete Öffnungen 24 mit dem Raum innerhalb des Kolbens 6 und
somit auch mit dem Kurbelgehäuse 3 frei in Verbindung steht. Im Deckel 25 des Zylinders
4 befinden sich vier Anschlußstücke 26 für den Anschluß von Druckluftschläuchen,
die als Verbindungsleitungen 27 dienen und durch die die bei der Bewegung des Kolbens
6 erzeugten pneumatischen Druckimpulse den zu steuernden oder zu betreibenden Arbeitsvorrichtungen,
beispielsweise vier Pumpen, zugeführt werden, deren jede z. B. einer anderen Druckfarbe
in einem Druckfarbenumwälzsystem zugeordnet ist.
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Die Wirkungsweise des oben beschriebenen Druckwellengebers ist folgende.
Es sei angenommen, daß das Drosselventil 16 mindestens teilweise geöffnet ist, so
daß der obere und untere Ringkanal 11 bzw. 12
über dieses Drosselventil
miteinander in Verbindung stehen, so daß ein Strömungswiderstand geschaffen ist,
dessen Wert vom Öffnungsgrad des Drosselventils abhängt. Wenn sich der Kolben 6
in seiner in den Figuren dargestellten Ausgangsstellung befindet, steht der Zylinderraum
oberhalb des Kolbens 6 über den unteren Ringkanal 12, das Verbindungsstück 18 und
die Rohrleitung 19 mit dem Kurbelgehäuse 3 in Verbindung, in dem dauernd atmosphärischer
Druck herrscht. Wenn sich während des Verdichtungshubes der Kolben 6 so weit bewegt
hat, daß er die öffnungen 14 verdeckt, wird der Zylinderraum von der Atmosphäre
getrennt, mit Ausnahme der Verbindung über die Rohrleitung 19, und während der fortdauernden
Bewegung des Kolbens 6 wird die im Zylinderraum eingeschlossene Luft verdichtet.
In dem Augenblick, in dem die umlaufende Ringnut 23 am Kolben 6 die Höhe des unteren
Ringkanals 12 in der Zylinderwand 5 erreicht, wird dieser augenblicklich direkt
über die Ringnut 23 und die Öffnungen 24 mit dem Kurbelgehäuse 3 in Verbindung gesetzt,
jedoch beginnt die Verdichtung der Luft sogleich wieder. Je nach dem Öffnungsgrad
des als Nadelventil ausgebildeten Drosselventils 16 wird ein größerer oder kleinerer
Teil der Luft während des Verdichtungshubes durch den Verbindungskanal 15, das Drosselventil
16, den Ringkanal 12, das Verbindungsstück 18 und die Rohrleitung 19 aus dem Zylinderraum
verdrängt und der Verdichtungsgrad im oberen ; Totpunkt des Kolbens 6 hängt daher
von der Einstellung des Drosselventils ab. Im oberen Totpunkt des Kolbens befindet
sich die Ringnut 23 des Kolbens 6 in der Höhe der Öffnungen 13 in der Zylinderwand
5. Dies hat zur Folge, daß der Verdichtungsraum des Zylinders 4 oberhalb des Kolbens
6 über den Ringkanal 11, die Öffnungen 13, die Ringnut 23 und die Öffnungen 24 mit
der Atmosphäre in direkte Verbindung gesetzt wird, so daß der Druck im Verdichtungsraum
plötzlich auf den atmosphärischen Druck absinkt. Wenn der Kolben 6 dann zurückkehrt
und den Strömungsweg durch die Öffnungen 13 abermals versperrt, wird im Zylinderraum
ein Vakuum erzeugt. Dieses Vakuum wird aufgehoben, wenn sich das Ende des Kolbens
6 über die Öffnungen 14 hinwegbewegt und die Luft aus dem Kurbelgehäuse
3 durch die Rohrleitung 19 in den Zylinderraum einströmen kann. Die Luft reißt dabei
gleichzeitig einen Ölnebel aus der Schmiervorrichtung 20 zur Schmierung des Zylinders
5 mit sich.
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Während des Betriebes des Verdichters wird daher ein pulsierender
Luftdruck im Zylinderraum erzeugt. Diese Druckimpulse werden durch die Verbindungsleitungen
27 den nicht dargestellten vier Pumpen zugeführt, so daß diese mit einer Impulsfrequenz
gesteuert oder angetrieben werden, die gleich ist der Drehzahl des Verdichters und
des Antriebsmotors 10 in der gleichen Zeiteinheit.
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Die Frequenz kann also durch Änderung der Motordrehzahl gesteuert
werden. Die Impulsamplitude ist durch Steuerung des Verdichtungsgrades mit Hilfe
des Drosselventils 16 steuerbar.
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Wenn der beschriebene Druckwellengeber zur Steuerung oder zum Betrieb
von weniger als vier Arbeitsvorrichtungen verwendet werden soll, sollten die dann
frei endenden Verbindungsleitungen 27 an eine geeignete Ersatzeinrichtung angeschlossen
werden. Zu diesem Zweck sind an der Außenseite des Verdichteraggregates 1 drei Hilfskammern
28 angeordnet, die drei Verbindungsstücke 29 aufweisen, deren jedes in eine der
Hilfskammern 28 führt. Diese Einrichtungen dienen für den Anschluß von bis zu drei
von den vier Druckluftschläuchen bzw. Verbindungsleitungen 27. Die Hilfskammern
28 enden, jede getrennt für sich, blind und haben je ein Volumen, das ungefähr so
gewählt ist, daß es dem Volumen der Luftkammer in einer der Arbeitsvorrichtungen
(Pumpen) entspricht oder den gleichen Gegendruck entgegensetzt, wie die betreffende
Luftkammer.