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Druck- und Volaunenregler für motorisch angetriebe Verdichter für
Gas oder Fördereinrichtungen von Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft einen Druck-
und Volumenregler für motorisch angetriebene Verdichter von Gasen oder Fördereinrichtungen
von Flüssigkeiten, wie Yentilaeoren oder Verdichter, insbesondere für SeitenJcanalverdichter,
vorzugsweise für solche Fördereinrichtungen, bei welchen der Maximaldruck am Verdichter
auf einen Wert begrenzt werden soll. Bei Verdichtern und Ventilatoren, wie sie besonders
zahlreich in der Verpackungs-, Lebensmittel-, Arzneimiti;el-und Metallindustrie
zum Einsatz kommen, werden im Zuge der Rationalisierung gesteigerte Anforderungen
an die Regelung des Drucks und des Volumens der von diesen Fördereinrichtungen FlUssigkeits-
oder Gasmengen gestellt, damit optimal wirtschaftliche Betriebsverhältnisse erreicht
werden können. Um eine möglichst günstige Anpassung der Fördereinrichtungen an die
zu beliefernde Anlage oder Maschinen erreichen zu können, ist es notwendig, daß
der Druck und das Fördervolumen stufenlos verändert werden können.
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In der Praxis sind zwar verschiedene Steuer- und Regelmöglichkeiten
üblich, wie z.B. die Regelung der Drehzahl
oder die Verwendung von
Drosselvorrichtungen. Diese können jedoch nur mit erheblichem Kostenaufwand die
notwendigen Betriebsbedingungen bereitstellen. Die Einstellung eines ganz bestimmten
Arbeitspunktes ist z.B. durch Drosselung möglich, die jedoch mit einem Leistungsverlust
verbunden ist. Den üblichen Drosselklappen oder Irisblenden haftet vor allem der
NachtRil an, daß sie im Betrieb träge sind und einen zusätzlichen Regelaufwand bedingen.
Genügend rasch arbeitende Steuer- und Regelungssysteme bekannter Bauart sind sehr
teuer und aufwendig.
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Außerdem erfordern sie eine beträchtliche Baugröße. Wenn in pulsierendem
Betrieb innerhalb kurzfristig von Druckbetrieb auf Saugbetrieb umgeschaltet werden
muß, gestatten die seither bekannt gewordenen Systeme nur bedingt die Regelung des
Druckes und des Volumens.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druck- und Volumenregler
für motorisch angetriebene Fördereinrichtungen zu schaffen, bei denen im Bedarfsfalle
das gesamte, gewünscht Fördervolumen ohne Verluste durch Drosselorgane usw. zur
Verfügung steht. Außerdem soil der Einsatz zum Saug- und Druckbetrieb ohne zusätzliche
Einrichtungen möglich sein, wobei zumal Verdichter-oder Ventilatorart die Vorrichtung
mit oder ohne Hilfsorgane in den verschiedensten Druck- und Förderbereichen eingesetzt
werden soll.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der
Regler in einem an beiden Enden geschlossenen Zylinder einen als Meßglied für den
Unterdruck bereits und als Sperrglied dienenden Meßkolben für den Saugkanal und
einem im axialen Abstand von diesem auf der gleichen Kolbenstange sitzenden Messkolben
für den Druckkanal enthält und daß zwischen dem Messkolben für den Saugkanal und
einer
der Zylinderstirnwände ein Druckkanal und zwischen dem Messkolben
für den Druckkanal und der anderen Zylinder-Stirnwand ein weiterer Druckkanal in
den Zylinder einmündet, sowie in der Mittelzone des Zylinders zwei vorzugsweise
diametral gegenüberliegende Öffnungen vorgesehen sind, deren Durchgangsquerschnitt
von dem gegen die einstellbare Kraft einer Feder bewegbaren Messkolben mindestens
teilweise und in Abhängigkeit vom Druck in den Kanälen absperrbar ist, wobei wenigstens
eine der Öffnungen von einem Messkolben frei gehalten ist.
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Der besondere Vorteil eines erfindungsgemäßen Reglers besteht darin,
daß sich die Leistungsaufnahme einer mit ihm zusammenarbeitenden Fördereinrichtung,
z B. eines Seiteiikanalvordichters, automatisch dem eingestellten Grenzwert anpassen
kann, und zwar unabhängig davon, wie der von der Fördereinrichtung gespeiste Verbraucher
sich in den jeweiligen Betriebsnausen verhält. Hierdurch können die Energiekosten
auf ein Minimum reduziert werden.
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Darüberhinaus ist ein universeller Einsatz der mit einem erfindungsgemäßen
Regler ausgerü te ten Fördereinrichtungen möglich.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung und zweckmäßige Ausgestaltungen
ergeben sich aus dem nachstehend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten
Ausftihrungsbeispiel, einem Druck- und Volumenregler für einen SeiteAkanalverdichter.
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Es zeigen: Fig. 1 den Seitenkanalverdichter teilweise in seinem axialen
Längsschnitt und teilweise in der Ansicht;
Fig. 2 in axialer Draufsicht
und in einem nach der Linie II-II in Fig. 1 geführten querschnitt durch die Anschlußkanäle
des Verdichters; Fig. 3 die Anschlußkanäle und den in diesen eingebauten, erfindungsgemäßen
Regler in einem axialen, nach der Linie III-III in Fig. 2 geführten Längsschnitt;
Fig. 4 die Anschlußkynäle, teilweise in der Ansicht, teilweise im Schnitt; Fig.
5 den Regler in seinem axialen, nach Fig. 3 entlang der Linie V geführten und quer
zur Schnittebene der Fig. 3 verlaufenden Längsschnitt; die Fig. 6 zeigen Querschnitte
und deren Schnittlinien, die bis 9 in Fig. 5 mit entsprechenden römischen Ziffern
bezeichnet; sind Der dargestellte Seitenkanalverdichter 1 hat einen elektrischen
Antriebsmotor 2, welcher mit seinem ein Ständerblechpaket 3 tragenden Motorgehäuse
4 auf die obere Gehäuseschale 5 des Verdichtergehäuses aufgesetzt ist. Auf dem unteren
Endabschnitt der Motorwelle 6 ist ein mit nicht dargestellten, radialen Schaufeln
besetzter Rotor 7 befestigt, der von der unteren Gehäuseschale 8 des Verdichtergehäuses
abgedeckt wird. Dem Rotor 7 steht der in der oberen Gehäuseschale 5 angeordnete,
im Querschnitt annähernd halbkreisförmig ausgebildete Seitenkanal 10
gegenüber.
In diesen mündet ein Unterdruckkanal 11 ein, über welchen die zu verdichtende Luft
angesaugt werden kann und weiterhin ein Druckkanal 12 ein, durch welchen die verdichtende
Luft abgeführt werden kann. Zwischen den beiden Kanälen befindet sich der erfindungsgemäße
Druck- und Volumenregler 15.
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Der Regler 15 hat ein im Querschnitt prismatisches Gehäuse 16. Dieses
ist in einen Ausschnitt 17 eingesetzt, der zwischen den Anschlußkanälen so angebracht
ist, daß er mit zwei Öffnungen, nämlich einer Öffnung 18 in der Ummantelung 19 des
Druckkanales 12 und mit einer Öffnung 20 im Mantel 21 des Unterdruckkanales 11 fluchtet.
Der Ausschnitt 17 und die beiden Öffnungen 18 und 20 sind bei der in den Fig. 3
und 5 wiedergegebenen Regler-Stellung gegeneinander abgedichtet, so daß kein Luftaustausch
zwischen dem Unterdruckkanal 11 und dem Druckkanal 12 stattfinden kann.
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Im einzelnen enthält das an einer seiner beiden Stirilseiten mit einer
Stirnplatte 23 verschlossene Gehäuse 16 des Reglers eine als Führungszylinder 24
dienende Bohrtmg, die bis zum Boden 25 des Gehäuses reicht und zwei auf einer gemeinsamen
Kolbenstange 26 sitzende, aus hochverschleißfestem Kunststoff wie Nylon oder Teflon
hergestellte Kolben, nämlich einen Messkolben und einen in axialem Abstand von diesem
angeordneten Druckkolben 28. Beide Kolben sind gegeneinander unverschiebbar auf
der Kolbenstange 26 befestigt und stehen unter dem Druck einer als Sollwert-Geber
dienenden Schraubenfeder 30. Die Kraft dieser Feder kann mit Hilfe einer Rändelschraube
31 in weiten Grenzen geändert werden. Die Rändelschraube 31 ist in das mit einem
Muttergewinde versehenen, über den Gehäusedeckel
32 des Anschlußtopfes
13 vorstehende Kopfstück einer Hülse 33 eingedreht, welche in ihrer Bohrung 34 ein
Gleitstück 35 aufnimmt, welches ebenfalls aus Nylon oder dem unter dem Handelsnamen
Teflon bekannten Kunststoff hergestellt ist. Gegen das Gleitstück 35 liegt von der
einen Seite her die Feder 30 und von der anderen Seite her der Schaft der Rändelschraube
31 an. Die jeweilige Einstellung der Rändelschraube 31 kann durch eine Kontermutter
36 gesichert werden.
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Zwischen der den Zylinder 24 begrenzenden Stirnplatte 23 und dem
Meßkolben 27 ist in der aus Fig. 3 erkennbaren Weise im Reglergehäuse 16 eine Durchgangsöffnung
40 angebracht. welche den in der Gebrauchslage oberen Arbeitsraum 37 des Zylinders
24 mit dem Unterdruckkanal über das Fenster 20 verbindet und den dort herrschenden
Unterdruck am Meßkolben 27 dauernd zur Wirkung gelangen läßt.
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Der beim AusfuhrungsbeiFPies Seitenkanalverdichters nach Fig. 1 unten
liegende Arbeitsraum 39 steht über eine zweite Duehgangsöf1?ung 41 dauernd mit dem
Druckkanal 12 über das Fenster 18 in Verbindung. In der Mittelzone des Zylinders
24 sind zwei Steueröfftungen 42 und 43 einander diametral gegenüberliegend angebracht.
Von diesen mündet die Steueröffnung in den Druckkanal 12 und die Steueröffnung 43
in den Unterdruckkanal 11. In der dargestellten Ruhelage, in welcher die Feder 30
den als Anschlag ausgebildeten Endabschnitt 46 der Kolbenstange 26 gegen den Boden
25 des
Reglergehäuses 16 drückt, werden die beiden Steueröffnungen
42 und 43 vom Mess- bzw. Steuerkolben 27 überdeckt, so daß vom Druckkanal 12 zum
Unterdruckkanal 11 keine Verbindung besteht.
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Baut sich druckseitig im Kanal 12 und somit im unteren Arbeitsraum
79 ein Überdruck auf, der den an der Feder 50 voreingestellten Sollwert überschreitet,
so wird der Druckkolben 22 samt dem gleichzeitig als Sperrglied wirkenden Meßkolben
27 gegen die Hülse 33 entgegen der Federkraft verschoben Dabei gibt der Kolben 27
in zunnehmendem Maße einem Durchgangsquerschnitt an den Steueröffnungen 42 und 43
frei so daß Luft aus dem Druckkanal 12 in den Unterdruckkanal 11 zurückgelangen
kann. Die bei der Öffnungsbewegung des Kolbens 27 sich erhöhende Rückstellkraft
der Regler feder 50 bestimmt dabei denjenigen Druck und demzvfolge denjenigen Punkt
in Bereich des Regelweges. bei welchem sich die an dem Druckkolben 28 aufbauende
Kraft das Gleichgewicht mit der Federkraft hält. Der nit Hilfe der Rändelschraube
51 veränderbare Sollwert des Drucks stellt sich somit automatisch ein sobald sich
die Druckkraft der-Feder 30 nit der auf den Kolben 28 vom Arbeitsraum 39 her wirksamen
Druckkraft im Gleiebgewicht befindet. Dieser Fall tritt regelmäßig dann auf, wenn
eine an den Druckkanal 12 angeschlossene Arbeitsmaschine oder vom Verdichter gespeiste
Vorrichtung beispielsweise bei ständig steigendem-Verbraucherwiderstand betrieben
und nach dem Ende eines Arbeitstaktes beispielsweise mittels eines in der Zeichnung
nicht dargestellten Sperrschiebers abgeschaltet wird. Dann bewegt sich der Kolben
27 so weit gegen die Hülse 33, daß der volle Durchgangsquerschnitt an den Steueröffnungen
42 und 43 zur Verfügung steht und die vom Verdichter geförderte Druckluft über den
Unterdruckkanal 27 zur Einlaßöffnung in den Seitenkanal 10 zurückströmen kann
und
dabei lediglich einen Kreislauf vollführt, ohne daß der Antriebsmotor eine höhere
Leiustung abzugeben braucht, als sie dem eingestellten Grenzdruck entspricht. Wird
jedoch der erwähnte Sperrschieber geöffnet, so steht die volle Förderleistung dem
Verbraucher sofort zur Verfügung, da dann bei geringer Druckverminderung im Druckkanal
12 und im Arbeitsraum 39 der Kolben 27 den über die beiden Steueröffnungen führenden
Überströmquerschnitt so weit schließt, wie es dem voreingestellten Sollwert entspricht.
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Der besondere Vorteil des Reglers besteht darin, daß er sehr schnell
und praktisch energielos anspricht. Die Ansprechdruckdifferenz kann beliebig fein
und schnell eingestellt werden.
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Im Unterdruckbetriebe arbeitet der Regler analog wie in dem oben beschriebenen
Betrieb im Überdruckbereich. Die über den Unterdruckkanal 11 vom Verdichter angesaugte
Luft gelangt dann über den Überdruckkanal 12 ins Freie, wobei der Kolben 27 gleichzeitig
als Mess- und als Sperrglied wirkt und die beiden Steueröffnungen 42 und 43 so lange
verschließt, bis der an der Feder 30 eingestellte Unterdruckwert im Kanal 11 und
im oberen Arbeitsraum 37 erreicht ist da bei diesem Unwerdruckbetrieb der untere
Arbeitsraum 39 entlostet ist und auf den Messkolben 28+/ annähernd der Außenluftdruck
wirkt, gibt der Kolben 27 dann die Steueröffnungen 42 und 43 frei, wenn der Unterdruckwert
erreicht ist. Man kann in entsprechendem Volumen Luft aus dem Druckkanal 12 in den
Unterdruckkanal 11 nachströmen, jedoch jeweils nur so viel, als es für die Aufrechterhaltung
des voreingestellten Druckwertes notwendig ist.
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+/ für den Druckkanal
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel
erfolgt die Regelung ohne Hilfsenergie lediglich duch die mechanischpneumatische
Einwirkung des im Druckkanal 12 bzw. Unterdruckkanal 11 wirksamen Ist-Wertes, der
einerseits auf die Kolben 27 und 28 wirkt und die Rückstellkraft andererseits von
der Regler feder 30 aufgebracht wird. Die IIauptachse des dargestellten, mechanisch-pneumatischen
Reglers verläuft beim Ausführungsbe;Ls-piel parallel zur Strömungsrichtung des angesaugten
und verdichteten Mediums, kann jedoch Je nach den Erfordernissen des mit dem Regler
zusammenarbeitenden Verdichters oder Ventilators beliebig gewählt werden. Ein besonderer
Vorteil besteht darin, daß eine selbsttätige Uberdruck- und Unterdruckregelung gewährleistet
ist, die sowohl für den Saug.- als auch für den Druckbetrieb eingesetzt werden kann,
wobei die gesamte Förderleistung über dem ganzen Regelbereich zur Verfügung steht.
Der Regler ist ferner nicht auf die Verwendung bei gasförmigen Fördermedien beschränkt,
sondern kann auch zur Regelung von Flüssigkeiten Anwendung finden.
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(Patentansprüche)