DE2419178C2 - - Google Patents
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- DE2419178C2 DE2419178C2 DE19742419178 DE2419178A DE2419178C2 DE 2419178 C2 DE2419178 C2 DE 2419178C2 DE 19742419178 DE19742419178 DE 19742419178 DE 2419178 A DE2419178 A DE 2419178A DE 2419178 C2 DE2419178 C2 DE 2419178C2
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
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- B01D53/26—Drying gases or vapours
- B01D53/261—Drying gases or vapours by adsorption
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- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
- A61C1/00—Dental machines for boring or cutting ; General features of dental machines or apparatus, e.g. hand-piece design
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von
trockener Druckluft mit einer Druckluftquelle, welche über
ein Adsorptionsfilter einen Druckluftbehälter speist, und
mit Rückführeinrichtungen zum Rückführen von trockener
Druckluft durch das Adsorptionsfilter zum Regenerieren
desselben bei abgeschalteter Druckluftquelle.
Bei der Erzeugung von Druckluft durch Ansaugen und Kom
primieren von Luft aus der Atmosphäre ergibt sich auf
grund der bekannten physikalischen Zusammenhänge Druck
luft, welche mit Wasserdampf übersättigt ist, was zur
Bildung von Kondenswasser führt, welches dem System ent
nommen werden muß. Nach Ableiten des Kondenswassers
bleibt jedoch immer noch Druckluft zurück, welche mit
Wasserdampf gesättigt ist, so daß bei einem geringfügigen
Absinken der Temperaturen erneut Kondenswasser entsteht.
Desweiteren ist es bei den üblichen Anlagen zur Druck
lufterzeugung, wie sie in vielen Betrieben verwendet
werden, im allgemeinen nicht zu vermeiden, daß Teile der
zur Schmierung des Kompressors verwendeten Fette und Öle
in die Druckluft gelangen und daß in der Druckluft
außerdem Staubteilchen und Mikroorganismen enthalten sind,
welche zusammen mit der atmosphärischen Luft vom Kompres
sor angesaugt werden. In vielen Fällen ist es tragbar,
daß die Druckluft relativ feucht und verschmutzt ist.
Dies gilt insbesondere dort, wo relativ robuste Preßluft
aggregate anzutreiben sind oder wo die Druckluft, wie
z. B. in Autowerkstätten, zur Reinigung von Maschinen
teilen verwendet wird. Andererseits gibt es eine ganze
Reihe von Anwendungsfällen, in denen trockene sowie
staub- und keimfreie Druckluft benötigt wird. Dies
gilt in erster Linie für den Einsatz von Druckluft auf
dem medizinischen Sektor, beispielsweise zum Antrieb
von Bohrturbinen für Zahnärzte. Ähnlich ist die Situation
bei empfindlichen pneumatischen Steuerungen, in denen
die Bildung von Kondenswasser und das Auftreten von
Staubteilchen Betriebsstörungen verursachen würde. Auch
das Vorhandensein von Öl- und Fettresten in der Druck
luft ist häufig nicht zulässig, da derartige Rückstände
zu Betriebsstörungen führen können oder, wie z. B. in der
Zahnmedizin zu einer Geruchs- und Geschmacksbelästigung
für den Patienten werden können.
Im Hinblick auf die häufige Forderung nach sehr sauberer
und speziell auf dem medizinischen Sektor auch keimfreier
trockener Druckluft wurden bereits Anlagen zur Trocken
lufterzeugung entwickelt, in welchen durch Kombination
mindestens eines Adsorptionsfilters mit weiteren Filter
einrichtungen zum Ausfiltern von Feststoffen und Ölrück
ständen hinsichtlich der Qualität der trockenen Druckluft
sehr günstige Ergebnisse erzielt werden.
Eine derartige Anlage ist beispielsweise in der britischen
Patentschrift 12 38 325 beschrieben, wo die von einem
Kompressor gelieferte Druckluft nach Durchlaufen eines
Öl- und Wasserabscheiders einem Adsorptionsfilter zuge
führt wird, in welchem eine weitere mechanische Filterung
sowie eine sehr intensive Trocknung erfolgt. Bei der
bekannten Trockenluftanlage wird vom Ausgang des Adsorp
tionsfilters ein Drucklufttank sowie ein Hilfstank ge
speist. Der Hilfstank dient dazu, eine vorgegebene Druck
luftmenge aufzunehmen, welche sofort nach Stillsetzen
des Kompressors in Abhängigkeit vom Erreichen eines vor
gegebenen Maximaldrucks im Drucklufttank durch das
Adsorptionsfilter und eine im Bereich des Öl- und Wasser
abscheiders vorgesehene Abzweigöffnung in die Atmosphäre
zurückgeleitet wird. Durch die aus dem Hilfstank ab
strömende getrocknete Luft wird das Adsorptionsfilter
so weit regeneriert, daß nach Entleerung des Hilfstanks
im Normalfall wieder im wesentlichen die gleichen Betriebs
bedingungen vorliegen wie zu Beginn des vorangegangenen
Arbeitszyklus des Kompressors. Die bekannte Anlage ver
sagt jedoch, wenn dem Drucklufttank über eine längere
Zeit hinweg größere Druckluftmengen entnommen werden, da
in diesem Fall der Kompressor sehr lange läuft, ohne daß
zwischendurch eine Regenerierung des Adsorptionsfilters
stattfinden würde. Außerdem ist die bekannte Anlage inso
fern sehr ungünstig als sie wechselnde Umweltbedingungen,
wie Schwankungen der Temperatur und der Luftfeuchtigkeit
nicht zu berücksichtigen vermag, so daß die Luftmenge im
Hilfstank für die meisten Fälle zu groß, für einige Fälle
jedoch zu klein ist, um eine ausreichende Regenerierung
des Adsorptionsfilters herbeizuführen, was einerseits zu
einem ungünstigen Wirkungsgrad und andererseits zu
Schwankungen der Qualität der Druckluft im Drucklufttank
führt. Ähnliche Probleme ergeben sich auch bei denjenigen
Anlagen, welche mit zwei Adsorptionsfiltern arbeiten,
die im allgemeinen mit Hilfe einer Zeitsteuerung wechsel
weise zur Filterung und Trocknung eingesetzt und re
generiert werden. Eine derartige Anlage mit zwei Adsorp
tionsfiltern ist beispielsweise in der deutschen Patent
schrift 12 82 608 beschrieben.
Aus DE-OS 16 28 166 ist eine Konstruktion bekannt, bei der
zur Regeneration aus einem Zwischenspeicher trockene Luft
über eine unmittelbar am Adsorptionsfilter sitzende
Drosselöffnung zugeführt wird. Dabei entspannt sich die
rückgeführte Luft in der das Trockenmittel enthaltenen
Kammer praktisch auf Atmosphärendruck. Das geschieht jedoch
erst im Adsorptionsfilter, so daß die der Drosselöffnung
nahen Bereiche als Übergangsbereiche keine optimalen Trock
nungsbedingungen aufweisen. Diese bekannte Konstruktion be
nutzt für die Durchführung des Trocknungszyklus wie viele
andere nur druckabhängige Steuerung. Dabei werden Trocken
zyklen auch durchgeführt, wenn es nicht erforderlich ist.
Bei lang andauernder Druckluftentnahme und damit bei Über
feuchtung der Tankluft ist keine völlige Rücktrocknung mehr
möglich. Vom Bedienungspersonal müssen Maßnahmen ergriffen
werden, um die Trocknungsmittel völlig oder zumindest aus
reichend zu regenerieren.
In der Zeitschrift "Wasser, Luft und Betrieb" 1959, Heft 2,
Seiten 31-36 ist angegeben, daß man nachgeschaltete
Trockenanlagen vollautomatisch elektrisch oder hydraulisch
für Trockenbetrieb, Regeneration oder Abtauung steuern
könne. An davon unabhängiger Stelle wird darauf hinge
wiesen, daß man zur Automatisierung der Trockenanlage in
der Rohrleitung der Trockenluft eine entsprechende Luft
feuchte-Meßeinrichtung mit Kontaktgebern vorsehen könne.
Einzelheiten dieser Meßeinrichtung und Angaben über be
sonders wirtschaftlich auch bei Überfeuchtung selbstheilen
de praktische Lösungen werden nicht genannt.
Anordnungen, wie nach US-PS 33 23 291 und anderen Schriften
haben jeweils zwei Trocknungseinrichtungen, die im Wechsel
trocknen bzw. regenerieren. Sie werden jeweils von nicht
getrockneter Kompressorluft relativ hohen Drucks und damit
geringen Trocknungsmöglichkeiten durchströmt. Dazu sind be
trächtliche, mit entsprechendem Aufwand bereitzustellende
Druckluftmengen erforderlich. Der apparative Aufwand für
zwei Trocknungseinrichtungen und zugehörige Umschaltsteuer
einrichtungen ist hoch.
Ausgehend von der vorstehend aufgezeigten Problematik
bzw. von dem vorstehend erläuterten Stand der Technik
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei gleicher
oder verbesserter Druckluftqualität unter den verschieden
sten Umwelt- und Arbeitsbedingungen enge Toleranzen für
den Feuchtigkeitsgehalt der Druckluft einzuhalten und
gleichzeitig den technischen Aufwand zu senken und den
Wirkungsgrad der Vorrichtung zu verbessern.
Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zum Erzeugen von
trockener Druckluft mit folgenden Merkmalen vorgesehen:
- - einer Druckluftquelle;
- - einem Adsorptionsfilter;
- - einem Drucklufttank, welcher aus der Druckluftquelle über das Adsorptions filter gespeist wird;
- - Rückführeinrichtungen zum Rückführen von trockener Druck luft aus dem Drucklufttank durch das Adsorptionsfilter zum Regenerieren desselben bei abgeschalteter Druckluft quelle;
- - die Rückführeinrichtungen enthalten ein Drosselventil zum Entspannen der zum Adsorptionsfilter zurückzuführenden Luft auf einen nahezu bei Atmosphärendruck liegenden Druck;
- - die Rückführeinrichtungen enthalten ein in Abhängigkeit von der Feuchtigkeit der Druckluft betätigbares Ventil;
- - das Ventil spricht auf die Feuchtigkeit der Druckluft im Drucklufttank an.
Eine solche Vorrichtung leitet einen Regenerationszyklus
nur dann ein, wenn hierfür im Hinblick auf die im Adsorp
tionsfilter bereits aufgenommene Feuchtigkeitsmenge
tatsächlich ein Bedürfnis entsteht. Unnötige Regenerations
zyklen werden also vermieden. Dadurch wird der Wirkungsgrad
der Vorrichtung verbessert. Da die Regenerationsluft dem
Arbeitsluftbehälter entnommen wird, entfällt ein zusätz
licher Hilfstank. Die Vorrichtung baut kleiner. Für einen
Hilfstank erforderliche Leitungen und Ventile entfallen.
Die Vorrichtung verursacht dadurch wesentlich weniger
Kosten. Der für eine effektive Trocknung wichtige Gesichts
punkt, die Trocknungsluft über eine Drosselöffnung zu ent
spannen, ist dahingehend verbessert worden, daß diese Ent
spannung nicht erst in dem eigentlichen Trocknungsmittel,
sondern bereits in den Rückführeinrichtungen vor Eintritt
in die Trockenmasse erfolgt. So wird das gesamte Trock
nungsmittel, mit der eine effektive Trocknung ermöglichen
den trockenen und ggf. erwärmten Rückführluft von geringem
Druck durchströmt und nicht nur der Teilbereich, in dem
sich die Luft auf Atmosphärendruck entspannt. Dadurch, daß
man die Regenerationszyklen nicht, wie bisher üblich, zeit
taktmäßig oder vom Einschaltzustand ggf. in Verbindung mit
Druckniveauschaltern einleitet, sondern daß man einen ent
spannten Rückstrom nur feuchtigkeitsabhängig durch das
Adsorptionsfilter leitet, kann man dieses in allen
Betriebszuständen auch tatsächlich wieder hinreichend
trocknen und das bei den verschiedensten atmosphärischen
Bedingungen. Die Erfindung ist bei Drucklufterzeugern für
trockene Luft anwendbar, die Stillstandszeit haben, jedoch
bei den unterschiedlichsten Wetterbedingungen mit unter
schiedlichsten Einschaltzyklen und Stillstandszeiten
arbeiten können müssen und die auch bei ungünstigen klima
tischen Bedingungen und ungünstigen Laufzeiten sich selbst
wieder vollständig trocknen können sollen. Selbst wenn der
Luftvorrat im Tank bei den gegebenen Druck- und Feuchtig
keitsverhältnissen zum völligen Regenerieren bis zum
Absinken des Druckes unter den Einschaltdruck für die
Druckluftquelle nicht ausreicht, so bleibt beim Einschalten
der Druckluftquelle das feuchtigkeitsabhängige Rückström
ventil weiterhin offen und durch die an sich für den
Rückstrom vorgesehene Leitung erfolgt ein Teilförderstrom,
der für die Anlage jedoch nicht von Nachteil ist. Ist der
Schaltdruck im Tank jedoch erreicht, so wird sofort wieder
ein Rückström- und Regenerationszyklus eingeleitet, und
zwar jeweils so oft und so lange, wie es die Feuchtig
keitsbedingungen erfordern. Diese Selbstheilung mit voll
automatischer Anpassung an die wechselnden Bedarfs
bedingungen ist insbesondere in der Praxis des Zahnarztes
von großem Wert.
Der Einsatz eines Feuchtigkeitsfühlers zur Steuerung des
Regenerationszyklus an einer Druckluftanlage, die mit Druck
schalter dem jeweiligen Luftmengenbedarf gemäß ein- und
ausschaltet und die mit Betriebsunterbrechungsphasen rech
nen kann, gestattet besonders günstige Auslegung und Dimen
sionierung, weil keine vorsorgliche Überdimensionierung er
forderlich ist. So kann man sehr unterschiedliche Einsatz
bedingungen und Entnahmemengen annehmen, weil bei ggf. vor
kommender Überfeuchtung auch unabhängig von der Wiederein
schaltung wegen Abnahme des Drucks im Tank ein Wechselspiel
zwischen Förderung von teilgetrockneter Luft in den Tank
und Rückführung derselben durch das Adsorptionsfilter
solange automatisch erfolgt, bis das Adsorptionsfilter tat
sächlich hinreichend getrocknet ist. Dieser Selbstheilungs
effekt tritt sogar bei knapper Dimensionierung und über
mäßiger Beanspruchung auf. Keine druckabhängig oder zeit
abhängig gesteuerte Schaltung für den Trockner kann ohne
nennenswerte Verluste und Überdimensionierung so gestaltet
werden, daß sie auch bei ungünstigen Bedingungen stets eine
hinreichende Regeneration bewirkt. Das ist erst durch den
Selbstheilungseffekt unter Einschluß eines geeignet ange
ordneten Feuchtigkeitsfühlers möglich, so daß mit einfachen
Mitteln eine vollautomatische Anpassung an die wechselnden
Bedarfsbedingungen, insbesondere in der Praxis des Zahn
arztes ermöglicht ist.
Durch die Maßnahme des Anspruchs 2 wird ein zusätzliches
Bauteil für die Drosseleinrichtung eingespart und vor allem
die Entspannung unmittelbar nach der Stelle, an der noch
Luft auf höherem Druckniveau benötigt wird, vorgenommen, so
daß die Luft bis zum Eintritt in das Adsorptionsfilter auch
tatsächlich voll entspannt ist.
Als besonders günstig hat es sich erwiesen, wenn gemäß
Anspruch 3 an einem Druckluftbehälter ein Ventilgehäuse mit
einem Innenraum befestigt ist, der über einen Kanal mit dem
Innern des Druckluftbehälters kommuniziert und in dem das
Fühlelement angeordnet ist, dessen Abmessungen sich
feuchtigkeitsabhängig ändern und durch dessen
Formänderungen ein Öffnen und Schließen seiner Ventil
öffnung im Ventilgehäuse herbeiführbar ist. Eine günstige
Baueinheit, die auch tatsächlich das Erfassen der Feuchtig
keit der Luft im Druckluftbehälter ermöglicht, ist so
ausgestaltet, daß die Zwischenschaltung von elektromecha
nischen Wandlern oder dgl. entfällt. Ohne aufwendige, ggf.
störanfällige und Wartung benötigende Elektronik wird ein
Ventil für beliebig lange, recht genaue feuchtigkeits
abhängige Steuerung des Rückstroms für den Bedarfszeitraum
geschaffen, die den jeweiligen Ortsbedingungen, sei es von
Wetter oder verfügbarer Netzspannung automatisch angepaßt
ist. Es haben sich Fühlelemente in Form von Kunststoff
bändern gemäß Anspruch 4 als besonders günstig erwiesen.
Die Längenänderung eines solchen Kunststoffbandes in
Abhängigkeit vom Feuchtigkeitsgehalt der Druckluft im
Drucklufttank wird so unter Verwendung eines geeigneten
Hebelmechanismus sehr einfach zur Betätigung des Ventils
verwendet. Der Aufbau des Ventils ist dadurch besonders
einfach und seine Betriebssicherheit sehr groß. Eine im
Ausführungsbeispiel näher erläuterte Druckfeder kann
geeignet zum Druckausgleich eingebaut sein. Als Druckluft
quelle für die Vorrichtung kann entweder ein Kompressor
oder auch ein normaler Preßluftanschluß vorgesehen werden.
Bei Verwendung eines Kompressors ist es zweckmäßig, die
anfallende Kompressionswärme im Kopf des Adsorptionsfilters
über einen Wärmetauscher zum Aufwärmen der Regenerations
luft und damit zur Verbesserung des Trocknungsergebnisses
und zur Verbesserung des Wirkungsgrades zu nutzen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend
anhand der Zeichnungen erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 eine schematisierte Darstellung einer Vorrichtung
zur Erzeugung von trockener Druckluft;
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Längsschnitts
durch das Adsorptionsfilter der Vorrichtung gemäß
Fig. 1 sowie durch eine zugeordnete Ventilanordnung und
Fig. 3 eine Prinzipdarstellung eines Ventils für die Vor
richtung gemäß Fig. 1, welches über ein feuchtigkeits
empfindliches Fühlelement betätigbar ist.
Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung umfaßt einen Kompres
sor 10 mit Motor 11 als Druckluftquelle, auf welchen eine
Kühlvorrichtung 12 folgt. Es versteht sich, daß dann, wenn
als Druckluftquelle ein üblicher Preßluftanschluß
dient, auf eine Kühlvorrichtung verzichtet werden kann.
Stromabwärts hinter der Kühlvorrichtung 12 liegt eine
Ventilanordnung 14, welche üblicherweise einen Öl-
und Wasserabscheider umfaßt und welche eine Abzweig
öffnung 16 aufweist. Hinter der Ventilanordnung 14 liegt
ein Filter 18, welches, wie aus Fig. 2 deutlich wird, ein
Adsorptionsfilter sowie zusätzliche mechanische Filter
umfaßt. Das Filter 18 steht über eine weitere Ventilan
ordnung 20 mit einem Drucklufttank 22 in Verbindung. So
lange der Kompressor 10 arbeitet bzw. solange der statt
dessen vorgesehene Preßluftanschluß geöffnet ist, strömt
die ungereinigte Druckluft nach Kühlung und Vorreinigung
in der Ventilanordnung 14 durch das Filter 18, wo sie
weiter gereinigt und getrocknet wird, über die zweite
Ventilanordnung 20 in den Drucklufttank 22. Während dieser
Betriebsphase arbeitet die Vorrichtung gemäß Fig. 1 in
üblicher Weise und im wesentlichen unter Verwendung
üblicher Bauelemente bzw. Baugruppen, auf deren ins
einzelne gehende Erläuterung daher an dieser Stelle ver
zichtet werden soll. Sobald sich in dem Drucklufttank 22
ein entsprechender Druck aufgebaut hat, wird der Kom
pressor 10 über einen Druckschalter 24, der in Ver
bindung mit dem Drucklufttank 22 steht, abgeschaltet.
Während nun bei der bekannten Vorrichtung der eingangs
beschriebenen Art, welche mit einem einzigen Adsorptions
filter arbeitet, nach Abschalten des Kompressors 10 auto
matisch ein Regenerationszyklus eingeleitet wird, in
dessen Verlauf eine vorgegebene Menge trockener Druckluft
durch das Filter 18 geleitet und über die Abzweig
öffnung 16 der Ventilanordnung 14 ins Freie abgeblasen
wird, ist bei der Vorrichtung gemäß Fig. 1 die zweite
Ventilanordnung 20, wie dies weiter unten noch näher er
läutert wird, so ausgebildet, daß ein Regenerationszyklus
nur dann eingeleitet wird, wenn die Feuchtigkeit der
Druckluft im Drucklufttank 22 einen vorgegebenen oberen
Grenzwert erreicht bzw. überschreitet. Ferner wird die
zum Regenerieren des Filters 18 benötigte Druckluft direkt
dem Drucklufttank 22 entnommen und nicht einem Hilfstank,
wie dies bei den vorbekannten Vorrichtungen geschieht.
Das Filter 18 sowie die Ventilanordnung 14 sind bei
einer bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß
Fig. 1 zu einer Baueinheit zusammengefaßt, welche in Fig. 2
dargestellt ist, welche zusätzlich die Kühlvorrich
tung 12 sowie einen Teil der zweiten Ventilanordnung 20
zeigt.
Der Baueinheit gemäß Fig. 2 wird bei arbeitendem Kom
pressor 10 Druckluft über eine Zuleitung 26 zugeführt.
Die Druckluft ist durch den Kompressionsvorgang relativ
heiß und erreicht Temperaturen bis zu etwa 115°C. Da
die Reinigung und Trocknung der Druckluft erst ab
Temperaturen von ca. 60°C durchgeführt werden kann,
muß die Druckluft zunächst auf diese Temperatur abge
kühlt werden. Dies geschieht in einer Kühlschlange 28,
welche das Adsorptionsfilter 30, das in der Zeichnung
unterbrochen ist, auf seiner gesamten Länge umschlingt.
Aus der Kühlschlange 28 gelangt die abgekühlte Druckluft
zur Einlaßöffnung 32 der Ventilanordnung 14. Die Ventil
anordnung 14 besitzt im Anschluß an die Einlaßöffnung 32
zunächst einen zyklonartig wirkenden Öl- und Wasser
abscheider 34, in welchem die nach der Abkühlung in der
Kühlschlange 28 übersättigte Druckluft von Kondensations
produkten gereinigt wird, die sich am unteren Ende 36
des Vorabscheiders bzw. des Öl- und Wasserabscheiders 34
unterhalb einer Prallplatte 38 sammeln.
Der Öl- und Wasserabscheider 34 befindet sich in einer
Kammer, welche oben durch eine Membran 40 abgeschlossen
ist. An der der Kammer zugewandten Unterseite der Membran 40
ist ein Ventilstößel 42 befestigt, der mit einem Ventil
sitz 46 am unteren Ende 36 der Kammer zusammenwirkt.
Ventilstößel 42 und Ventilsitz 46 bilden gemeinsam die
verschließbare Abzweigöffnung 16 der Vorrichtung gemäß
Fig. 1.
Am oberen Ende der Kammer, welche den Öl- und Wasserab
scheider 34 enthält, ist ein Auslaßkanal 48 vorgesehen,
welcher über ein Filtersieb 50 zu verschiedenen Einzel
ventilen der Ventilanordnung 14 führt. Insgesamt sind
vier Einzelventile 52 bis 55 vorgesehen, deren Funktion
nachstehend erläutert werden soll.
Zu den Einzelventilen gehört zunächst eine Saugstrahl
düsenanordnung, welche nachstehend in üblicher Weise als
Borda-Düse 52 bezeichnet werden soll. Die Düsenöffnung
der Borda-Düse 52 ist von einer Kammer 55′ umgeben, welche
über eine Verbindungsleitung 56 mit einem Hohlraum 58
oberhalb der Membran 40 in Verbindung steht. Wenn über
die Einlaßöffnung 32 Druckluft in die Ventilanordnung 14
einströmt, entsteht in der Kammer 55′ ein Unterdruck,
welcher über die Verbindungsleitung 56 und den Hohl
raum 58 auf die Oberseite der Membran 40 wirkt und damit
den Ventilstößel 42 gegen den Ventilsitz 46 zieht. Die
vom Kompressor 10 gelieferte Druckluft kann also nicht
durch die Abzweigöffnung 16 entweichen. Parallel zu der
Borda-Düse 52 liegt als zweites Einzelventil ein Bypass-
Ventil 53, welches bei Erreichen eines Druckgefälles von
etwa 0,1 bar öffnet; so daß auch bei größeren Förder
mengen nur ein geringer Druckverlust vorhanden ist,
während die Borda-Düse 52 während des gesamten Förder
zyklus einen Druckunterschied von etwa 1 bar zwischen
Membran-Oberseite und Membran-Unterseite aufrecht
erhält. Die weiteren Einzelventile 54 und 55 bleiben
während der Speisung des Drucklufttanks 22 durch den
Kompressor 10 normalerweise geschlossen. Hinter den Einzel
ventilen 52 bis 55 liegt die Auslaßöffnung 60 der Ventil
anordnung 14.
Von der Auslaßöffnung 60 gelangt die vorgereinigte ge
sättigte Druckluft über ein weiteres Filtersieb 62 in
das Adsorptionsfilter 30. Am oberen Ende des Adsorptions
filters 30 passiert die getrocknete Druckluft ein Sinter
filter 64 sowie ein Nachfilter 66. Schließlich gelangt
die Luft aus dem Filter 18 über eine Leitung 68, in
welcher ein Rückschlagventil 69 vorgesehen ist, zu dem
Drucklufttank 22. Das Rückschlagventil 69 ist Bestandteil der
weiteren Ventilanordnung 20 in Fig. 1.
Mit dem Drucklufttank 22 ist ein Ventil 70 verbunden,
welches in Fig. 3 dargestellt ist und welches Bestandteil
der zweiten Ventilanordnung 20 ist. Der Ausgang des
Ventils 70 ist über eine Rückführleitung 72 mit dem
Filter 18, und zwar mit einem weiter unten noch zu be
schreibenden Filterkopf 74 desselben verbunden.
Das Ventil 70 enthält als Betätigungselement ein Kunst
stoffband 76, beispielsweise aus einem geeigneten Polyamid,
welches sich bei zunehmender Feuchtigkeit der in dem
Drucklufttank gespeicherten Druckluft dehnt. Das Kunst
stoffband 76 ist an seinem einen Ende 78 fest mit dem
Ventilgehäuse des Ventils 70 verbunden und an seinem
anderen Ende 80 mit dem freien Ende eines Winkelhebels 82,
welcher um einen Schwenkpunkt 84 schwenkbar ist. Der dem
Kunststoffband 76 abgewandte, in der Zeichnung horizontal
verlaufende obere Schenkel des Winkelhebels 82 trägt eine
Dichtung, beispielsweise in Form eines Gummiplättchens 86,
durch welches eine Ventilöffnung 88 verschließbar ist.
Der das Gummiplättchen 66 tragende Schenkel des Winkel
hebels 82 ist bei dem Ventil 70 plattenförmig ausgebildet;
er wird von dem Druck im Inneren des Drucklufttanks 22
beaufschlagt. Zum Ausgleich dieser Druckkräfte wirkt auf
die Oberseite des plattenförmigen Schenkels eine Druck
feder 90. Das Kunststoffbändchen 76, die Länge der Hebel
arme, die Fläche des das Gummiplättchen 86 tragenden
Hebelarms und die Druckfeder 90 sind so dimensioniert,
daß das Gummiplättchen 86, wenn die Druckluft in dem Drucklufttank 22 eine
vorgegebene Feuchtigkeit erreicht, die Ventilöff
nung 88 freigibt, so daß nunmehr ein Regenerationszyklus
eingeleitet werden kann, sobald der Kompressor 10 abge
schaltet und die Abzweigöffnung 16 geöffnet ist.
Beim Abschalten des Kompressors 10 erfolgt zunächst ein
Druckausgleich zwischen der Oberseite und der Unterseite
der Membran 40, da die Borda-Düse 52 wegen des Fehlens
einer Strömung nicht länger einen Unterdruck in dem
Hohlraum 58 aufrechterhalten kann. Nach erfolgtem Druck
ausgleich hebt der Ventilstößel 42 von dem Ventil
sitz 46 ab, so daß nunmehr die Abzweigöffnung 16 ge
öffnet ist. Durch diese Öffnung, welcher vorteilhafter
weise ein Schalldämpfer nachgeschaltet ist, strömt zu
nächst das während des Ladevorgangs gesammelte Öl-Wasser-
Gemisch nach außen ab. Anschließend strömt die in dem
Filter verbliebene Druckluft nach außen, und zwar über
das dritte Einzelventil, welches als Sperrventil 54 aus
gebildet ist. Wenn das Ventil 70 zu diesem Zeitpunkt
geschlossen ist, das heißt, wenn die Druckluft in dem
Drucklufttank 22 noch so trocken ist, daß keine Re
generation des Adsorptionsfilters 30 erforderlich ist,
dann sinkt der Druck in dem Adsorptionsfilter 30 sowie
in der Ventilanordnung 14 etwa auf Atmosphärendruck ab,
und das System befindet sich in Ruhe, bis der Druck im
Drucklufttank 22 einen unteren Grenzwert überschreitet,
woraufhin durch den Druckschalter 24 erneut der Kom
pressor 10 angelassen wird. Sobald erneut Luft aus dem
Kompressor in den Öl-Wasser-Abscheider 34 einströmt,
wird die Membran 40 schlagartig angehoben und die Ab
zweigöffnung geschlossen, so daß die Druckluft nach Pas
sieren des Filters 18 schließlich über die Leitung 68
wieder zu dem Drucklufttank 22 gepumpt wird.
Ist das Ventil 70 dagegen beim Abschalten des Kompressors
geöffnet, so strömt nach dem Druckausgleich und dem
Öffnen der Abzweigöffnung 16 trockene Druckluft aus dem
Drucklufttank 22 in das Adsorptionsfilter 30, welches
hierdurch regeneriert wird. Der Regenerationszyklus endet,
sobald der Kompressor erneut anläuft.
Wenn der Kompressor 10 seinen Betrieb nur sehr kurz unter
bricht, beispielsweise für eine Zeit von weniger als
5 Sekunden, wie dies bei kurzfristigen Stromunterbrechungen
im Speisekreis eines den Kompressor treibenden Elektro
motors der Fall sein kann, dann besteht die Gefahr, daß
der Druck in der Ventilanordnung 14 und im Filter 18
noch nicht auf Atmosphärendruck abgesunken ist. In diesem
Fall vermag die vom Kompressor 10 geförderte Druckluft
die Membran 40 nicht anzuheben, so daß sich ohne be
sondere Vorkehrungen bei geöffneter Abzweigöffnung 16
ein Gleichgewichtszustand einpendeln würde, in welchem
praktisch die gesamte, vom Kompressor 10 geförderte Luft
durch die Abzweigöffnung 16 entweichen würde. Um dem
vorzubeugen, ist ein viertes Einzelventil in Form eines
pneumatisch gegen den Druck einer Rückstellfeder be
tätigbaren Sperrventils 55 vorgesehen. Das Sperrventil
kann, wie in der Zeichnung angedeutet, in einem Gehäuse
eine Art Kolben 96 besitzen, der an seiner Oberseite über
eine Verbindungsleitung 92 mit der Auslaßöffnung 60
der Ventilanordnung 14 verbunden ist und somit von dem
Druck im Filter 18 beaufschlagt ist. Gegen die Unterseite
des Kolbens wirkt eine Druckfeder 94. Sobald der Druck
an der Oberseite des Kolbens einen gewissen unteren Grenz
wert unterschreitet, drückt die Feder 94 den Kolben 96
nach oben und gibt damit eine Verbindung zwischen dem
Hohlraum 58 auf der Oberseite der Membran 40 und einem
Drosselventil 98 frei, welches sich ins Freie öffnet.
Hierdurch wird erreicht, daß beim erneuten Anlaufen des
Kompressors 10 nach einer kurzen Unterbrechung sehr
schnell die notwendige Druckdifferenz zwischen den beiden
Seiten der Membran 40 entsteht, so daß die Abzweig
öffnung 16 nach einer kurzen Anlaufphase sicher ge
schlossen wird, woraufhin erneut die Förderung von Druck
luft zu dem Drucklufttank 22 erfolgen kann. Andererseits
behindert das Sperrventil 55 in keiner Weise die Rück
lieferung von Druckluft aus dem Tank 22 durch das Ad
sorptionsfilter 30, da während der Regenerationsphase
nur geringe Luftmengen mit geringem Druck durch die
Ventilanordnung strömen, so daß stets ein Druckausgleich
zwischen den beiden Seiten der Membran 40 gewährleistet
ist. Als günstig hat es sich auch erwiesen, wenn das
Sperrventil 55 anstelle eines Kolbens eine Membran ent
hält, welche bei ausreichend hohem Druck an der Auslaß
öffnung 60 der Ventilanordnung 14 eine Ventilöffnung ver
schließt, die zu dem Drosselventil 98 führt und diese
Ventilöffnung freigibt, sobald sie bei nachlassendem Druck
von einer Druckfeder von der Ventilöffnung abgehoben
wird.
Wie eingangs bereits erwähnt, ist am oberen Ende des
Adsorptionsfilters 30 ein spezieller Filterkopf 74 vorge
sehen, der in seinem Inneren einen Hohlraum aufweist, in
welchem sich das Nachfilter 66 befindet, unter dem das
Sinterfilter 64 angeordnet ist. Durch diesen Filter
kopf 74 ist die Zuleitung 26 hindurchgeführt, durch welche
die heiße Druckluft vom Kompressor 10 strömt. Diese
Konstruktion hat den Vorteil, daß der Filterkopf 74 bei
laufendem Kompressor 10 aufgeheizt wird, so daß die
über die Rückführleitung 72 eintreffende Druckluft
während der Regenerationsphasen erwärmt wird und damit
eine verbesserte Trockenwirkung besitzt. Aus Vor
stehendem wird deutlich, daß die Fig. 2 bezüglich der
Anordnung der Leitungen 26 und 72 im Filterkopf 74 nur
sehr schematisch ist, und daß in der Praxis die ge
nannten Leitungen so verlegt werden, daß sich eine
optimale Erwärmung des Filterkopfes 74 und eine optimale
Wärmeübertragung zu der Rückführleitung 72 ergibt.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Konstruktion
ist darin zu sehen, daß sämtliche Teile der Ventilan
ordnung 14 in einem einzigen Block untergebracht sind,
der vorzugsweise aus einem gut wärmeleitenden Material,
wie z. B. Aluminium, besteht, so daß sich zwischen der Ein
laßöffnung 32 und der Auslaßöffnung 60 praktisch kein
Temperaturgefälle ergibt. Dies ist insofern wesentlich,
als Adsorptionsfilter gegen übersättigte Druckluft sehr
empfindlich sind. Durch die betrachtete Konstruktion
des Filters 14 wird erreicht, daß hinter dem Öl-Wasser-
Abscheider 34 praktisch keine weitere Abkühlung der
Druckluft mehr auftritt, so daß dem Adsorptionsfilter 30,
welches im übrigen unmittelbar mit dem Gehäuseblock der
Filteranordnung 14 verbunden ist, gesättigte und keine
übersättigte Druckluft zugeführt wird. Der gedrängte
Aufbau des Filters 18 und der Ventilanordnung 14 in Form
einer einzigen Baueinheit führt somit zu einer Ent
lastung des Adsorptionsfilters 30 bzw. zu verkürzten
Regenerationszeiten und zu einer insgesamt höheren
Lebenserwartung des Adsorptionsfilters. Überdies bringt
die betrachtete Konstruktion der Ventilanordnung 14 den
Vorteil mit sich, daß mit dem vorhandenen pneumatischen
Druck bzw. mit daraus abgeleiteten Drücken alle Ventil
funktionen gesteuert werden können, so daß auf zusätz
liche Steuerungseinrichtungen, insbesondere auf elektri
sche Steuereinrichtungen, verzichtet werden kann. Be
sonders der Verzicht auf zusätzliche elektrische
Steuerungseinrichtungen erweist sich als sehr vorteil
haft, da die Vorrichtung nunmehr ohne Rücksicht auf die
unterschiedlichen nationalen und internationalen Be
stimmungen bezüglich der elektrischen Sicherheit und un
abhängig von den unterschiedlichen Netzspannungen und
-frequenzen fertig montiert in die unterschiedlichsten
Länder versandt werden kann. An Ort und Stelle muß
lediglich ein geeigneter Kompressor bzw. ein geeigneter
Antriebsmotor für den Kompressor oder eine andere Druck
luftquelle vorhanden sein.
Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß es günstig
ist, in den Rückführeinrichtungen ein Drosselventil vorzu
sehen, mit dessen Hilfe die in das Adsorptionsfilter zurück
geführte Luft weitgehend entspannt werden kann, um so eine
optimale Ausnutzung der Regenerationsluft und damit einen
hohen Wirkungsgrad zu erzielen. Die Wirkung eines Drossel
ventiles hat bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel die
Ventilöffnung 88, welche so eng ist und beispielsweise nur
einen Durchmesser von 0,75 mm besitzt, daß der Druck im
Adsorptionsfilter 30 während der Regenerationsphasen den
Atmosphärendruck nur noch geringfügig übersteigt.
Ferner ist es bei Vorrichtungen mit und vor allem ohne
Kompressor vorteilhaft, unmittelbar an der Einlaßöffnung 32
einen Anschlußstutzen für einen Preßluftanschluß vorzusehen,
da beim Zuführen von Druckluft aus einem Druckluftnetz die
Druckluft nicht gekühlt werden muß.
Claims (4)
1. Vorrichtung zum Erzeugen von trockener Druckluft mit
folgenden Merkmalen:
- - einer Druckluftquelle (10);
- - einem Adsorptionsfilter (18, 30);
- - einem Drucklufttank (22), welcher aus der Druckluftquelle (10) über das Adsorptionsfilter (18, 30) gespeist wird;
- - Rückführeinrichtungen (20, 70, 72) zum Rückführen von trockener Druckluft aus dem Drucklufttank (22) durch das Adsorptionsfilter (18, 30) zum Regenerie ren desselben bei abgeschalteter Druckluft quelle (10);
- - die Rückführeinrichtungen enthalten ein Drosselven til (88, 86) zum Entspannen der zum Adsorptions filter (18, 30) zurückzuführenden Luft auf einen nahezu bei Atmosphärendruck liegenden Druck;
- - die Rückführeinrichtungen (20, 70, 72) enthalten ein in Abhängigkeit von der Feuchtigkeit der Druckluft betätigbares Ventil (70; 86, 88);
- - das Ventil (70, 86, 88) spricht auf die Feuchtig keit der Druckluft im Drucklufttank (22) an.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei
das Drosselventil durch die sehr eng be
messene Ventilöffnung (88) des feuchtigkeits
abhängig gesteuerten Ventils (70) gebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei
an dem Druckluftbehälter (22) ein Ventil
gehäuse mit einem Innenraum befestigt ist,
der über einen Kanal mit dem Inneren des Druck
luftbehälters kommuniziert und in dem das
Fühlelement (76) angeordnet ist, dessen Ab
messungen sich feuchtigkeitsabhängig ändern
und durch dessen Formänderungen ein Öffnen
und Schließen seiner Ventilöffnung (88) im
Ventilgehäuse herbeiführbar ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei
das Fühlelement ein Kunststoffband (76)
ist, dessen Länge bei steigender Feuchtigkeit
zunimmt und auf einen Hebelmechanismus (82, 84)
einwirkt, mit dessen Hilfe ein Dichtungselement
(Gummiplättchen 86) bezüglich seiner Ventil
öffnung (88) zum Schließen und Öffnen derselben
bewegbar ist.
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Legal Events
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DUERR-DENTAL GMBH & CO KG, 7120 BIETIGHEIM-BISSING |
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D2 | Grant after examination | ||
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