DE3142544A1

DE3142544A1 - Kompressor und verfahren zu seiner steuerung

Info

Publication number: DE3142544A1
Application number: DE19813142544
Authority: DE
Inventors: Thomas E. 48182 Temperance Mich. Grime
Original assignee: Champion Spark Plug Co Toledo Ohio; Champion Spark Plug Co
Current assignee: DeVilbiss Co
Priority date: 1980-10-27
Filing date: 1981-10-27
Publication date: 1982-06-16
Also published as: AU7433181A; GB2086621A; AU550350B2; IT1197424B; MX159548A; BR8105739A; GB2086621B; FR2492901B1; BE890795A; FR2492901A1; IT8149557A0; CA1205057A; US4655693A

Description

Anmelderin; Champion Spark Plug Company, Toledo, Ohio, USA

Kompressor und Verfahren zu seiner Steuerung

Die Erfindung betrifft einen Kompressor und ein Verfahren zu seiner Steuerung, insbesondere ein Verfahren zur Steuerung der Drehzahl des Motors eines Luftkompressors.

Übliche Luftkompressoren enthalten einen zum Antrieb dienenden Motor. Die vom Kompressor verdichtete Luft wird einem als Vorratsspeicher dienenden Druckluftbehälter zugeführt. Für die meisten Anwendungsfälle findet ein Elektromotor mit einer konstanten Drehzahl zum Antrieb des Kompressors Verwendung. Die Verbindung des Motors mit dem Kompressor wird durch einen Riemen oder eine sonstige Antriebseinrichtung hergestellt. Mit konstanter Drehzahl arbeitende Motoren haben normalerweise einen maximalen- Nennstrom, bei dem eine sichere Betriebsweise möglich ist.

Bei der anfänglichen Luftzufuhr zu dem Druckluftbehälter ist zunächst nur ein geringer Überdruck in dem Druckluftbehälter vorhanden, so daß zunächst nur eine geringe Leistung erforderlich ist. In diesem Anfangszustand erfolgt deshalb eine sehr geringe Belastung des den Kompressor antreibenden Motors. Nach einem Anstieg des Drucks in dem Druckluftbehälter müssen der Motor und der Kompressor mit einer höheren Leistung arbeiten,, um weitere Luft in den Druckluftbehälter zuführen zu können. Dies ist darauf zurückzuführen „ daß der Kompressor Druckluft mit einem Druck zuführen muß, der größer als der Druck in dem Druckluftbehälter ist. Wenn der Luftdruck in dem Druckluftbehälter ansteigt, müssen der Motor

und der Kompressor mit höherer Leistung arbeiten, um Druckluft mit höherem Druck in den Druckluftbehälter zuführen zu können. In den meisten Anwendungsfällen wird der Motor derart ausgelegt, daß er bei oder in der Nähe seines maximalen Nennstroms arbeitet, wenn der Kompressor dem Druckluftbehälter Druckluft mit dem maximalen Druck zuführt, für den der Kompressor ausgelegt ist.

Innerhalb eines verhältnismäßig großen Betriebsbereichs des Kompressors arbeitet deshalb ein Elektromotor mit konstanter Drehzahl unterhalb seiner maximalen Nennleistung. Die Nennleistung des Motors wird deshalb nur während der begrenzten Zeitspanne ausgenutzt, während der der Kompressor Druckluft mit dem maximalen Betriebsdruck zuführt. Dadurch ergibt sich ein entsprechend geringer Wirkungsgrad des Kompressors.

Es wäre deshalb wünschenswert, eine Drehzahlsteuereinrichtung zu verwenden, mit der der den Kompressor antreibende Motor bei oder in der Nähe des maximalen Nennstroms während der gesamten Arbeitsweise des Kompressors arbeitet. Durch Ausnutzung der maximalen Nennkapazität könnte der Kompressor größere Luftvolumina mit geringerem Druck verdichten und der maximale Nenndruck könnte schneller erreicht werden.

Gemäß der Erfindung wird eine Steuereinrichtung für den Motor vorgesehen, und an dem Motor wird eine Belastungseinrichtung angeschlossen. Die Belastungseinrichtung wird getrennt von dem Motor vorgesehen und arbeitsmäßig mit dem Motor verbunden. Eine veränderliche Antriebseinrichtung wird arbeitsmäßig zwischen dem Motor und der Belastungseinrichtung vorgesehen. Die veränderliche Antriebseinrichtung enthält eine Einrichtung zur Änderung der Belastung des Motors. Zur Betätigung der veränderlichen Antriebseinrichtung dient eine Nachweiseinrichtung, um die Drehzahl und die Belastung des Motors ändern zu können.

Ferner wird gemäß der Erfindung eine Kompressoreinheit vorgesehen, die einen Motor und einen davon getrennten Kompressor aufweist. An den Kompressor ist ein Druckluftbehälter "angeschlossen. Eine veränderliche Antriebseinrichtung ist arbeitsmäßig zwischen dem Motor und dem Kompressor vorgesehen. Die veränderliche Antriebseinrichtung enthält eine Einrichtung zur Erhöhung oder Verringerung der Belastung des Motors. Eine Nachweiseinri.chtung dient zur Betätigung der veränderlichen Antriebsexrichtung.

— Q —

Durch die Erfindung wird ferner ein Verfahren zur Steuerunr der Drehzahl eines Motors geschaffen. Der Motor treibt eine Last an. Eine veränderliche Antriebseinrichtung ist arbeitsmäßig zwischen dem Motor und der Last vorgesehen- Die Betriebsbedingungen des Motors werden während der Arbeitsweise des Motors nachgewiesen. Die veränderliche Antriebseinrichtung wird in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Motors betätigt, um die Drehzahl und die Belastung des Motors zu ändern.

Ferner wird durch die Erfindung ein Verfahren zur Änderung der Belastung des Motors eines Luftkompressors geschaffen. Der Motor treibt einen Kompressor an, um einem Druckluftbehälter Druckluft zuzuführen. Der Motor ist beweglich relativ zu dem Kompressor angeordnet und eine veränderliche Antriebseinrichtung ist arbeitsmäßig zwischen dem Motor und dem Kompressor vorgesehen. Der Luftdruck in dem Druckluftbehälter wird durch eine überwachungseinrichtung nachgewiesen. Der Motor wird relativ zu dem Kompressor in Abhängigkeit von dem Luftdruck in dem Druckluftbehälter bewegt. Durch die Bewegung des Motors wird durch die veränderliche Antriebseinrichtung das Antriebsverhältnis zwischen dem Motor und dem Kompressor geändert, wodurch die Belastung des Motors geändert wird.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Steuereinrichtung für einen Motor, insbesondere für den' Motor eines Luftkompressors anzugeben, mit der Nachteile und Schwierigkeiten der genannten Art möglichst weibgehend vermieden werden können. Es soll ferner ein verbessertes Verfahren zum Betrieb eines Luftkompressors angegeben werden, mit dem ein optimaler Wirkungsgrad des Luftkompeessors erzielt werden kann.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigen?

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Luftkompressors gemäß der Erfindung?

Fig. 2 eine teilweise im Schnitt dargestellte Teilansicht des Luftkompressors in Fig. 1?

Fig., 3 eine dem Äusführungsbeispiel in Fig. 1 entsprechende vergrößerte Teildarstellung;

Fig. 4 eine teilweise im Schnitt dargestellte perspektivische Darstellung eines weiteren Äusführungsbeispiels ein«'

Kompressors gemäß der Erfindung;

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels ; und

Fig. 6 eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise eines Kompressors gemäß der Erfindung im Vergleich zu bekannten Kompressoren.

Die dargestellten Ausführungsbeispjele betreffen das bevorzugte Anwendungsgebiet der Erfindung, weshalb die Ausführungsbeisp-iele Luftkompressoren betreffen. Die Erfindung ist jedoch auf anderen Anwendungsgebieten verwendbar, beispielsweise für Gebläse, Pumpen und Förderantriebe.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine Kompressoreinheit 1, die einen Druckluftbehälter· 3 enthält. An dem Druckluftbehälter 3 ist ein Kompressor 5·angeordnet, auf dessen Welle 9 eine Riemenscheibe 7 befestigt ist. Auf dem Druckluftbehälter 3 ist ferner ein Elektromotor 15 angeordnet, der eine konstante Drehzahl hat. Eine veränderliche Antriebseinrichtung in der Form einer Riemenscheibe 18 mit einer veränderlichen Ganghöhe ist an der Abtriebswelle des Motors angeordnet. Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Riemenscheibe 18. Der Motor 15 ist auf einem verschwenkbaren Träger 19 angeordnet. Ein endloser Riemen 21 verläuft um die Riemenscheiben 7 und 18, um den Kompressor 5 über einen Riemenantrieb mit dem Motor 15 zu verbinden. Eine Lealaufrolle 23 kann an einer Stelle entlang dem Bewegungsweg des Rimens 21 angeordnet werden, welche die Ausübung einer geeigneten Spannung in dem Riemen ermöglicht.

Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des verschwenkbaren Trägers 19, an dem Motor 15 angeordnet ist. Ein Basisteil 26 des Motors 15 ist auf einem Glied 2 7 angeordnet. Das Glied 27 ist mit Hilfe eines Zapfens 31 oder einer sonstigen Befestigungseinrichtung verschwenkbar an einer Stützeinrichtung 29 angeordnet. Das Glied 27 ist derart an der Stützeinrichtung 29 angeordnet, daß es frei um die Längsachse des Zapfens 31 verschwenkt werden kann.

In dem Druckluftbehälter 3 ist ein Luftzylinder 35 angeordnet. Der Zylinder 35 enthält einen Kolben 37 mit einer Kolbenstange 39. Das freie Ende der Kolbenstange 39 ragt durch eine Öffnung in den

Druckluftbehälter vor und befindet sich in Berührung mit dim Glied 27. Das untere Ende 43 des Zylinders ist zu dem Druckluftbehälter 3 offen= Zwischen dem Kolben 37 und einem Klemmring 45 ist eine Feder 51 in dem Zylinder angeordnet. Durch Feder wird der Kolben 37 und damit die Kolbenstange 39 in Richtung auf das Glied 27 vorgespannt. Damit möglichst wenig Luft aus dem Zylinder 35 austritt, können Dichtungen entlang dem Umfang des Kolbens 37 und im Bereich sonstiger möglicher Leckstellen angeordnet werden:

Fig_o 3 zeigt die Ausbildung der Riemenscheibe 18 in Fig. 1, welche als veränderliche Antriebseinrichtung dient. Die auf der. Antriebswelle des Motors 15 angeordnete Riemenscheibe 18 besteht aus einer zentralen Welle 59, die an der Abtriebswelle des Motors 15 befestigbar ist. Die eine Seitenwand 61 der Riemenscheibe ist an der Welle 59 befestigt. Die andere Seitenwand 65 der Riemenscheibe ist gleitend verschiebbar auf der Welle 59 angeordnet. Eine Kappe 67 ist an dem Ende der Welle 59 angeordnet, das dem Motor 15 gegenüber liegt. Eine Feder 69 erstreckt sich zwischen der zweiten Seitenwand 65 und der Kappe 67. Durch die Feder 69 wird die zweite Seitenwand 65 in Richtung auf die erste Seitenwand 61 vorgespannt. Obwohl dieses Ausführungsbeispiel eine Riemenscheibe 18 mit veränderlicher Ganghöhe als veränderliche Antriebseinrichtung zeigt, die dem Motor 15 zugeordnet ist, können auch andere Einrichtung Verwendung finden, die einen veränderlichen Antrieb ermöglichen.

Im folgenden soll die Arbeitsweise in Verbindung mit den Figuren 1-3 näher erläutert werden. Bei der Erregung des Motors 15 dreht sich dessen Afo.triebsweHe mit konstanter Drehzahl. Mit der Abtriebswelle des Motors 15 dreht sich die Riemenscheibe 18, durch die der Riemen 21 angetrieben wird. Durch den über die Riemenscheiben 18 vsnä 7 verlaufenden Riemenantrieb wird deshalb der Kompressor 5 betätigt. Durch Rotation des Kompressors 5 wird dem Druckluftbehälter 3 Druckluft zugeführt.

Dar Motor 15 ist derart ausgelegt, daß er innerhalb des Arbeitsbereichs des Kompressors mit einer konstanten Drehzahl arbeitet. Der Motor 15 hat einen maximalen Wennstrom, mit dem er betrieben werden kann. Bei dem maximalen Nennstrom erzeugt der Motor 15 sein größtes Ausgangsdrehmoment. Deshalb ist es wünschenswert-

daß der Motor mit diesem maximalen Nennstrom innerhalb des gesamten Arbeitsbereichs des Kompressors arbeitet, damit der Motor 15 kontinuierlich sein maximales Ausgangsdrehmoment abgibt.

Um einen Betrieb des Motors 15 mit seinem maximalen Ausgangsdrehmoment beizubehalten, sind die Riemenscheibe 18 mit veränderlicher Ganghöhe ..und der verschwenkbare Träger 19 mit dem Motor 15 verbunden. Der verschwenkbare Träger 19 dient in Verbindung mit der in Fig. 3 vergrößert dargestellten Riemenscheibe 18 dazu,- die Lage des Motors 15 relativ zu dem Kompressor 5 und das Antriebsverhältnis zwischen dem Motor und dem Kompressor zu ändern. Durch Änderung des AntriebsVerhältnisses zwischen dem Motor und dem Kompressor kann die Drehzahl des Kompressors geändert werden.

Der Zylinder 35 dient zur Steuerung der Lage des Motors 15. Wenn der Motor 15 anfänglich anläuft und praktisch kein überdruck in dem Druckluftbehälter 3 vorhanden ist, wird der Motor 15 in Richtung auf den Kompressor 5 durch die Spannung des Riemens 21 vorgespannt. Die Spannung des Riemens 21 wird durch die Riemenscheibe 18 bewirkt. Die Feder 69 drückt die zweite Seitenwand 65 der Riemenscheibe 18 in Richtung auf die erste Seitenwand 61 der Riemenscheibe. Durch die Vorspannung der zweiten Seitenwand 65 wird die V-förmige Führungsöffnung Sie den Riemen 21 verkleinert, so daß der Riemen 21 in eine radial weiter außen liegende Lage gelangt. Durch die Spannung des Riemens 21 wird das Glied 27 um den Zapfen 31 verschwenkt, so daß der Motor 15 in Richtung des Kompressors 5 bewegt wird.

Wenn der Riemen 21 von dem Zentrum der Riemenscheibe 18 durch die Wirkung der Feder 69 radial nach außen bewegt wird, wird das Antriebsverhältnis zwischen der Riemenscheibe an dem Motor 15 und der Riemenscheibe an dem Kompressor 5 geändert. Wenn sich der Riemen 21 weiter weg von dem Zentrum der Riemenscheibe 18 bewegt, wird der Riemen 21 bei jeder Drehung der Riemenscheibe 18 schneller gefördert, so daß die Antriebsgeschwindigkeit des Riemens vergrößert wird. Auf der oberen Hälfte in Fig. 3 befindet sich der Riemen 21 in dem maximalen radialen Abstand von dem Zentrum der Riemenscheibe 18. In dieser Lage bewirkt jede Drehung des Motors 15 und der Riemenscheibe 18 eine maximale Förderbewegung des Riemens 21. Deshalb wird dann der Kompressor mit der größten Drehzahl angetrieben.

Wenn der Druck in dem Druckluftbehälter 3 ansteigt, steigt die Belastung des Kompressors an, so daß eine größere Arbeitsleistung des Kompressors erforderlich ist, um Druckluft dem Druckluftbehälter zuzuführen. Bei ansteigender Belastung des Kompressors 5 muß deshalb die Antriebsdrehzahl des Kompressors verringert werden, um eine Überlastung des Motors. 15 zu vermeiden.

Der verschwenkbare Träger 19, der Luftzylinder 35 und die Riemenscheibe 18 dienen dazu, die Betriebsdrehzahl des Kompressors 5 und des Motors 15 zu ändern. Das Ende 43 des Zylinders 35 ist gegenüber dem Druckluftbehälter 3 offen. Der Druck der Druckluft in dem Druckluftbehälter wird deshalb direkt auf den Kolben37 des Zylinders ausgeübt. Da der Druck in dem Druckluftbehälter 3 ansteigt, steigt auch die auf den Kolben 37 ausgeübte Kraft an. Diese auf den Kolben ausgeübte Kraft verursacht eine Bewegung der Kolbenstange in Richtung auf den Motor 15. Die Feder 51 in dem Zylinder 35 übt ebenfalls eine vorspannende Kraft auf die Kolbenstange 39 in Richtung auf den Motor aus. Wenn sich die Kolbenstange 39 zu dem Motor 15 bewegt, wird das Glied 27 um den Zapfen 31 verschwenkt. Durch dieses Verschwenken des Glieds 27 wird der Motor 15 weg von dem Kompressor 5 bewegt. Wenn sich der Motor 15 weg von dem Kompressor 5 bewegt, wird die Spannung des Riemens 21 erhöht. Mit der Erhöhung der Spannung des Riemens 21 wird die auf die zweite Seitenwand 65 ausgeübte Kraft größer als die Kraft aufgrund der Vorspannung der Feder 69. Deshalb wird die zweite Seitenwand 65 entlang der Welle 59 in Fig. 3 in Richtung auf die Kappe 67 verschoben. Die zweite Seitenwand 65 gleitet entlang der Welle 59, bis die Wegbewegung des Motors 15 von dem Kompressor 5 beendet ist. Die Wegbewegung des Motors 15 von dem Kompressor endet, wenn die durch die Feder 69 ausgeübte Kraft gleich der Kraft ist, die auf den Kolben 37 durch den Druck in dem Druckluftbehälter 3 .und die Vorspannung der Feder 51 ausgeübt wird.

Durch die Bewegung der zweiten Seitenwand 65 wird die V-förmige Führungsöffnung für den Riemen 21 vergrößert. Durch die Spannung des Riemens 21 wird dieser in Richtung auf das Zentrum der Riemenscheibe 18 bewegt. Wenn sich der Riemen 21 näher dem Zentrum befindet, wird das Antriebsverhältnis zwischen der Riemenscheibe 18 und der Riemenscheibe 7 auf dem Kompressor 5 geändert. Dann wird durch eine Drehung der Riemenscheibe 18 der Riemen nicht so

weit gefördert, so daß der Kompressor 5 mit einer verringerten Drehzahl angetrieben wird. Wie aus der unteren Hälfte in Fig. ersichtlich ist, kann der Risnen 21 schließlich in die innerste Lage gelangen, in der der Kompressor mit der geringsten Drehzahl angetrieben wird.

Wenn der Druck in dem Druckluftbehälter 3 ansteigt, werden der Kolben 37 und die Kolbenstange 39 weiter in Richtung auf den Motor 15 bewegt. Der.Zylinder 35, der verschwenkbare Träger 19 und die Riemenscheibe 18 sind derart ausgebildet, daß der Kompressor 5 möglichst vollständig mit der maximalen Antriebskraft des Motors 15 -während des Betriebs des Kompressors angetrieben wird. Bei niedrigem Druck in dem Druckluftbehälter 3 kann der Kompressor 5 mit einer größeren Drehzahl angetrieben werden, so daß größere Mengen von Luft mit geringem Druck dem Druckluftbehälter zugeführt werden können. Wenn der Druck in dem Druckluftbehälter ansteigt, wird die Drehzahl des Kompressors 5 verringert, so daß kleinere Luftmengen mit höherem Druck dem Druckluftbehälter 3 zugeführt werden. Die Drehzahl des Kompressors 5 ist direkt proportional dem Luftdruck in dem Druckluftbehälter. Wenn der Druck ansteigt, muß der Kompressor mit geringerer Drehzahl arbeiten, um eine Überlastung des Motors zu vermeiden. Wenn der Druck in dem Druckluftbehälter abfällt, kann der Kompressor mit einer höheren Drehzahl betrieben werden, um den geringeren Druck zu kompensieren. Obwohl sich die Drehzahl des Kompressors 5 ändert, arbeitet der Motor 15 immer mit einer konstanten Drehzahl, wobei die Belastung des Motors immer entsprechend dessen Nennleistung oder zumindest in deren Nähe erfolgt.

Die Vorspannungskraft der Feder 69, die Vorspannungskraft der Feder 51 und der Querschnitt des Kolbens 37 können derart ausgewählt werden, daß ein vorherbestimmter Luftdruck in dem Druckluftbehälter 3 aufgebaut wird, bevor der Kolben und der Kolbenschaft in Richtung auf den Motor bewegt werden. Deshalb wird ein vorherbestimmter Druck erreicht, bevor die Drehzahl des Kompressors verringert wird. Diese Betriebsweise gewährleistet, daß der Kompressor die größte Luftmenge bei niedrigem Druck dem Druckluftbehälter zuführt. Der vorgewählte Luftdruck kann jedoch nicht derart eingestellt werden, daß der Motor überlastet wird., bevor er sich weg von dem Kompressor bewegt und die Drehzahl verringert.

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- 15 mit der der Kompressor rotiert.

Fig. 4 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel mit einer Leerlaufrolle (73.), an der der Riemen 21 angreigto Diese Leerlaufrolle ist an einem Stützarm 75 angeordnet. Die Leerlaufrolle 73 und der Stützarm 75 sind gleitend verschiebbar an einem Rahmen. 77 angeordnet. Ein Luftzylinder 79 mit einer Kolbenstange 81 und einem nicht dargestellten Kolben, der wie der Zylinder 35 in Fig.

2 ausgebildet sein kann, ist auf dem Rahmen 77 angeordnet. Die Kolbenstange 81 greift an dem Stützarm 75 an, der gleitend verschiebbar an dem Rahmen 77 angeordnet 1st. Eine Leitung 83 verbindet den Druckluftbe,hälter 3 mit dem Zylinder 79.

Die Arbeitsweise des Ai^rührungsbeispiels in Fig. 4 entspricht im wesentlichen derjenigen des Ausführungsbeispiels in Fig. 1 -

3 im Hinblick auf den verschwenkbaren Träger 19 und den Zylinder 35 zur Änderung der Lage des Riemens 21 mit Hilfe der veränderlichen Riemenscheibe 18 an dem Motor 15. Der Druck in dem Druckluftbehälter 3 wird dem. Zylinder 79 durch die Leitung 83 zugeführt ο Eine Erhöhung des Luftdrucks in dem Drucklußbehälter verursacht eine Bewegung des Kolbens in dem Zylinder 79 zu dem Stützarm 75. Die Bewegung des Kolbens verursacht, daß die Kolbenstange 81 sich ebenfalls in Richtung auf den Stützarm 75 bewegt» Die Bewegung der Kolbenstange 81 verursacht eine Bewegung des Stützarms 75 in Richtung auf den Riemen 21. Deshalb bewegt bei einem Druckanstieg in dem Druckluftbehälter 3 die Kolbenstange 81 den Stützarm 75 und die Leerlaufrolle 73 in eine Richtung, durch die die Spannung des Riemens 21 erhöht wird. Die erhöhte Spannung des Riemens 21 verursacht, daß die zweite Seitenwand 65 der Riemenscheibe 18 entlang der Welle 59 gleitet. Wenn sich die zweite Seitenwand 65 entlang der Welle 59 bewegt „ wird wegen der Vergrößerung, der Führungsöffnung der Riemen 21 in Richtung auf das Zentrum der Riemenscheibe 18 bewegt. Wie bereits erläutert wurde, ändert sich die Umlaufgeschwindigkeit des Riemens, wenn der Riemen in eine andere Lage in der Führungsöffnung bewegt wird. Mit der Änderung der Umlaufgeschwindigkeit des Riemens 21 wird auch die Arbeitsdrehzahl des Kompressors 5 geändert. Deshalb ändert sich die Drehzahl des Kompressor in Abhängigkeit von dem Druck in dem Drucklufthbehälter 3.

Die Leerlaufrolle 73„ der Zylinder 79 und die veränderliche Rie-

menscheibe 18 sind bei diesem Ausführungsbeispiel derart ausgebildet, daß der Kompressor 5 im gesamten Betriebsbereich des Kompressors mit einer Drehzahl arbeitet, bei der erreicht wird, daß der Motor 15 mit oder in der Nähe der maximalen Kapazität des Motors arbeitet.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten abgewandelten Ausführungsbeispiel ist ein Antriebsmotor 87 auf einem verschwenkbaren Träger 86 an- geordnet. Die in Fig. 3 dargestellte Riemenscheibe 18 ist an der Abtriebswelle des Motors 87 angeordnet.' Der Riemen 2.1 verbindet den Motor 87 mit einem nicht dargestellten Kompressor oder einer sonstigen Last. Der mit konstanter Drehzahl arbeitende Motor 87 ist über Leiter 89,90 mit einem Spannungsnetz verbunden. Ein Widerstand 91 ist in dem einen Leiter 91 angrenzend an den Motor 87 angeschbssen. Ein Leiter 92 ist mit dem Leiter 90 zwischen dem Widerstand 91 und dem Motor 97 verbunden. Eine. Verbindungsleitung 93 verbindet den Leiter 90 mit der anderen Seite des Widerstands 91. Die Leiter 92 und 93 sind mit einem Gleichrichter 94 verbunden. Der Gleichrichter 94 ist mit einem Festkörper-Steuerchip 95 an sich bekannterArt verbunden. Der Widerstand 91, der Gleichrichter 9 4 und das Steuerchip 9 5 bilden eine Einrichtung zum Nachweis des Betriebszustands des Motors. Das Steuerchip 95 ist elektrisch mit einer durch einen Schrittmotor angetriebenen linearen Verstelleinrichtung 97 verbunden. Die Verstelleinrichtung weist eine Spindel 96 auf, die mit dem verschwenkbaren Träger 86 des Motors 87 verbunden ist. Derartige durch einen Schrittmotor angetriebene lineare Verstelleinrichtungen sind an sich bekannt (AIRPAX Series 92 400).

Beim Betrieb wird die Betriebsspannung über die Leiter 89,90 an · den Motor 87 angelegt, um den Motor und den Kompressor anzutreiben. Über den. Widerstand 91 erfolgt ein Spannungsabfall, der proportional der Stromstärke durch den Widerstand ist. Der Spannungsabfall über den Widerstand 91 wird über die Verbindungsleitungen 92 und 9 3 dem Gleichrichter 94 zugeführt. Der Gleichrichter 94 wandelt das dem Spannungsabfall über dem Widerstand 91 entsprechende Signal in ein Gleichspannungssignal um. Das Gleichspannungssignal wird von dem Gleichrichter an das Steuerchip 95 weitergeleitet. Das Steuerchip analysiert dieses Signal, um die Belastung des Motors 87 zu bestimmen. Wenn die Belastung des Mo-

tors nicht einem Wert entspricht, der eine optimale Arbeit.weise des Kompressors gewährleistet, wird von dem Steuerchip ein Signal zur Betätigung der linearen Verstelleinrichtung abgegeben. Dieses Signal verursacht, daß der Schrittmotor sich dreht, wodurch die Spindel 96 der Verstelleinrichtung gedreht wird. Durch die Drehung der Spindel erfolgt aufgrund deren Außengewinde eine Verschiebung der Spindel in Richtung deren Längsachse. Deshalb wird die Spindel je nach ihrer Drehrichtung zu oder weg von dem Motor 87 bewegt. Da die Spindel 96 mit.dem verschwenkbaren Träger 86.verbunden ist, werden der Träger und der Motor 87 in Abhängigkeit von der Bewegung der Spindel 96 bewegt. In dieser Weise kann mit Hilfe des Steuerchips 9 5 die lineare Verstelleinrichtung betätigt werden, um die Lage des Motors 87 relativ zu dem Kompressor zu ändern und um dadurch die Belastung des Motors zu ändern=

Durch Änderung der Lage des Motors 87 relativ zu dem Kompressor arbeiten der Riemenantrieb und die veränderliche Riemenscheibe zusammen, um das Antriebsverhältnis zwischen dem Motor und dem Kompressor zu ändern. Mit der Änderung des Übersetzungsverhältnisses wird deshalb auch die Belastung des Motors 87 geändert. Die veränderliche Riemenscheibe 18 und der Riemen 21 wirken zusammen, um die Belastung des Kompressors in Abhängigkeit von der Bewegung des Motors in der beschriebenen Weise zu ändern.

Das Steuerchip 95 ist normalerweise derart ausgebildet, daß beim· Erreichen der maximalen Nennbelastung des Motors 87 das Steuerchip ein Signal an die Verstelleinrichtung 9 7 abgibt, durch das die Spindel 96 vorgeschoben wird, so daß der Motor 87 von dem Kompressor weggeschwenkt wird. Wenn der Motor von dem Kompressor weggeschwenkt wird, wird die Belastung des Motors verringert, so daß die maximale Nennbelastung des Motors nicht überschritten wird. Wenn der unterste Punkt des Belastungsbereichs des Motors 87 erreicht wird, ,gibt das Steuerchip ein Signal an die Verstelleinrichtung 97 abf so daß durch die Drehung der Spindel 96 der Motor 87 in Richtung auf den Kompressor bewegt wird. Wenn sich der Motor in Richtung auf den Kompressor bewegt, steigt die Belastung des Motors an, so daß der Motor weiterhin in einem Bereich arbeitet, in dem praktisch ein Antrieb mit der maximalen Leistung durch den Motor erfolgt. Zwischen den hohen und ni&dri-

gea Belastungswerten, die durch das Steuerchip 95 für den Motor bestimmt werden, gibt das Steuerchip 95 kein Signal an die Verstelleinrichtung ab, so daß dann die Lage des Motors relativ zu dem Kompressor nicht geändert wird. Deshalb wird dann auch die Belastung des Motors nicht geändert. Normalerweise ist der zulässige Belastungsbereich, in dem der Motor arbeiten kann, sehr klein·. Wenn beispielsweise der maximale Nennstrom für den Motor 20 Ampere beträgt, gibt das Steuerchip 95 ein Signal an die Verstelleinrichtung 97 ab, um die Belastung des Motors zu verringern, wenn diese maximale Belastung auftritt. Die minimale Belastung kann in dem Steuerchip bei diesem Ausführungsbeispiel auf 19 Ampere eingestellt werden. Wenn die Belastung des Motors auf 19 Ampere abfällt, gibt das Steuerchip 95 ein Signal an die Verstelleinrichtung 97 ab, um die Belastung des Motors zu.erhöhen. Wenn der Motor mit einer Belastung zwischen 19 und 20 Ampere arbeitet, gibt das Steuerchip 95 kein Signal an die Verstelleinrichtung ab, so daß die Belastung des Motors nicht, geändert wird. Deshalb arbeitet bei diesem Ausführungsbeispiel der Steuermechanismus derart, daß der Motor 87 innerhalb eines sehr engen Beiastungsbereichs arbeitet. Dieser enge Belastungsbereich entspricht sehr weitgehend der maximalen Nennbelastung des Motors. Deshalb arbeitet der Motor in einem Bereich in der Nähe der maximalen Nennleistung des Motors, so daß praktisch das maximale Aus gangsdrehmoment des Motors innerhalb des gesamten Betriebsbereichs durch den Kompressor genutzt werden kann.

Die grafische Darstellung in Fig. 6 dient zur Erläuterung der verbesserten Arbeitsweise bei Anwendung der Erfindung auf einen Luftkompressor. Auf der Abzisse ist der Luftdruck (in Einheiten

2
von 0,07 kg/cm ) aufgetragen, der durch den Kompressor erzeugt wird. Auf der Ordinate ist das von dem Kompressor abgegebene Luftvolumen (in Einheiten von 0,03 m /min) angegeben.

Die Linie A betrifft die Arbeitsweise eines bekannten Luftkompressors mit einem 1 PS-Elektromotor. Die Linie B betrifft die Arbeitsweise eines bekannten Luftkompressors mit einem 2-PS-Elektromotor. Die Linie C betrifft die Arbeitsweise eines Luftkompressors gemäß der Erfindung mit einem 1 PS-Elektromotor.

Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, entspricht der Volumenausstoß eines Kompressors gemäß der Erfindung demjenigen des bekannten

Kompressors mit einem Motor für die doppelte Leistung. In üiesem Böreich beträgt der Luftausstoß eines Kompressors gemäß der

Erfindung etwa 0,05 m /min mehr als bei einem bekannten Kompressor mit einem Motor mit gleicher Leistung.

Ein Kompressor gemäß der Erfindung mit einem Motor, dessen Motor dieselbe Leistung wie der Motor eines bekannten Kompressors hat, ermöglicht deshalb einen verbesserten Wirkungsgrad entlang praktisch dem gesamten Arbeitsbereich des Kompressors. Wie ferner aus Fig. 6 ersichtlich ist, ergibt sich bei dem maximal zulässigen Druck praktisch dieselbe VolumenIeistung. Deshalb ergibt sich mit einem Kompressor gemäß der Erfindung eine verbesserte Arbeitsweise nahezu innerhalb des gesamten Arbeitsbereichs des Kompressors. Die Verbesserung des Wirkungsgrads kann also ohne Erhöhung der Nennleistung des antreibenden Motors erzielt werden.

2ο

Leerseite

Claims

Patentansprüche

Kompressor oder dergleichen durch einen Motor angetriebene Einheit, dadurch gekennzeichnet, daß eine veränderliche Antriebseinrichtung (18) arbeitsmäßig zwischen dem Motor (15) und der Einheit (5) vorgesehen ist, durch die die Belastung des Motors änderbar ist, und daß eine Nach-, weiseinrichtung (35) zur Betätigung der veränderlichen Antriebseinrichtung vorgesehen ist, durch die Belastung des Motors derart geändert werden kann, daß ein ständiger Motorbetrieb in einem an die maximale Kapazität des Motors angrenzenden Bereich durchführbar ist.

2. Kompressor oder dergleichen Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet* daß die veränderliche Antriebseinrichtung eine Riemenscheibe (18) mit einer veränderlichen Führungsöffnung ist, die auf der Abtriebswelle des Motors (15) angeordnet ist.

3. Kompressor oder dergleichen Einheit nach Anspruch 1, da — durch gekennzeichnet, daß der Motor (15) beweglich auf einem Träger (19) angeordnet ist.

4. Kompressor oder dergleichen Einheit nach Anspruch 3, d'a durch gekennzeichnet, daß die Nachweiseinrichtung eine Einrichtung zur Bewegung des Motors (15) enthält, um die veränderliche Antriebseinrichtung (18) zu aktivieren.

5. Luftkompressoreinheit nach Anspruch 1, dadurch g e kennzei c h η e t, daß der Kompressor (5) in einem Abstand von dem Motor (15) angeordnet ist, daß ein Druckluftbehälter (3) an den Kompressor angeschlossen ist, daß die veränderliche Antriebseinrichtung (18) arbeitsmäßig zwischen. . dem Motor (15) und dem Kompressor (5) vorgesehen ist und eine Einrichtung zur Erhöhung und zur Erniedrigung der Belastung des Motors enthält, und daß eine Nachweiseinrichtung (35) zur Betätigung der veränderlichen Antriebseinrichtung vorgesehen ist.

6. Luftkompressor nach Anspruch 5, dadurch g ekenn zeichnet, daß der Motor (15) ein Elektromotor mit konstanter Drehzahl ist.

7. Luftkompressor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderliche Antriebseinrichtung eine Riemenscheibe (18) mit einer verstellbaren Seitenwand (65) ist.

8. Luftkompressor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Riemenscheibe (18) auf der Abtriebswelle des Motors (15) angeordnet ist.

9. Luftkompressor nach Anspruch 5, dadurch gekennzei chnet, daß der Motor auf einem verschwenkbaren Träger (19) angeordnet ist.

10. Luftkompressor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachweiseinrichtung (35) einen Kolben (37) enthält, der arbeitsmäßig mit dem Träger (19) und dem Druckluftbehälter (3) verbunden ist.

11. Luftkompressor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leerlaufrolle (73) zwischen dem Motor (15) und dem Kompressor (5) angeordnet ist.

12. Luftkompressor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die* Nachweis einrichtung (79,81) arbeitsmäßig mit der Leerlaufrolle (73) verbunden ist.

13. Kompressoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Elektromotor (15) mit konstanter Drehzahl enthält, der an einem verschwenkbaren Träger

(19) angeordnet ist, daß eine veränderliche Riemenscheibe (18) auf der Abtriebswelle des Motors angeordnet ist,, daß der mit dem Motor antriebsmäßig verbundene Kompressor (5) in einem Abstand von dem Motor angeordnet und mit einem Druckluftbehälter (3) verbunden ist, und daß ein LuftzyUnder (35) mit dem Druckluftbehälter (3) verbunden ist, in dem ein Kolben mit einer Kolbenstange (39) angeordnet ist, die mit dem verschwenkbaren Träger (19) in Verbindung steht, wobei die Kolbenstange in Abhängigkeit von dem sich in dem Druckluftbehälter ändernden Druck verschiebbar ist, um den verschwenkbaren Träger (19) und den Motor (15) relativ zu dem Kompressor (5) zu bewegen, und wobei die Bewegung des Motors das Antriebsverhältnis zwischen dem Motor und dem Kompressor ändert, um die Belastung des Motors zu ändern.

14. Luftkompressoreinheit nach Anspruch 1, dadurch g e kennzei chnet, daB ein beweglich angeordneter Elektromotor vorgesehen ist, daß eine veränderliche Riemenscheibe an der Abtriebswelle des Motors angeordnet ist, daß der Kompressor in einem Abstand von dem Motor angeordnet und arbeitsmäßig mit dem Motor verbunden ist, daß ein Druckluftbehälter an den Kompressor angeschlossen ist, daß eine lineare Verstelleinrichtung (97) an den Motor (15) angeschlossen ist, durch die der Motor beweglich ist, daß eine Nachweiseinrichtung (91) zum Nachweis der Stromstärke für den Motor vorgesehen ist, daß ein Gleichrichter (9 4) zur Erzeugung eines zu der Stromstärke zu dem Motor proportionalen Signals angeschlossen Bt, und daß eine Steuereinrichtung (9 5) zur Betätigung der Verstelleinrichtung (9 7) in Abhängigkeit von dem von dem Gleichrichter (94) abgegebenen Signal .vorgesehen ist, um den Motor zu bewegen, so daß die Bewegung des Motors das Antriebsverhältnis zwischen dem Motor und dem Kompressor und damit die Belastung des Motors ändert.

15» Luftkompressoreinheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung (97) einen Schrittmotor zum Antrieb einer Spindel (96) enthält, und daß die Spindel mit dem beweglichen Motor (15) in Verbindung steht=

16. Luftkompressoreinheit nach Anspruch 14, dadurch gekenn ζ ei ohne t, daß durch die Steuereinrichtung (9 5) ein maximaler und ein minimaler Belastungswert für den Motor (15) bestimmbar ist, und daß die Steuereinrichtung die lineare Verstelleinrichtung (9 7) betätigt, um den Motorbetrieb in dem Belastungsbereich zu halten, der durch den minimalen Belastungswert und den maximalen Belastungswert bestimmt ist.

17. Verfahren zur Steuerung der Drehzahl eines Motors in einer Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Motor eine Belastungseinrichtung angetrieben wird, daß eine veränderliche Antriebseinrichtung arbeitsmäßig zwischen dem Motor und der Belastungseinrichtung vorgesehen ist, daß der Betriebszustand des Motors nachgewiesen wird, und daß die veränderliche Antriebseinrichtung in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Motors betätigt wird, um die Belastung des Motors zuwandern.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor beweglich auf einem Träger angeordnet und auf diesem zur Betätigung der veränderlichen Antriebseinrichtung bewegt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kompressor mit dem Motor angetrieben wird, um Luft unter Überdruck einem Druckluftbehälter zuzuführen, daß der Motor relativ zu dem Kompressor beweglich angeordnet ist, daß eine veränderliche Antriebseinrichtung arbeitsmäßig zwischen dem Motor und dem Kompressor vorgesehen ist, daß der Luftdruck in dem Druckluftbehälter nachgewiesen wird, und daß der Motor relativ zu dem Kompressor in Abhängigkeit von dem Luftdruck in dem Druckluftbehälter bewegt wird, so daß die veränderliche Antriebseinrichtung das Antriebsverhältnis zwischen dem Motor und dem Kompressor ändert, um die Belastung des Motors zu ändern.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor an einem verschwenkbaren Träger angeordnet ist und daß ein Luftzylinder mit einer darin verschiebbaren Kolbenstange mit dem verschwenkbaren Träger

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verbunden ist., und daß der Luftzylinder dazu dient, um den Luftdruck in dem Druckluftbehälter nachzuweisen.

ο Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange in dem Luftzylinder sich in Abhängigkeit von Änderungen des Luftdrucks in dem Druckluftbehälter bewegt, und daß durch die Kolbenstange der Motor auf dem verschwenkbaren Träger in Abhängigkeit von dem Luftdruck in dem Druckluftbehälter verschwenkt wird.

22- Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderliche Antriebseinrichtung auf der Abtriebswelle des Motors angeordnet ist, und daß ein Riemenantrieb den Motor mit dem Kompressor arbeitsmäßig verbindet, welcher Riemenantrieb die Lage in der veränderlichen Antriebseinrichtung ändert, um die Belastung des Motors zu ändern, wenn der Motor in Abhängigkeit von der Druckluft in dem Druckluftbehälter verschwenkt wird.

3= Verfahren nach Anspruch 19, dadurch geken nzeichnet, daß der Motor auf dem Träger verschwenkt wird, um den Motorbetrieb in der Nähe der maximalen Nennlast für den Motor entlang dem Arbeitsbereich des Luftkompressors zu halten.

„ Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekenn-' zeichnet, daß ein Motor mit konstanter Drehzahl arbeitsmäßig mit einem Luftkompressor verbunden wird, daß eine veränderliche Rienenscheibe auf dor Abtriebswellc des Motors angeordnet ist, daß der Motor den Kompressor antreibt, um einem Druckluftbehälter Druckluft zuzuführen, daß der Motor relativ zu dem Kompressor beweglich angeordnet ist, daß der Druck in dem Druckluftbehälter mit einem Luftzylinder nachgewiesen wird, der einen Kolben und einen Kolbenschaft enthält, der in Abhängigkeit von änderungen des Luftdrucks in dem Druckluftbehälter verschiebbar ist, und der mit dem beweglichen Träger für den Motor in Verbindung steht, und daß der.Motor in Abhängigkeit von der Bewegung der Kolbenstange bewegt wird, damit durch die Bewegung· des Motors die veränderliche Antriebseinrichtung das AntriebsVerhältnis zwischen dem Motor und dem Kompressor ändert, wodurch die Belastung des Motors geändert wird.

25. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gek ennzeichnet, daß ein Kompressor mit dem Motor angetrieben wird, um Druckluft einem Druckluftbehälter zuzuführen, daß der Motor beweglich relativ zu dem Kompressor ist, daß ■ eine veränderliche Antriebseinrichtung arbeitsmäßig mit dem Motor verbunden ist, daß die Stromstärke zu dem Motor nachgewiesen wird, um die Belastung des Motors zu bestimmen, daß ein der Belastung des Motors proportionales Signal erzeugt wird, und daß der Motor in Abhängigkeit von dem Signal bewegt wird, um durch die Bewegung des Motors das Antriebsverhältnis zwischen dem Motor und dem Kompressor zu ändern und um die Belastung des Motors zu ändern.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch geken η zeichnet, daß durch das Signal eine lineare Verstelleinrichtung betätigt wird, die mit dem Motor in Verbindung steht und die den Motor bewegt.