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Vorrichtung zum Entlasten der Druckventile von Kompressoren und Gebläsen
beim Öffnen derselben. Die bisher bei Kompressoren und Gebläsen verwendeten Druckventile
mit Federbelastung erfordern zur Überwindung des Ventil'- und Federwiderstand,es
beim Öffnen und Offenhalten der Ventile einen gewissen überdruck im Zylinder. Im
Diagramm der Abb. z, das für ein Verdichtungsverhältnis von etwa 2,7 gezeichnet
ist, ist dieser Überdruck schraffiert angedeutet. Der Überdruck hat eine Vergrößerung
des Diagramms, zur Folge und wirkt daher schädlich. Die prozentuale Größe des schädlichen
Widerstandes hängt vom Verdichtungsverhältnis ab.
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Es sind Konstruktionen bekannt, bei denen das Druckventil in ' der
Öffnungsrichtung durch .eine sog. Öffnungsfeder belastet ist Derartige Druckventile
öffnen bereits, bevor im Zylinder der Druck des Druckraumes erreicht ist, wodurch
sich der schädliche Überdruck vermeiden läßt.
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Bei der vorliegenden Konstruktion wird der schädliche Überdruck dadurch
vermieden, daß die dem Druckraum zugekehrte Seite (Pufferseite) des Druckventiles.
während des Druckhubes vom. Druckraum. abgetrennt und durch Expansion des :im: Pufferraum
eingeschlossenen Druckmittels entlastet wird.
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Gegenüber den bekannten Konstruktionen zur Vermeidung des schädlichen
Überdruckes hat die vorliegende Konstruktion den Vorteil, daß die Öffnungsfeder
vollständig fortfallen kann. Das Ventil kann infolgedessen als schmaler Ring und
auch sonst einfacher ausgeführt werden, als bei den bekannten Konstruktionen möglich
ist. Durch die Wahl des Expansionsgrades bzw. des Unterdruckes läßt sich erreichen,
daß das Druckventil in dem. Augenblick, in dem im Zylinder der Druck des Druckraumes
erreicht ist, ganz oder fast ganz geöffnet ist, so daß das Druckmittel ohne Widerstand
in den Druckraum übertreten kann. -Bekanntlich hat ein geringes Voreröffnen des
Druckventiles .auf das Diagramm keinen meßbaren Einfluß. Die Diagrammvergrößerung
beträgt selbst bei erheblichem Unterdruck nur geringe Bruchteile eines Hundertteils
der Diagrammfläche. Der Arbeitsaufwand zur Entlastung des Pufferraumes ist praktisch
gleich Null.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die Entlastung
des Pufferraumes durch einen Kolbenschieber bzw. durch einen Ansatz eines differentialkolbenartigen
Schiebers bewirkt.
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Die Konstruktion ermöglicht es nun weiter noch, auch das Schließen
des Druckventiles zwangläufig zu bewirken, und zwar durch Einwirkung des in den
Pufferraum gedirückten Druckmittels.
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Es sind zwar Konstruktionen bekannt, bei denen das Schließen des Druckventiles
ebenfalls durch Einwirkung eines Druckmittels erfolgen soll, doch handelt es sich
in allen Fällen um selbsttätige Ventile, bei denen das Schließen und infolgedessen
auch die Einwirkung des Druckmittels noch während oder am, Ende des Druckhubes,
also in ganz kurzer Zeit erfolgen muß, und bei denen das verwendete Druckmittel
entweder verloren ist oder bereits während des Schließens der Ventile in den Druckraum
entweicht.
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Diesen bekannten Konstruktionen gegenüber weist die vorliegende Vorrichtung
die Vorteile auf, daß das Überdrücken des Druckmittels in den Pufferrauen und daher
auch das Schließen des Ventiles. während des Saughubes, d. h. während einer verhältnismäßig
langen Zeit erfolgt, und daß das in den Pufferraum gedrückte Druckmittel auch tatsächlich
in diesem bis zum nächsten Druckhub verbleibt und hierdurch das Schließen des Ventiles
zwangläufig bewirkt.
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Die Abb. z der Zeichnung zeigt eine derartige Vorrichtung und Konstruktion
im Schnitt. Der Kolbenschieber a in Verbindung mit den Schieberteilen a1 und a.
ist in seiner Mittelstellung gezeichnet. fn dem Schieber a ist das rohrartig ausgebildete
Rückschl'agventil b gelagert. Bewegt sich der Schieber a nach links, so entspricht
die gezeichnete Schieberstellung etwa dem Beginn des Druckhubes. Bei der Weiterbewegung
des Schiebers kommt -der Kolbenschlitz g unter den Schieberbuchsenschlitz dc und
den Zylinderkanal q. Etwa gleichzeitig wird die Bohrung i durch den Kolbenteil a,
verdeckt, während die Bohrung k in Verbindung mit -dem Kolbenraum f kommt, der durch
einen Kanal l mit dem Pufferraum c in Verbindung steht. Sobald die Bohrung i überdeckt
ist, findet im Raum f und im Pufferraum c eine Expansion statt, die sich bis zum
linken Hubende des Schiebers fortsetzt. Die Größe des erzeugten Unterdruckes hängt
von den gewählten Querschnittsverhältnissen ab.
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Die linke Totpunktstellung des Schiebers entspricht etwa Mitte Druckhub,
d. h. ungefähr dem Zeitpunkt, wo bei. normalen Verbundkompressoren das Überdrücken
des Druckmittels stattfinden soll. Sobald nun im Zyl'ind'er der Druck des Pufferraumes
erreicht ist, wird sich das Ventil b zu öffnen beginnen und wird bei voll erreichtem
Druck mehr oder weniger ganz geöffnet sein, so daß die Luft ohne schädlichen Überdruck
aus dem Zylinder in den Druckraum d übertreten kann. Sobald im Zylinder -der Druck
des Druckraumes erreicht ist, also kurz nach dem Öffnen des Ventiles b, wird auch
der kleine Steuerkolben m, der auf der linken Seite unter dem Einfluß des Druckraumes,
auf der rechten dagegen unter dem Einfluß des Zylinderdruckes und einer schwachen
Öffnungsfedern steht, in seine linke Endstellung gedrückt. Hierdurch wird die Verbindung
des Raumes f mit dem Druckraum mittels der Bohrungen k und o hergestellt, so daß
die vom Schieberbeil a2 auf dem ersten Teil des Rechtshubes verdrängte Luft in den
Druckraum entweichen kann. Nach Beendigung des Druckhubes wird der Steuerkolben
m infolge der Expansion im Zylinder wieder in die gezeichnete Stellung umgesteuert.
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Kurz nach Beendigung des Druckhubes hat der Schieber a auf seinem
Rechtsgang wieder die gezeichnete Stellung erreicht. Dabei ist aber im Gegensatz
zur Zeichnung in Wirklichkeit das Ventil b noch nicht geschlossen, sondern noch
ganz geöffnet. Bei der weiteren Rechtsbewegung wird nun das durch den Schieberteil
a2 verdrängte Druckmittel in den Pufferraum c gedrückt. Hierdurch findet ein allmähliches
Schließen des Ventiles b statt, und zwar nach Maßgabe des vom Schieber a2 verdrängten
Volumens. Wenn der Schieber in seiner rechten Endstellung angekommen ist, ist Ventil
b mit Sicherheit 'geschlossen, da sich bei entsprechenden Querschnittsverhält nissen
im Pufferraum c einbeliebiger Überdruck gegenüber dem Druckrauen.. erzielen läßt.
Damit beim Linksgag des Schiebers nicht ein Leerlaugen des Pufferraumes stattfindet,.
ist eine kleine Rückschlagplatte e vorgesehen, die sich beim Linksgang des Schiebers,
sobald der Druck im; Pufferraum wieder auf den -des Druckraumes gefallen ist, öffnet
und Druckluft aus dem; Druckraum in den Kolbenraum f treten fäßt.
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Das Diagramm der Abb. 3 zeigt den Druckverlauf im Raum f bzw. im Pufferraum
c, wie er bei der vorliegenden Konstruktion etwa eintreten wird. Es ist bezogen
auf den Weg des Schiebers a, der gegenüber dem Kornpressorkolben um etwa 9o° versetzt
ist. Die linke Diagrammseite entspricht der Zeit des Druckhubes, die rechte Seite
dem. Zeitraum des Saughubes. Statt der Rückschlagplatte e kann auch ein anderes,
selbsttätig gesteuertes Steuerorgan Verwendung finden, z. B. ein ähnlich in ausgebildeter
Steuerkolben, der durch den im Kolbenraum f wechselweise auftretenden
Über-
und Unterdruck oder auch durch den Druck der entgegengesetzten Zylinderseite umgesteuert
wird.
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Die Steuerkante p des Schiebers a steuert in bekannter Weise die Saugseite
des Kompressors.
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Abbl.4 zeigt eine weitere Ausführung derselben Steuerung, jedoch .mit
der Vereinfachung, daß die Rückschlagplatte e und der Steuerkolben m der Abb. 2
hier vollständig in Fortfall kommen. Statt dessen ist ein kleiner zusätzlicher Hilfskolben
y vorgesehen, dessen Bewegung gegenüber der des Schiebers a. um einen gewissen Kurbelwinkel
(etwa 9o°) versetzt ist. Zweckmäßig arbeitet der Hilfskolben r gleich- (oder entgegengesetzt-)
läufig mit dem, Hauptkolben des Kompressors, so daß sein Antrieb vom Gestänge des
Hauptkolbens entnommen werden kann. Bei Anwesenheit einer Steuerwelle kann der Antrieb
auch von dieser mittels Exzenter erfolgen.
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Der Kolben r bewegt sich in einem: Zylinder s, dessen linke
Seite durch eine Leitung t
mit dem Kolbenraum f verbunden ist. Der Kolben
y übt während des. ganzen oder fast des ganzen Kompressordruckhubes eine saugende
Wirkung ,auf .den Pufferraum aus und- während des ganzen oder fast des ganzen Saughubes
eine Druckwirkung. In der Mittelstellung des Schiebers a2 wird durch die Bohrung
u eine Verbindung zwischen dem Raum f und dem Druckraum hergestellt.
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Durch die Wirkurig des Kolbens d2 in Verbindung mit der des Hilfskolbens
r entsteht im Pufferraum etwa ein Druckverlauf, wie ihn das Diagramm Abb-. 5 zeigt,
das ebenfalls auf den Weg des Schiebers a bezogen ist. Die linke Diagrammseite entspricht
wieder dem Kompressordruckhub und die rechte dem Saughub, während der mittlere Teil
dem Ausgleich durch die Bohrung u (Abb. 4) entspricht.
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Das Druckventil b bleibt also bis. zum. Ende des Druckhubes infolge
des Unterdruckes zwangläuffig offen, wird dann durch die vereinigte Wirkung der
Kolben a2 und r geschlossen und bleibt bis zum .nächsten Druckhub unter der Belastung
des Überdruckes.
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Der kleine Zylinder s kann an beliebiger Stelle und in beliebiger
Entfernung vom Luftzylinder untergebracht werden. Die rechte Seite des Kolbens r
kann zur Steuerung der entgegengesetzten Luftseite verwendet werden.