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Druckregler, insbesondere für Kompressoren Gegenstand der Erfindung
ist ein Druckregler, der dazu dient, beim Erreichen eines bestimmten Höchstdruckes
in einem Behälter die den Behälter aufladende Vorrichtung (Kompressor u. dgl.) selbsttätig
abzustellen und sie beim Sinken des Druckes auf eine bestimmte- Höhe selbsttätig
wieder anzustellen.
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Druckregler, die dieser Aufgabe dienen, sind bekannt. Sie sind meist
so ausgebildet, daß der im Behälter herrschende Druck auf eine Membran oder einen
Kolben einwirkt und entsprechend der Änderung des Druckes die Betätigung des Druckreglers
verursacht.
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Die bekannten Vorrichtungen sind so eingerichtet, daß sie ein Regeln
der Druckgrenzen, bei denen das Abstellen und das Wiedexanstellen des Kompressors
bzw. der Antriebsmaschine des Kompressors erfolgt, unabhängig voneinander zu vollziehen
gestatten. Dahingegen leiden sie an dem Nachteil, daß der Bereich, innerhalb dessen
eine Verlegung der erwähnten Grenzen möglich ist, verhältnismäßig gering ist. Auch
ist die Empfindlichkeit der bekannten Druckregler häufig nicht so fein entwickelt,
wie dies wünschenswert erscheint.
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Von den bekannten Druckreglern unterscheidet sich der Erfindungsgegenstand
vorteilhaft durch seine außerordentliche Einfachheit, beispielsweise dadurch, daß
nur eine Regulierschraube und eine Regulierfeder vorgesehen ist, die - als Zugfeder
wirkend -jedes Klemmen des mit der Feder belasteten Steuerkolbens vermeidet. Ein
hinsichtlich der Wirkung der Vorrichtung sich ergebender Vorteil. liegt in der veränderlichen
Empfindlichkeit, indem die Ausschalt- und Wiedereinschaltgrenze unabhängig voneinander
mittels einer Regulierschraube und einer Spannvorrichtung für die Zugfeder einander
derart genähert werden können, daß bereits Unterschiede von Zehnteilen einer Atmosphäre
das Aus- und Wiedereinschalten herbeizuführen vermögen, während anderseits auch
die lföglichkeit besteht, den Druckregler so einzustellen, daß erst ganz erhebliche,
ein Mehrfaches einer Atmosphäre betragende Druckunterschiede imstande sind, nach
erfolgtem Ausschalten das Wiedereinschalten herbeizuführen. Die hohe Empfindlichkeit
der Druckregler nach der Erfindung ist dadurch erreicht, daß nicht allein dem statischen
Druck, der im Behälter herrscht, sondern auch dem Strömungsdruck, der sich bei der
Ausschaltwirkung des Druckreglers einstellt, ein bestimmter Einfluß auf die Wirksamkeit
des Druckreglers eingeräumt wird und beide Druckäußerungen in ein bestimmtes Verhältnis
zu der beim Aus- und Einschalten sich ändernden Spannung der Zugfeder gebracht werden,
indem beim Ausschalten die Wirkung des Strömungsdruckes etwas rascher zunimmt
als
die hierbei ebenfalls zunehmende Federspannung, während beim Wiedereinschalten der
Strömungsdruck etwas rascher abnimmt als die hierbei sich verringernde Federspannung.
Mit welchen Mitteln eine solche Wirkung erreicht ist, geht aus den weiteren, die
Bauart des Druckreglers betreffenden Ausführungen hervor.
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Der Erfindungsgegenstand ist auf der Zeichnung in Abb. i im Schnitt,
und zwar in Verbindung mit dem Druckluftbehälter, dem zu dessen Auffüllung dienenden
Kompressor und dem Antriebsmotor dargestellt, wobei als Antriebsmotor ein Elektromotor
gewählt ist; selbstverständlich kann an dessen Stelle auch irgendeine andere bekannte
Antriebsmaschine (Dampfturbine, Wasserturbine, Kolben-, Dampf- oder Explosionsmaschine)
treten.
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i ist der Antriebsmotor, 2 der Kompressor, der vom Kompressor zu speisende
Behälter, .1 der die Erfindung verkörpernde Druckregler.
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Abb.2 ist eine schematische Darstellung, die das Verständnis der Wirkungsweise
der Druckregler zu erleichtern bestimmt ist.
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Das Gehäuse a des Reglers ist mit dem Anschlußstutzen b an den Drucksarrunelbehälter
angeschlossen. c ist ein als Hohlkolben ausgebildeter Steuerkolben, der am unteren
Ende eine Dichtungsfläche d von einem bestimmten Durchmesser und am oberen Ende
eine ringförmige Dichtungsfläche e besitzt, die sich beim Anheben des Steuerkolbens
c auf die Dichtungsfläche f eines mit dem Steuerkolben c zweckmäßig 'gleichachsig
angeordneten verschraubbaxen Anschlages g legt. Der Steuerkolben c ist in einem
zylindrischen Teil des Gehäuses a mit Spiel untergebracht, so daß er einen bestimmten
Ringquerschnitt frei läßt. Der verschraubbare Anschlag g dient zur Regelung der
Hubhöhe des Steuerkolbens c. Die Größe der vom oberen Ventilrand e begrenzten Fläche
des Steuerkolbens c muß so bemessen sein, daß der auf eine gleich große Fläche desselben
wirkende Behälterdruck bei maximalem Hub die in diesem Augenblick maximale Federspannung
um einen geringen Betrag überschreitet. In einem zylindrischen Raum, der mit demjenigen
für den Kolben c durch den Kanal /a in Verbindung steht, beiindet sich der bekannte
Schaltkolben i mit der Dichtungsfläche k, die sich bei der Ausschaltbewegung gegen
eine im Boden l angeordnete Dichtungsscheibe legt. Der hohlholbenartige Steuerkolben
c nimmt in seiner Höhlung eine Hängevorrichtung nt auf, die durch einen röhrenförmigen
Ansatz n hindurchragt und an die eine Zugfeder o angreift, die mittels einer Aufhängung
p an die mit Außengewinde versehene Hülse g angreift; letztere dient zur Regelung
der Federspannung und damit des Druckes, bei dem die Ausschaltbewegung erfolgt,
also des Ausschaltdruckes. Auf die Hülse g ist die Sicherungsmutter r aufgeschraubt.
Der röhrenförmige Ansatz n des Steuerkolbens c ragt in eine Bohrung des Gehäuses
a hinein, die bei angehobenem Steuerkolben c eine Verbindung zwischen dem Behälter
3 und dem Ausschaltkolben i vermittelt, und ist nach unten hin verjüngt, so daß
in dem Maße, wie sich der Steuerkolben hebt, der Durchstromquerschnitt für die Behälterdruckluft
sich vergrößert, und zwar rascher als die beim Anheben des Steuerkolbens c sich
ebenfalls vergrößernde Spannung der Feder o.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung sei an Hand der Abb. 2 erklärt.
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Der Steuerkolben c wird durch die Zugfeder o auf einen Ventilsitz
mit dem mittleren Sitzdurchmesser d niedergezogen. Die Zugkraft, die die Feder o
dabei ausübt, sei mit Z, bezeichnet. Dieser Kraft Zl wirkt eine Kraft P1 entgegen,
die sich als der Druck des im Behälter 3 aufgespeicherten Druckmittels darstellt.
Nimmt die Kraft P, gegenüber der Kraft Z, um einen geringen Betrag zu, indem der
Druck im Behälter 3 steigt, so wird der Kolben c von dem Sitz d abgehoben. Dabei
öffnet sich um den Ansatz n des Steuerkolbens c ein ringförmiger Spalt, der genau
so groß sein darf, daß das durch den Spalt durchströmende Druckmittel auf die Zusatzfläche
eine mit der Kraft P, sich summierende Zusatzwirkung ausübt, die bestrebt ist, den
Steuerkolben c weiter anzuheben. Wenn nun der Durchlaß völlig frei und nicht durch
den Ansatz n gedrosselt wäre, so würde der Steuerkolben bei genügend großem Durchmesser
ohne weiteres in die Endlage geschleudert werden. Nach einer hinreichenden Druckabspannung
würde er seinen Rückweg antreten. Letzterer würde bei ungehinderter Beaufschlagung
des Steuerkolbens, d. h. wenn der Zutrittsquerschnitt für das Druckmittel genügend
groß und unverändert bliebe, sich im Maße des Druckabfalles langsam vollziehen.
Zu dem anfänglichen Druckabfall, der zur Einleitung der Rückbewegung des Steuerkolbens
erforderlich ist, würde noch ein ganz bedeutender zusätzlicher Druckabfall hinzutreten
müssen, damit die Rückbewegung des Steuerkolbens bis zu Ende durchgeführt wird.
Um nun beim Erfindungsgegenstande eine fast augenblickliche Rückkehr des Steuerkolbens
in seine Ausgangsstellung herbeizuführen. wird der auf den Steuerkolben wirksame
Druck während der Bewegung des Steuerkolbens durch dessen eigentümlichen Ansatz
r: geregelt. Dieser Ansatz verändert die Durchlaßquerschnitte in jeder Hublage derart,
daß
trotz veränderlichen Federwiderstandes der Steuerkolben in jeder
Hublage nahezu im Gleichgewicht ist; d.li. den jeweiligen Federspannungen Zi, Z;,
Z.; usw. wirken Kräfte P" P.,, P" usw. entgegen, die jeweils nur um einengeringen
Betrag größer sind als die zugehörigen Federkräfte. Durch den Differenzbetrag zwischen
P und Z wird die Druckabspannung bedingt, bei der das Ventil ungehindert auf seinen
Sitz fällt.
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Man denke sich den Steuerkolben in der Lage II, so gibt der Ansatz
n einen Durchlaß frei, der so viel Druckmittel durchströmen läßt, daß der resultierende
Druck (statischer und dynamischer Druck)
etwas gröber ist als die Federspannung _ ,
Denkt man sich den Steuerkolben in einer neuen Stellung III, so gibt der Ansatz
wieder einen größeren Durchgangsquerschnitt frei. so daß dem um Z." vergrößerten
Federwiderstand
eine größere Druckkraft entspricht. Stellt man sich die
mögliche Anzahl der verschiedenen Kolbenlagen vor und die zu diesen Lagen gehörigen
Durchlaßquerschnitte, so ergibt sich die Form des Kolbenansatzes n, deren theoretische
Ermittelung sehr schwierig ist. Sie wird dagegen durch praktische Versuche leicht
ermittelt.
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Wenn der Steuerkolben in seiner Endlage auf dem Anschlag g angelangt
ist, so wird er durch den nunmehr nur statisch wirkenden Behälterdruck gegen die
Spannung der Eeder auf dem Sitz festgehalten.
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Es seien beispielsweise der Ausschaltdruck im Behälter B = 6 Atm.
und die Fläche des von dem Sitz e eingeschlossenen Steuerkolbenteiles = 5 qcm, so
ist der statische Druck, der den Kolben in der Endlage festhält, kg. Die Federspannung
in dieser Hublage betrage 29 kg. Dann erfolgt die Rückbewegung des Steuerkolbens
bei einer Druckabnahme von 0,2 Atm. Nach den vorigen Ausführungen wird beim Zurückgehen
* des Kolbens durch den Ansatz n die Drucknitteldurchlaßöffnung so gedrosselt, daß
die Druckwirkung des Druckmittels auf den Kolben schneller abnimmt als die Federspannung.
Ins olgedessen fällt der Kolben in einem Zuge auf seinen Sitz zurück. Das in dem
Zylinderraum für den Schaltkolben befindliche Druckmittel entweicht über den Kanal
h und um den Steuerkolben c herum durch den Freiluftkanal i. Durch Zurückgehen des
Schaltkolbens i erfolgt Wiedereinschaltung des Stroines. Verändert man die Lage
des AnschlazzZ-es ff, indem man ihn tiefer stellt, während der Ausschaltdruck von
6 Atm. beibehalten wird, so ist die Federspannung bei völlig angehobenem Ventilkolben
naturgemäß kleiner geworden; sie beträgt beispielsweise 25 kg. Um nun die
Wiedereinschaltbewegung zu veranlassen, muß im Behälter eine Druckabspannung von
i Atm. eintreten. An Hand der gewählten Beispiele sieht man, daß es möglich ist,
innerhalb der durch die angewendeten 'Mittel begrenzten Verhältnisse jede beliebige
Druckdifferenz einzustellen.
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Der Kanal t (Abb. 2) kann so bemessen werden, daß beim Hochgehen des
Steuerkolbens das vom Kolben durchgelassene Druckmittel- spannungslos ins Freie
entweicht. Dahingegen kann bei der Rückbewegung des Steuerkolbens c durch das durch
den Kanalk noch hinzutretende Druckmittel eine Stauung eintreten, die im Sinne des
Schließens einen ganz geringen Hilfsdruck erzeugt, der fabrikationstechnische Ungenauigkeiten
der Feder und des Kolbens ausgleicht.
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Selbstverständlich wird der Rahmen der Erfindung nicht dadurch verlassen,
daß man beispielsweise auf die Anordnung des Ausschaltkolbens i verzichtet und den
Einfluß auf den Antriebsmotor des Kompressors dem Steuerkolben c unmittelbar zuweist,
indem man diesen so ausführt, daß er beispielsweise in seiner Tiefstellung den Stromschluß
vermittelt, beim Anheben aber den Strom unterbricht.