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Schaltvorrichtung für Verdichteranlagen, insbesondere für Kompressionskühlanlagen
Die Erfindung betrifft eine durch Dmckflüssigkeit betätigte Schaltvorrichtung, für
Verdichteranl;agen, insbesondere fiirKompr@ess@onskühlanlagen, zur gegenüber der
Inbetriehsetzung des Verdichters verzögerten Bedienung von einem oder mehreren Abschlußorganen
und besteht darin, daß mindestens: .eines i .der Arbeitsorgane der Schaltvorrichtungeineu
nach Bedarf einstellbaren toten Hub aufweist. Jede Schaltvorrichtung kann einen
eigenen Arbeitszylinder und ein eigenes Arbeksorgan besitzen. Es können auch sämtliche
Schaltorgane von einem gemeinsamen Arb:eitsorg:an verstellt werden.
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Diese Organe können entweder durch das Verdichtungsmittel selbst :gesteuert
werden oder ,als Magnetventile oder auch als moitorangetriebene Ventile ausgebildet
sein. Es; ist bereits bekannt, diese Organe derart zu betätigen, daß der Steuerungsvorgang
nicht gleichzeitig mit dem Anlaßvorgang bzw. Abstellen des Verdichters vor sich
geht, sondern da ß eine bestimmte Verzögerung gegenüber der Inbetriebsetzung bzw.
dem Abstellen des Verdichters vorgesehen wird. So sind beispielsweise bereits Schaltvorrichtungen,
z. B. Verdichter mit umlaufenden Kolben, bekanntgeworden, bei denen unter Verwendung
einer Druckflüssigkeit der Ventilkörper erst nach einer gewissen Zeit seit dem Anlaufen
des. Verdichters bewegt wird. Der Nachtseil dieser Vorrichtung besteht aber darin,
daß die Zeit vom Anlaufen der Maschine bis zur Bedienung des Absperrorgans nicht
geregelt werden kann. Dieser Nachteil wirkt sich noch mehr ,aus, wenn mehrere Absperrorgane
in einer b-estirmmten Reihenfolge bedient werden sollen.
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Es sind ferner Leerlaufregler für Kompressoren bekanntgeworden, bei
denen das Aus- und Einschalten der Saugventile mit Verzögerung erfolgt. .
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Zur verzögerten Bedienung von Abschlußorganen ist bereits vorgeschlagen
worden, sog. Verzögerungsrelais in die Anlage einzubauen, die mit Hilfe einer Zeituhr
oder eines stromgeheizten Bimetallstabes eine .einstellbare Verzögerung im Einschalten,
d. h. Öffnen bzw. Schließen dieser Organe, ehihalten lassen, so daß also das Öffnen
bzw. Schließen des, oder
der Ventile erst nach einer bestimmten
einstellbaren Zeit, nach der Inbetriebnahme des Verdichters oder dessen Stillsetzung,
erfolgt. Diese Verzögerungsrelais erschweren aber-den Aufbau sehr und verteuern
auch die Anlage erheblich.
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Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Zeit, nach welcher
das oder die Abschlußorgane bedient werden sollen, mittels einer einfachen Vorrichtung
einstellbar ist.
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' Im nachfolgenden soll die Wirkungsweise der Erfindung an Hand :der
Zeichnungen näher erläutert werden.
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Bei der in Fig. i als Anwendungsbeispiel der-. Erfindung dargestellten
Kümpressions:-kälte,anlage kommt die Flüssigkeitspumpe q., indem sie mit dem Verdichter
entweder unmittelbar gekuppelt ist oder durch ein Kettenrad, Riemen o. dgl, von
dessen Welle angetrieben wird, gleichzeitig mit -diesem in Betrieb oder zum Stillstand.
Sie beginnt daher mit der Flüssigkeitsförderung, sofort bei der Ingangsetzung des
Verdichters und, beendet diese mit dessen Stillstand. Die Flüssigkeit wird aus dem
Behälter i durch den Filter 2 und durch die Saugleitung 3 angesaugt, dann durch
die Druckleitung 5 in den Verteiler 6 gedrückt, von wo sie durch die Verbindungsleitungen
7 unter die .in die Zylinder 8 eingesetzten Arbeitskolben 9 strömt: Diese Arbeitskolben
9 bewegen sich, nachdem der Flüssigkeitsdruck die bei allen Ventilen durch die Feder
ii verursachte Federvorspannung überwunden hat, hoch; bis z. B. der Hubbolzen io
des Ventils I berührt wird. Dieser Bolzen unterbricht zunächst die Bewegung des
Kolbens 9, da dieser durch den im Ventilgehäuse 12 herrschenden und auf die Membran
i q. wirkenden Druck, der in der Regel über dem Atmosphärendruck liegt, nach abwärts
belastet wird. Dieser Ventilkolben bleibt also stehen, während die anderen durch
den fortwährenden Flüssigkeitszustrom weitergehoben werden, bis infolge der zunehmenden
Federspannung über diesen beiden anderen. Kolben der Flüssigkeitsdruck so weit gestiegen
ist, daß er auch die auf den Kolben 9 bzw. Hubbolzen i o des Ventils I wirkende
Belastung zu überwinden vermag und sich nun auch der Ventilkolben g wieder weiter
nach oben bewegt.
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Das Ventil I (Fig. i) hat z. B. die Aufgabe des Umlaufventils. Sobald
also der Hubbolzen io und damit die Membran 14 durch den unter dem Ventilkolben
9 wachsenden Flüssigkeitsdruck ;gehoben wird, wird der Ventilkörper 13 nach oben
gedrückt und liegt schließlich auf seinem Sitz im Ventilgehäusie 12 auf. Der freie
Durchgang zwischen der Druck- und der Saugseite des Verdichters wird dadurch versperrt,
und der Verdichter beginnt mit der ordnungsgemäßen Förderung.
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Mit dem Schluß dieses Umlaufventils ist der Hub, des Ventilkolbens
9 im Ventil I begrenzt. Der Öldruck unter diesem Kolben wird zwar noch weiter ansteigen,
so daß ein kräftiger Druck des Ventilkörpers 13 auf den Sitz im Ventilgehäuse 12
entsteht, der .einen absolut sicheren und dichten Abschluß er= möglicht.
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Trotz des nun stillstehenden Kolbens 9 des Ventils I bewegen sich
die Kolben 9 der übrigen Ventile II und III infolge der immer neu- zufließenden
Druckflüssigkeit bzw. -der weiteren Steigerung des Flüssigkeitsdruckes weiter nach
oben, bis im gezeigten Beispiel der Kolben 9 des Ventils III in Berührung mit dem
Hubbolzen io kommt und sich dasselbe Spiel wie vörbeschrieben wiederholt. Das VentilIII
ist hier .als Kühlwasserventil zum Kondensator gedacht, das also kurze Zeit nach
dem Schließen des Umlaufventils 1 öffnen soll. Das Ventil 1I stellt ein Abschlußorgan
für das flüssige Kältemedium dar, das wiederum einige Zeit nach dem Kühlwasserventil
öffnen soll.
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Während beim Umlaufventil I der Hub des Kolbens durch den Ventilsitz
selbst begrenzt ist, sind beim Kühlwasserventil und beim Absperrorgan des flüssigen
Kältemediums die Kolbenhübe durch Anschläge begrenzt, weil im -Gegensatz zu Ventil
I diese zwei Absperrorgane im Betrieb, öffnen müssen.
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Der Dzuckflüssigkeitsverteiler 6 ist durch ein feines Nadelregulierventil
17 mit der Rückleitung 20 und dem Behälter i wiederum verbunden. Dieses Nadelventil
17 ist so eingestellt, daß es beständig etwas Druckflüssigkeit nach dem Behälter
abströmen läßt, und zwar ist dieses Abströmen um so größer, je höher der Flüssigkeitsdruck
im Verteiler 6 und damit der Druck unter den Arbeitskolben g ist. Er wird schließlich
bei einem bestimmten Druckverhältnis so groß sein, daß der Abfluß gleich dem Fördervolumen
der Pumpe wird.
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Der unter den Arbeitskolben 9 herrschende Flüssigkeitsdruck muß genügen,
um mit Sicherheit die daran angeschlossenen Ventile 13 geöffnet bzw. geschlossen
zu halten. Statt des verstellbaren Nadelventils 17 kann auch eine Drosselscheibe
(Blende) oder ein sonstiges Drosselorgan verwendet werden. Auch kann der Spielraum
zwischen Arbeitskolben 9 und Arbeitszylinder 8 so gewählt werden, daß eine dauernde
Zirkulation und im Stillstand ein Entleeren der Druckflüssigkeit durch diesen Ringspalt
möglich ist. Ein besonderes Drosselorgan kann damit erspart werden.
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Aus Sicherheitsgründen soll noch ein Sicherheitsventil 18 vorgesehen
werden, das
bei überschreiten eines maximalen Flüssigkeitsdruckes
die Druckflüssigkeit nach der Rückleitung 20 und damit nach dem: Behälter i abbläst.
Zweckmäßig, kann noch ein Manometer i 9 angebracht werden, das eine dauernde Überwachung
des Flüssigkeitsdruckes ermöglicht.
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Zwischen den Arbeitskolben g und den Gehäusen 8 wird während des Betriebes
ein gewisser Leckverlust an Druckflüssigkeit eintreten. Diese Verluste werden durch
die Leitung 2 i in den Behälter i , zurückgeführt, so daß sich firn Raum über dem
Arbeitskolben 9, d. h. unter der Membrän 14, immer der über dem Flüssigkeitsspiegel
des Behälters i herrschende Druck einstellt.
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Beim Abstellen des Verdichters. kommt die mit ihm gekuppelte oder
von diesem umni:ttelbarangetriebene Flüssigkeitspumpe 4 zum Stillstand. Die Drruckflüssigkeitsiförderung
hört also unverzüglich auf. Da nun aber das -Drosselorgan 17 geöffnet bleibt, so
wird langsam die Flüssigkeit aus dem System entweichen und sich durch Leitung 2o
in den Behälter i entleeren. - Dieses Hinausscltiehen der Druckflüssigkeit wird
durch. die kräftigen Federn i i gefördert, welche die Arbeitskolben 9 finit großer
Kraft nach abwärts, drücken. Da, nun der Arbeitshub der beschriebenen Ventile sehr
gering ist, so wird diesies Arbeitsspiel; .sehr rasch zurückgelegt -,sein, und die
Ventile werden in. kürzester Zeit nach dem Stillstand des Kompressors ihre Ruhelage
einnehmen. Die Arbeitskolben legen nachher infolge der Belastung durch die Federn
i i noch den Spielraum H zurück, bis sie auf dem Grunde des Gehäuses 8 aufliegen.
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Mit der vorbeschriebenen Einrichtung wird also eine verzögerte Betätigung
der Ventile beim Anlauf und eine fast unm.ttelhare Betätigtuig derselben beim Stillstand
des Verdichters erzielt, was für den einwandfreien Betrieb von vollautomatischen
Kühlanlagen von großem Vorteil ist.
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Die mit der Erfindung bezweckten Verzögerungszeiten sind in erster
Linie eine Funktion von der sekundlichen Pumpenfördermenge und dem gesamten Hubvoltunen
sämtlicher durch die Pumpe zu beavischlagenden Arbeitskolben g und der durch das
Drosselorgan 17 strömenden Drosselverluste. Bedeutet z. B.: V1. das Pumpenfördervolumen
in cm3/sec., V das gesamte Hubvolumen-der Arbeitskolben in cm3 -und V2 die 'Drosselverluste
in cm3/sec., dann ist die zu erreichende Verzögerung:
in Seekunden.
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Das für einen Ausführungsfall feststehende Verhältnis
stellt die geringste zu @erreichende Verzögerungszeit dar. Durch Veränderung des
Drosselverlustes V2 kann dann diese Verzögerungszeit beliebig verlängert werden,
bis sie z. B. bei V2. --' V1 unendlich würde.
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Die Abstufungen der Verzögerungszeiten der verschiedenen von derselben
Flüssigkeitspumpe beaufschlagten Organe sind durch geeignete Wahl der Hubbolzenlängge,
d. h. durch den Spielraum H, erreichbar. Je größer dieser Spielraum gewählt wird,
um so später wird das betreffende Organ zum Eingriff kommen. Auch durch den Einbau
verschieden starker Federn i i sind Verschiebungen der Betriebszeiten der einzelnen
Organe erreichbar. Ferner beeinflußt der in den Ventilgehäusen 12 herrschende, d.
h. auf die Membran 14 lastende und .der Bewegung der Hubbolzen io entgegenwirkende
Druck noch die Verzögerungszeit der einzelnen Ventile. Dieser letzte Umstand läßt
sich allerdings dadurch teilweise ausschalten, daß der über der Pumpenflüssigkeit
im Behälter i herrschende Druck gleich dem in den Gehäusen 12 der überwiegenden
Anzahl. der Ventile beobachteten Systemdruck gewählt wird. Dadurch wird bei diesen
Ventilen 'Druckausgleich auf beiden Seiten der Membran 14 erreicht. Bei Ventilen
mit geringerem Systemdruck im Gehäuse 12 kann ein Ausgleich durch entsprechende
Wahl der Federn 16 erzielt werden.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der in den
Ventil,gehäusieln 12 herrschende Druck ohne oder mindestens von geringerem Einfluß
auf die Verzögerungs: zeit istj zeigt Fig.2. Anstatt für- jedes Ventil einen, gesonderten
Arbeitszylinder 8 mit Arbeitskolben 9 vorzusehen, ist für sämtliche Ventile 13 nur
ein gemeinsamer vorgesehen. 'Der Hubbolzen io ist fest reit dem Arbeitskolben verbunden
und trägt für jedes Ventil eine verschiebbare Kulisse 27, die die Ventilkörper 13
im geeigneten Augenblick hebt bzw. senkt und dadurch :die Ventile öffnet oder schließt.
Durch entsprechende Ausbildung-der Kulissen 27 und Einstellung derselben mittels
der Stellmuttern 28 kann genau die gewünschte Operationsreihenfolge und Verzögerung
erreicht werden. -Wie bereits erwähnt, ist die Verzögerungszeit in der Hauptsache
eine Funktion des für jede Anlage feststehenden Verhältnisses:
Für alle praktischen Fälle -wird die gesamte Verzögerung innerhälb der Grenzen von.
2o Se-. kunden bis i o Minuten vollständig ausreichend sein, so daß das praktische
Verhältnis
sich zwischen den Werten
bis bewegt.
Die Flüssigkeitspumpe wird zweckmäßig für Drücke von 2 bis 5ookg/cin2 ausgebildet.
Ein
Anwendungsbeispiel der Erfindung bei einer Kälteerzeugungsanlage soll die Fig.3
veranschaulichen. Es sind hier insgesamt vier Steuerventile I, 1I, 111, Neingezeichnet,
wobei das Ventil I .als Umlaufventil für das erleichterteAnfahren des Verdichters
dient: Ventil II stellt das Kühlwasserventil dar, das jeweils beim Anlaufen des
Verdichters die- Wasserzufuhr nach dem Kondensator 22 öffnet bzw. diese wieder schließt,
nachdem der Verdichter zum Stillstand gekommen ist. Die Ventile III und IV sind
Absperrorgane für das flüssige Kältemittel, und zwar steuert Ventil III die Hilfseinspritzung
nach dem Zwischendruckbehälter z4 zur Abkühlung der Gase mach der ersten Verdichterstufe,
Ventil IV die Hauptflüssigkeitsleitung nach denn: Verdampfer 23, der als eigentliches
Regulierorgan z. B. noch ein Schwimmerventil25 besitzt.
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In Fig. 3 ist der ölbehälter i außerhalb des Verdichters angeordnet.
Dieser Behälter und damit auch die Rückleitung 2o und ferner die Ventilkammer unterhalb
der Membran 14 (Fig. i) stehen somit unter Atmosphärendruck. In Fig. 4 ist der Flüssigkeitsbehälter
i in das Kurbelgehäuse des Verdichters verlegt, wodurch das ganze System im Stillstand
unter dem im Kurbelgehäuse herrschenden Druck steht.
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An Stelle der in den Fig. i bis 4 dargestellten Schaltvorrichtungen
könnein auch Anlaßvorrichtungen für Motoren betätigt werden, in der Weise, daß die
verschiedenen Vorschaltwiderstände beim Anlaufendes Verdichters in bestimmter Reihenfolge
und in; bestimmten Zeitabständen kurzgeschaltet, beim Stillstand des Verdichters
aber wieder selbsttätig vorgeschaltet werden. Dadurch werden Sonderantriebe durch
Servomotoren oder durch besonders komplizierte und teurere Anlaßvorrichtungen erspart.
Die Einschaltung kann z. B. so erfolgen, daß beim Anlaufen des Verdichters vorerst
der Reihe nach, sämtliche Vorschaltwiderstände weggenommen werden, bevor die übrigen
Armaturen, wie z. B. Umlaufventile usw., in Wirkung treten.
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Vorteilhaft dürfte auch eine Verzögerung bei der Betätigung von Leistungsreguliereinrichtungen
sein, um zu harte Wechsel im Betrieb zu vermeiden. Das Auslöseelem:ent, wie Thermostat,
Pressostat o. dgl., könnte z. B. ein Magnetventil in der Zuleitung 7 betätigen,
das geöffnet wird, wenn die Reguliervorrichtung in Betrieb- kommen soll. Die dann
frei, in den Zylinder 8 und unter den Arbeitskolben 9 eintretende Druckflüssigkeit
verschiebt letzteren und damit den Hubbolzen io, der seinerseits die Reguliervorrichtung,
z. B. über verschiedene Schaltstufen, beaufschlagt.
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Auch kann durch den Erfindungsgegenstand die Leistungsreguliervorrichtung
so lange gesperrt werden, bis sämtliche Anlaßschaltungen vollständig ausgeführt
sind und die Verdichteranlage in ordnungsgemäßem Betrieb ist.
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In der Regel sind die Verdichter zur Versorgung der beweglichen Teile
mit Schuniermittel bereits mit innen oder außen angeordneten Pumpen ausgerüstet.
Diese Pumpen können, sofern sie über den nötigen: Flüssigkeitsdruck verfügen, ohne
weiteres zur Bieschickung der vorerwähnten Einrichtung verwendet werden, indem z.
B. der Anschluß direkt an der vorhandenen Druckleitung erfolgt. Besteht diese Pumpe
aus Einzelelementen,. von denen jedes zur Speisung einer Schmierstelle dient, so
wird zweckmäßig ein weiteres Element für die Beschickung der erläuterten Einrichtung
dazugeschaltet. Statt der in. Fig. i dargestellten Kolbenpumpe kann selbstverständlich
auch eine Zahnradpumpe oder eine sonst zur Förderung und Druckerzeugung geeignete
Einrichtung verwendet werden.
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Zusammenfassend lassen sich mit dem Erfindungsgegenstand alle sonst
von: Hand ausgeführten Operationen selbsttätig in ganz bestimmter und gewünschter
Reihenfolge und innerhalb einstellbarer Zeitabschnitte in @einfachster und zuverlässiger
Weise ausführen. Die Betriebssicherheit einer automatischen Verdichteranlage wird
dadurch wesentlich erhöht.