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Leistungsregler Es ist bekannt, bei Luft- und Gaskolbenverdichtern
.die Leistung in der Art zu regeln, daß bei Nachlassen des Verbrauchs und dem damit
verbundenen Druckanstieg in Verbrauchsleitung und Speicherkessel, sobald dieser
über einen im voraus bestimmten Höchstwert hinausgeht, ein einerseits von diesem
Druck beaufschlagter und auf der anderen Seite durch Gewicht- oder Federdruck belasteter
Kolben bewegt wird, welcher die Leerlauforgane des Verdichters auf irgendeine Weise
so betätigt, daß der Verdichter so lange leer, läuft, bis der Verbrauchsdruck infolge
neuer Entnahme wieder um einen ebenfalls festgelegten Betrag unter das vorbestimmte
Höchstmaß gefallen ist.
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Diese Regelvorrichtungen weisen den Nachteil auf, daß ihr Kolben bei
nur geringen Abweichungen von den Druckgrenzen eine unsichere, schleichende Bewegung
ausführt. Wenn z. B. unter ungünstigen Umständen nach Einsetzen des Reglers plötzlich
ein etwa der Leistung des Verdichters entsprechender Verbrauch eintritt, oder umgekehrt,
so entsteht oft .ein labiler Regelzustand, der die Leerl.auförgane des Verdichters
weder schließt noch öffnet.
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LTm diesen Nachteil zu vermeiden, ist schon vorgeschlagen worden,
bei Gewichtsreglern das Belastungsgewicht zu teilen in ein Haupt- und ein Hilfsgewicht,
und letzteres nach Zurücklegung eines ,gewissen Teiles -des Ausschaltweges zur teilweisen
Entlastung des Kolbens und Beschleunigung seiner Schaltbewegung wirken zu lassen,
etwa indem dieses Hilfsgewicht in Gestalt von Kugeln von schrägen Tragflächen abgerollt
wird, oder daß es in Gestalt von Gegengewichten über symmetrisch verteilte Hebelarme
am Hauptgewicht angreift. Solche Regler können aber den gesteigertem. Anforderungen
der heutigen Praxis hinsichtlich Erhöhung der Drehzahl und Leistung der Verdichter
bei zuverlässiger Betriebssicherheit nicht mehr voll -entsprechen, weil die Wirtschaftlichkeit
der Verdichteranlage nur eine
geringe Scbaltdruckdifferenz zuläßt
und darum auch der Querschnitt des Steuerkolbens verhältnismäßig gering sein muß,
damit das Belästungsgewicht in geeigneten Grenzen gehalten werden kann. Die bei
der zulässigen Schaltdruckdifferenz mit Gewichtsreglern erzielbare Umschaltenergie
ist daher verhältnismäßig gering. Wollte man den Steuerkolbenquerschnitt vergrößern,
so würde .infolge des dadurch bedingten höheren Belastungsgewichtes mit erhöhten
Reibungsverlusten und größerer Massenträgheit das Verhältnis zwischen Belastungsgewicht
und Umschaltenergie nur noch ungünstiger werden. Bei den kurzen Schaltwegen ist
die für heutige Betriebsverhältnisse notwendige Beschfeunigung der Schaltgeschwindigkeit
nicht zu erreichen. - Bei den bisherigen Reglern mit Federbelastung sind die Verhältnisse
auch ungfin:stig, weil mit fortschreitender Bewegung des Reglerkolbens der Widerstand
der Feder sich stetig erhöht.
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Es ist auch schon vorgeschlagen, eine sichere und feinere Druck- und
Leistungsreglung dadurch anzustreben, daß die Entlastung bzw. Belastung des Umsteuerorgans
sofort mit der Einleitung der Bewegung beginnt und stetig zunimmt, also - die zu
leistende Umsteuerarbeit sich stetig verringert. Dies wird dadurch erreicht, daß
das Gegengewicht am einen Arara eines am Reglergehäuse anscharnierten Winkelhebels
befestigt wird, dessen anderer Arm am Hauptbelastungsgewicht angreift, wobei der
erstere Hebelarm in, der Ausgangslage mit der Achse des Reglerkolbens einen spitzen
Winkel bildet, der sich kn Verlauf des Regelvorganges von einem positiven bis zu
einem negativen Wert ändert. Beim Abschaltvorgang nimmt also der Schaltwiderstand
stetig ab. Dieser Vorteil kann aber die Tatsache nicht beseitigen, daß der Regelvorgang
in jeder Stellung vom Druck unter dem Reglerkolben abhängig bleibt, also labil sein
muß, wenn die Belastung labil ist, und die Schaltgeschwindigkeit, wie bei allen
Gewichtsreglern, gering ist.
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Nach der Erfindung wird der oben beschriebene Nachteil dadurch vermieden,
daß das federbelastete Reglervehtil nicht unter der Einwirkung einer einzigen Feder
steht, sondern daß mit der in üblicher Weise auf den Reglerkolben wirkenden Hauptfeder
eine Hilfsfederkraft-zusammenwirkt, welche nach Art der an sich bekannten Schnappschalter
den Beginn des Schaltweges verzö gert, aber danach durch die Schnappwirkung die
Zurücklegung des Restweges bis in die Endlage in allerkürzester Zeit bewirkt, so
daß der einmal begonnene Schaltvorgang auch sicher zu Ende geführt wird. Der Schaltweg
kann also in jedem Regelgang mir ein einziges Mal durchlaufen «-erden. So werden
die gefürchteten Ventilbrüche und ihre Folgen mit Sicherheit verhindert. Dieser
Fortschritt ist ermöglicht durch die erfin dungsgemäße Kombination der Schnappwirkung
mit der Anwendung einer Feder von verhältnismäßig geringer Massenträgheit, die ,eine
hohe Beschleunigung der Schaltvorrichtung 'auf kurzer Strecke zuläßt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung ist der Schnappschalter
gebildet durch ein unterhalb des Tellers, auf dein die Hauptfeder ruht, quer zur
Kolbenstange angeordnetes Hilfsfederpaar, die mit ihren ztageordneten Enden auf
zwei gemeinsamen Achsen aufgehängt sind, die je in einem Auge einer Schneidstütze
gelagert und in einer festen Führung senkrecht zur Kolbenachse verschiebbar sind.
Die Stützen greifen mit ihren Schneiden in eine entsprechende Aussparung der Kolbenstange
ein. Sie schließen in den Schaltendlagen mit der Kolbenachse einen spitzen Winkel
ein, wirken also als Hebelarme und üben durch die Spannung der Hilfsfedern auf den
Reglerkolben eine Schubkraft aus, die in einem bestimmten Verhältnis zu derjenigen
der Hauptfeder steht und in der Betriebsstellung diese unterstützt, in der Leerlaufstelliung
aber ihr entgegenwirkt.
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Bei Erreichung des eingestellten Betriebshöchstdruckes sucht der von
diesem Druck .beaufschlagte Reglerkolben sich gegen den Druck der Feder zu verschieben.
Dazu muß er die Schnappschalterstützen umschwenken, also die zwischen ihnen aufgehängten
Federn strecken. Auf diese Weise wird der Beginci der Kolbenbewegung verzögert.
Haben aber die Stützen die senkrechte Lage zur Kolbenachse überschritten, so tritt
die Schnappwirkung ein, und die Restbewegung des Kolben erfolgt, dank der geringen
Massenträgheit der Schaltvorrichtung, schlagartig, bis in seine neue Endlage. Beim
Rückschelten aus der Leerlauf- in die Betriebsstellung wirken die Hilfsfedern umgekehrt.
Praktische Versuche haben ergeben, daß die Hilfsfedern gut etwa 1/1 des Kolbendruckes
aufnehmen können, so .daß die Hauptfedern entsprechend elastischer sein können bz«-.
bei gleicher Elastizität derselben der Kolbenquerschnitt entsprechend -größer sein
kann. Dadurch ist es möglich, mit einem geringeren Unterschied zwischen Höchst-
und ='Z iedrigstdruck auszukommen, worin ein weiterer wesentlicher Vorteil liegt.
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Es ist weiter eine Vorrichtung bekannt, bei der die Gewichtsbelastung
des Steuerkolbens ungeteilt ist, aber eine zusätzliche Einwirkung ausgeübt wird
durch ein Paar Rollen. die mit ihren Traghebeln am Reglergehä List=
angelenkt
sind und je durch eine Druckfeder an: die als Gewichtsträger- dienende Kolbenverlängerung
angedrückt werden. Diese Kolbenverlängerung ist mit einer zylindrischen, ,bandartigen
Verdickung versehen, welche sich in den beiden Endlagen des Kolbens mit einer ihrer
Randkanten gegen die Rollen stützt. Die Kombination der Mittel ist also eine ganz
andere als nach der Erfindung. Es fehlen insbesondere die Schneidstützen, die unter
der Wirkung eines Zugfederpaares auf .der ersten Weghälfte eine aufhaltende und
unmittelbar anschließend auf der zweiten eine beschleunigende Wirkung im Sinne der
Reglerbewegung ausüben: Die vorhenutzte Kombination des massenträgen Hauptbelastungsgewichtes
mit den auf der Bandstrecke bremsend wirkenden Rollendruckfedern. hat wegen- der
erforderlichen hohen Beschleunigungsenergie und darum ge-. ringen zulässigen Kolbenfläche
eine ganz andere Bewegungscharakteristik als die einer langen Druckfeder als Hauptlast
mit einem als reine Schnappvorrichtung wirkenden Zugfederpaar gemäß der Erfindung.
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Bei der bekannten Vorrichtung müssen bei jeder Regelbewegung- zunächst
die beiden Rollen unter Anspannung ihrer Federn auseinandergedrückt werden. Die
dabei zu -leistende Arbeit wird genügen, um das Ing.angsetzen des Reglers bei geringen
Schaltimpulsen zu verhindern. Ist aber der Bund zwischen die Rollen eingetreten,
so üben. diese nur noch eine -bremsende Wirkung aus; bis die Rollen von der anderen
Endkante des Bundes auf den Verlängerungsbolzen abrollen wand dann erst am Ende
des Reglerhubes eine Schubwirkung .ausüben. Es wird also nicht im Sinne der Erfindung
nach dem verzögerten Anlauf ein schlagartiges Verstellen des Reglers in de andere
Endstellung bewirkt.
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.Ferner ist es schon vorgeschlagen worden, solche Schnappvorrichtungen
in Form von unter der Spannung einer Druckfeder stehenden Kugeln, die .reit im Abstand
angeordneten Ringnuten zusammenarbeiten, an Reglern vorzusehen, deren Hauptbelastung
eine Schraubenfeder ausmacht. Die Schnappvorrichtung mit Kugeln wirkt aber grundsätzlich
genau so wie die vorerwähnte mit Rollen und hat eine ähnliche Bewegungscharakteristik.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung im Längsschnitt
dargestellt, und zwar nach t Abb. r in Betriebsstellung und nach Abb. z in Leerlaufstel.lung.
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Der Leistungsregler besteht aus dem Kolbengehäuse a mit den Anschlüssen
b für die Zuleitung vom Speicherkessel oder vom Betriebsrohrnetz und c für
die Leitung zu den Verdichterventilen, der Bohrung d für den Kolben e und dem Umlaufkanal
f. Das Kolbengehäuse a äst oben äbgeschlossen durch den. Boden 1a des Federgehäuses
i., durch den die Kolbenstange g ragt,` die am oberen Ende den Federteller h trägt.
Unterhalb -dieses Tellers sind an zwei einander gegenüberliegenden Stellen des Federgehäuses
Führungsdocken l fest angebracht, in. deren maulartiger öffnung der einen Aufhängestift
az tragende Kopf je einer Stütze m gelagert ist. Zwischen den Stiften. ia ist beiderseits
der Kollbenstange g je eine Hilfsfeder o mit Vorspannung aufgehängt.
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Zwischen~dem unteren Federteller k und dem oberen q sitzt die Hauptfeder
p, vorzugswei.se eine Schraubenfeder. Auf diese Druckfeder wirkt über den oberen
Teller q .der Druck einer im Kopf des Gehäuses i sitzenden Einstellschraube r. In
der Kolbenstange sind einzelne Aussparungen oder eine ringförmige Eindrehung s für
den Eingriff der Stützen -m vorgesehen.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach der Erfindung ist folgende:
Beim Betrieb des Kolbenverdichters ruht der Regelkolben e in der in Abb. i dargestellten
Lage. Der Druck im Speicherkessel bzw. .in den Verteilungsleitungen wirkt auf seine
Stirnfläche. Steigt der Druck bis zum eingestallten Höchstdruck an, so fängt die
Federbelastung der anderen Kolbenseite an, nachzugeben. Dabei maß der Regelkolben,
um sich unter dem steigenden Druck bewegen zu können, nicht nur den Druck der Hauptfeder
p, sondern auch den gleichgerichteten, der sich schräg gegen ihn stemmenden Stützen
in, überwinden und das zwischen den Köpfen dieser Stützen gespannte Zugfederpaar
o weiter auseinanderziehen. Kleinere, vorübergehende Druckspitzen in der Verdichteranlage
werden so durch diese Hilfsfedern o aufgenommen, ohne daß die Hauptdruckfeder p
nennenswert zusammengedrückt wird. Ist aber der Druckanstieg so anhaltend, daß er
die Hilfsfedern o so weit a:us.-,einanderziehen kann, Ibis die Längsachsen der beiden
Stützen in einer Geraden liegen, so wirken von diesem-Augenblick an die Hilfsfedern
.nicht mehr mit der Hauptfeder, und im nächsten Augenblick .gegen sie, so daß der
Kolben den Rest seines Weges Abis in die in Abb. a dargestellte Leerlaufstellung
schlagartig zurücklegt. In .dieser Stellung wird der Kolben nicht nur durch den
Betriebsdruck, sondern auch-durch die Spannung der Hilfsfedern festgehalten, so
daß jedes Pendeln sowohl beim Umschalten, als auch nach demselben ausgeschlossen
.ist.
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In der in Abb. 2 dargestellten Lage des Kolbens 'verbindet die Umlaufleitung
f z. B.
die Betriebsleitung über die IZolbengehäusebohrung d und
den Anschluß c mit dem Ventilgehäuse des Verdichters; so daß etwa eine Greifervorrichtung
in Tätigkeit gesetzt wird. die den Leerlauf bewirkt. Sinkt nun die Betriebsspannung
um einen gewissen Betrag unter den eingestellten Höchstdruck, so kann sie den Kolben
nicht mehr-,gegen den Druck der Hauptfeder p halten. Der Drucküberschuß dieser Druckfeder
zieht zunächst die Hilfsfedern o auseinander, bis die Stützen in in einer Linie
stehen, und wirft :dann bei weiterem Anhalten des niedrigeren Betriebsdruckes mit
Unterstützung der Hilfsfedern den Regelkolben 'unter Ausschluß jedes Pendelns in
die Betriebsstellung zurück, -wobei das Ventilgehäuse des Verdichters bzw. die Greifervorrichtungdesselben
wieder vom Betriebsdruck abgeschnitten wird, so daß der Verdichter wieder unter
Nutzlast läuft.
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Es versteht sich von selbst, daß an Stelle dr Federn aus Stahl oder
anderem geeigneten Metall auch andere elastische Arbeitsmittel. etwa Druckpolsterröhren
o. dgl. benutzt werden können.