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Aussetzerregelung von Kompressoren Es sind verschiedene Einrichtungen
zur Aussetzerregelung von Kompressoren entwickelt worden, die durch einen Regelkolben
bei Erreichen der Mindest-und Höchstdrücke in den Druckbehältern oder Druckleitungen
Druckgas auf die Abhebegreifer der Saugventile zur Wirkung bringen und damit die
Maschine auf Leerlauf bzw. Volleistung schalten. Eine der neueren Konstruktionen
sieht z. B. hierzu eine Anordnung zweier Federsysteme vor, von denen das eine als
Grundbelastung und das andere als Schnappschalter wirkt. Andere Systeme verwenden
gewichtsbelastete Kolben, die durch Kugelschnapper oder auf ähnliche Weise die Reibung
in den Endlagen des Regelkolbens vergrößern und dadurch eine Aussetzerregelung gestatten.
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Alle derartigen bekannten Systeme benötigen, wenn sie ohne Trägheit
arbeiten sollen, mehrere Federn, *enn sie sowohl hinsichtlich des Mindest- als auch
des Höchstdruckes einstellbar sein sollen. Andere Einrichtungen hinwiederum arbeiten,
um einen exakten Schluß zu erreichen, mit, Differentialkolben, oder es werden auch
Regler mit Hilfskolben gebaut, die die eigentlichen Regelkolben in deren Endlagen
verriegeln.
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Schwierigkeiten kommen bei den bekannten Reglern hauptsächlich dann
vor, wenn durch geringe Druckschwankungen in Gebieten, in denen der Regler, sei
es nun wegen der Reibung oder aus anderen Gründen, nicht vollständig umschaltet,
infölge einer zufällig dem Verbrauch gleich großen Lieferung des Verdichters auch
die Abhebung der Saugventile schleichend erfolgt, wodurch diese ins Flattern geraten
und sehr stark abgenutzt werden. Daher gehen schon seit langem die Bemühungen dahin,
dieses Gebiet durch sehr empfindliche und sicher schaltende Einrichtungen auszuschließen.
Dabei wurde es nun
nötig, im allgemeinen zwei Federn zu verstellen,
wenn man nicht mit trägen Einrichtungen arbeiten will, und wenn man in einem größeren
Druckbereich sowohl den Höchstdruck als auch den Mindestdruck beliebig einstellen
will. Um mit einem neuen, derartigen Regler beispielsweise das Gebiet von 1,5 ...
8,5 at unterem Grenzdruck und 1,6 ... io at Höchstdruck zu bestreichen, war
es erforderlich, vier Hauptfedern und vier Paare Hilfsfedern in Reserve zu halten
bzw. auszuwechseln.
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Einige der genannten Schwierigkeiten werden nun durch den Regler gemäß
der Erfindung vermieden. Derselbe besteht im wesentlichen aus einem oder mehreren
Elementen, einer Nürnberger Schere (Fig. i), die durch eine quer zur Längsachse
angeordnete Feder 2 gespannt wird und auf einen Steuerkolben 3 in Richtung der Längsachse
einen Druck ausübt, der durch Spannen der Feder mittels Spannschraube 4 oder Verkürzung
der Schere mittels Stellschraube 5 den geforderten Verhältnissen angepaßt werden
kann.
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Dabei erfolgt durch den Scherenlenker eine Abänderung der steigenden
Federcharakteristik in der Querrichtung, in eine abfallende in der Längsrichtung.
Durch die Mehrgliedrigkeit wird eine beliebige Vergrößerung des Kolbenhubes möglich,
ohne daß der Regler seitlich zu weit ausladet.
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Betrachtet man den Elementarrhombus (Fig. 2), so ist ersichtlich,
daß Gleichgewicht dann herrscht, wenn die Querspannung durch die Feder zur Längsspannung
durch den Reglerkolben sich wie die entsprechenden Diagonalen verhalten, d. h. die
Kolbenkraft P = F tg a ist, wobei F die Federkraft und a
den charakteristischen
halben Spitzenwinkel im Rhombus bezeichnet. Ist nun die Feder 2 mit einer Federkonstanten
K =
bei einem Winkel a = ab (im folgenden Ausgangswinkel genannt) vollständig entspannt,
so gilt F = K - 2 d (cos a - cos a,), wenn d die Rhombusseite ist.
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Bei gegebenem Kolbenhub h und geometrisch festliegendem Regler ergeben
sich nun sechs Bedingungsgleichungen zur Ermittlung einer passenden Feder, welche
allein das vorerwähnte ganze Gebiet umspannt, zu dem vier Hauptfedern und vier Paar
Nebenfedern erforderlich waren. Diese Gleichungen lassen sich nach einigen Annahmen
auf eine Resolvente sechsten Grades bringen, weshalb sich von vornherein graphische,Methoden
empfehlen.
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Dazu zeigt Fig. 3 im oberen Teil eine ausgezogene Kurvenschar, welche
bei festgehalten gedachter Federachse die auf den Regelkolben wirkenden Federkräfte
P (als Ordinate) in Abhängigkeit von der Lage des Scherenendpunktes darstellt, an
welchem der Kolben befestigt ist (als Abszisse); jede Kurve entspricht einem bestimmten
Wert des Ausgangswinkels c@, der jeweils aus den :Mullstellen dieser charakteristischen
Kurven abgelesen werden kann. Diese Kurvenschar ergibt sich durch Superposition
der beiden Summanden der Formel P = F tg a = 2 kd (sin a - cos a, tg a) mit Hilfe
der im unteren Teil der Fig. 3 eingezeichneten gestrichelten Kurven.
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Die Maximalwerte der einzelnen Federkraftkurven erfüllen dabei eine
kubische Parabel (strichpunktiert), die die Kurvenäste steigenden Charakters von
jenen fallenden Charakters trennt und damit die Stabilitätsgrenzkurve C des reibungsfreien
Reglers ist. Da sich beim Arbeiten des Reglers die Spannfeder in zwei Dimensionen
bewegt, ist es nun sehr einfach, jene Kurve zu bestimmen, welche das obere Ende
der gespannten Feder durchlaufen muß, wenn der Regler jeweils auf die Grenzkurve
C eingestellt wird, wobei der Reglerkolben sich dauernd in der äußeren Endlage befindet.
Indem man diese Federbegrenzungskurve auf dem Reglergehäuse leicht sichtbar anbringt,
ist dafür gesorgt, daß der Regler dauernd stabil arbeitet, welche Spannungsverhältnisse
sonst auch immer eingestellt seien, wenn nur die Feder dauernd so gespannt bleibt,
daß diese Kurve vom Federende nicht erreicht wird. Darüber hinaus läßt sich bei
der Einstellung des Reglers in einfacher Weise durch ein kleines Getriebe die Bewegung
der Federspannschraube 4 auf die Stellschraube 5 derart übertragen, daß der Regler
zwangsläufig im statischen Gebiete abfallender Charakteristik arbeitet, da die Federbegrenzungskurve
weitgehend linearen Charakter hat (Fig. 4).
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Unter Rücksicht auf die obigen Verhältnisse zeigt sich, daß die in
Frage stehende Federbegrenzungskurve sich folgendermaßen darstellen läßt: Hält man
den rechten Endpunkt des Rhombus fest, so beschreibt das untere Federende bei Änderung
der Reglereinstellung einen Kreisbogen 6 (Fig. 5) mit dem Radius d. Bleibt die Feder
ungespannt, so beschreibt das obere Ende dabei einen dazu parallelen Kreis 7. Um
aber im stabilen Gebiet zu bleiben, ist jeweils eine Mindestvorspannung erforderlich,
die sich nach Größe und Lage aus der Grenzkurve C der Fig. 3 ergibt. Dementsprechend
wird die Kolbendiagonale des Rhombus zusammengedrückt, wobei die Feder zugleich
aus der ungespannten Lage (a,) kinematisch um 2 d (cos a -cos a,) verkürzt wird.
Bei Einstellung des Reglers auf die Grenzkurve liegen daher die oberen Endpunkte
der Feder auf der gezeichneten Kurve 8 (Fig. 5). Danach ist also z. B. eine Feder
der Konstanten K = 0,2 kg/min bei einem d = 70,0 mm, einem Kolbendurchmesser
15 mm und einem Hub 12 mm imstande, den obenerwähnten Bereich allein zu bestreichen.
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Die Schar der Federkennlinien (Fig. 3) gestattet sogleich einfach
die Feststellung des erforderlichen Ausgangswinkels ao, indem das gewünschte Sekantenstück
der Charakteristik auf Pauspapier aufgezeichnet und in das Linienfeld hineingelegt
wird, wodurch man ohne weiteres die fragliche Federkennlinie herausgreifen kann,
worauf in einfachster Weise die Federspannung durchgeführt werden kann.
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Die geschilderte Einrichtung ermöglicht außerdem die Anordnung von
kleineren und härteren Federn, sofern man mit einer kleinen und weniger empfindlichen
Vorrichtung auskommt, wenn man die Feder durch die einfachsten sich darbietenden
Übersetzungsmöglichkeiten stärker belastet.
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Dies wird auch bei Anwendung von nur einem Scherenrhombus leicht möglich,
wenn man die Feder nicht in der Querdiagonale, sondern in einer hierzu parallelen
Rhombussekante g (Fig. 6) anordnet und damit den Hub entsprechend vermindert. Ferner
igt
es wesentlich, daß man durch schräge Anordnung der Feder io
(Fig. 6) auch die Federungscharakteristik in Längsrichtung erfolgreich abändern
kann. Es wird dabei im großen Ganzen durch tiefere Lage der Grenzlinie das Gebiet
des stabilen Arbeitens verbreitert.
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Zuletzt hat die Anordnung gemäß der Erfindung auch den Vorteil, daß
bei sehr hohen Anforderungen an die Empfindlichkeit des Reglers durch Anwendung
vori Schneidenlagern (Fig. 7) die Reibung sehr gering zu halten ist, um so mehr,
als infolge des inneren Ausgleichs der Federkräfte in die Führungen keine Seitenkräfte
kommen.