EP1400692A1 - Volumetric piston compressor and method to continuously adjust its displacement - Google Patents

Volumetric piston compressor and method to continuously adjust its displacement Download PDF

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EP1400692A1
EP1400692A1 EP03450186A EP03450186A EP1400692A1 EP 1400692 A1 EP1400692 A1 EP 1400692A1 EP 03450186 A EP03450186 A EP 03450186A EP 03450186 A EP03450186 A EP 03450186A EP 1400692 A1 EP1400692 A1 EP 1400692A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
lifting
compressor
control valve
valve
piston
Prior art date
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EP03450186A
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German (de)
French (fr)
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EP1400692B1 (en
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Bernhard Dr. Spiegl
Peter Dr. Steinrück
Gunther Dr. Machu
Michael Miks
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hoerbiger Kompressortechnik Holding GmbH
Original Assignee
Hoerbiger Kompressortechnik Holding GmbH
Hoerbiger Kompressortechnik Services GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/08—Actuation of distribution members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/22—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by means of valves
    • F04B49/24—Bypassing
    • F04B49/243—Bypassing by keeping open the inlet valve

Definitions

  • the invention relates to a method for the infinitely variable control of a delivery rate Reciprocating compressor, one on at least one automatic suction valve of the compressor arranged lifting gripper by means of a switchable control valve
  • Lifting piston to which gas pressure can be applied via at least one sealing element of the suction valve keeps a controllable part of the compressor's working cycle open, as well as one corresponding reciprocating compressor with stepless flow control, with a on at least one automatic suction valve of the compressor arranged lifting gripper, by means of a lifting piston which can be acted upon by gas pressure via a switchable control valve at least one sealing element of the suction valve via a part of the valve that can be controlled thereby
  • the compressor's operating cycle keeps open.
  • This type of funding regulation takes advantage of the fact that the sealing element of the suction valve kept open by the lifting gripper during of the compression stroke attacking flow force - which subsequently as the backflow force is designated - with the progressive crank angle during the compression stroke initially rises, passes a maximum corresponding to the piston speed, and at the end of the compression stroke when the top dead center of the piston is reached Zero goes.
  • a disadvantage of the described method or the corresponding known ones Facilities is immediate that closing crank angle that occurs after the occurrence of the maximum the backflow force are naturally not realizable, from which one restricted control range, which is between about 40 to 100% of the maximum delivery rate lies, results.
  • one restricted control range which is between about 40 to 100% of the maximum delivery rate lies.
  • PET bottle production for example, there are one large number of air compressors in use, which have a strongly fluctuating air requirement subject to 10 to 100% while maintaining a very constant final pressure have to.
  • Another disadvantage is that for setting a certain flow rate necessary, and this directly influencing gas pressure in the lifting cylinder of many parameters, such as gas density, operating pressure, speed of the compressor and the like, which requires complicated and error-prone additional control procedures or mechanisms.
  • this form of regulation is also for Damage to valves responsible. Delivery and withdrawal of the gripper via conventional diaphragm cylinder or cylinder is due to the large volume, the high Dead volume, the small cable cross-sections, long cable lengths, small switching cross-sections and large switching times of the control valves only within several compression cycles possible. This makes the sealing element of the suction valve, usually a Valve plate, against the gripper teeth several times during infeed or retraction beaten. This can accelerate or trigger the breakage of valve plates.
  • Constant pressures in the pressure vessel of compressors with conventional ON / OFF Regulation depends on the storage volume and can only be switched by frequent switching realize between idle and full load (several times per minute). Components of the piston and Membrane cylinders are generally not suitable for frequent switching and are subject to increased Wear.
  • the object of the present invention is simple backflow controls actuated by gas pressure of the type mentioned to improve so that the disadvantages mentioned not occur and in particular the mentioned restrictions of the control range as well the negative effects of fluctuations in the required lifting gas pressure on simple Way can be avoided.
  • the gas pressure acting on the lifting piston is no longer immediate responsible for the closing crank angle - if this pressure only for all operating conditions or addressed parameters above that to overcome the maximum possible backflow force required gas pressure is also fluctuations in the mentioned parameters have no significant influence on the flow rate control.
  • the fast switching control valve leads to a specific one in each period of the work cycle Crank angle a partial ventilation of the lifting cylinder, with which the gas pressure in Lift cylinder falls off. As soon as this gas pressure or the resulting lifting force falls below a threshold at which equilibrium with the return flow force and any The sealing element is springed, the suction valve, which was previously open, closes, with which the normal compression or promotion of the compressor with a correspondingly reduced Delivery rate.
  • the guidance of the lifting gripper and / or the control valve with the Lift cylinder and / or piston form a structural unit, which is very simple and compact manner enables executions that minimal damage space of those mentioned above Have kind.
  • control valve is electromagnetic actuated 3/2-way valve executed and preferably switched so that it is in the de-energized Condition applied to the lifting cylinder with gas pressure.
  • the compressor runs in this way with the suction valve held open, with which the lifting gripper by lowering the gas pressure acting on the lifting cylinder withdrawn and the compressor can be brought to full load. In order to emergency operation without stepless regulation is also possible.
  • the lifting cylinder can thus directly in the Combination control valve and lifting gripper integrated or formed together.
  • the control valve is in the immediate vicinity of the lifting cylinder inside the suction valve or the gripper guide positioned and forms a 3/2-way valve.
  • the valve switches either the gas supply or the blow-off line on the lifting cylinder.
  • the design corresponds to a 3/3-way valve, the middle one Switch position is passed very quickly and cannot be controlled directly). Due to the design with very low dead volumes, partly due to short Cable lengths between the lifting cylinder and control valve, combined with a quick-switching Solenoid valve, can respond very quickly and deliver the lifting gripper can be realized in every work cycle.
  • this is Control valve acted upon on the input side with process gas under appropriate pressure, preferably in which it is connected to a storage volume which is connected to the Working area of the compressor is connected via a check valve. So that can a supply of separate gas to act on the lifting cylinder from the outside be dispensed with, but this is an additional connection from the working area of the compressor required over the storage volume with the control valve.
  • the lifting piston can be in the region of its End positions partially the inflow and / or outflow of the pressurized gas to the lifting cylinder shut off, which is a simple way of pneumatic end position damping for the lifting piston is realized.
  • FIG. 1 shows an axially cut suction valve of a reciprocating compressor designed according to the invention
  • Fig. 2 opens the arrangement of FIG. 1 in a by means of the lifting gripper held position of the sealing element of the suction valve
  • Fig. 3 shows another embodiment according to the invention in a representation corresponding essentially to FIG. 1
  • FIG. 4 shows detail IV from FIG. 3, however, in a different switching position of the control valve
  • FIG. 5 Another embodiment of the invention in a substantially corresponding to Fig. 1 again 5 and 6 show exemplary embodiments according to the invention in a representation essentially corresponding to FIG. 1, FIGS.
  • FIG. 7 and 8 show the relationship between the gas pressure in the lifting cylinder and the movement of the lifting piston or gripper for various steering angles [° KW (crank angle)] of the Control valve with different sized damage areas or theoretical ventilation times and
  • FIG. 9 shows a partially schematic cross section through a device according to the invention trained reciprocating compressor.
  • a lifting gripper 2 is arranged, which by means of a switchable control valve 3 Lifting piston 4 which can be subjected to gas pressure, at least one sealing element 5 of the suction valve 1 keeps open via a part of the compressor's work cycle that can be controlled thereby.
  • the lifting piston 4 is stationary here and fixed centrally on the suction valve 1 and forms with its outer circumference thus directly in the axial direction the guide for the lifting gripper 2 or the sleeve-like upper part of the axially movable lifting cylinder 6 Lifting gripper 2. This is in the position shown in Fig.
  • control valve 3 In the area of the lifting piston 4, the control valve 3 is in a central bore 11 used, which consists essentially of a seat body 12, a switching element 13 and an electromagnet 14 shown only schematically.
  • the electromagnet 14 is provided on its upper side in the illustration with screwed contacts 15, the serve for switchable power supply and protrude from a housing 16 upwards.
  • the further connecting lines and the associated control electronics are not shown here.
  • the screwed on the top of the fixed lifting piston 4 and at the same time also for fixing the electromagnet 14 or the entire control valve 3 in the lifting piston 4 serving housing 16 has a connection opening outside the housing wall 17 18 for the to be fed to the lifting cylinder 6 via the control valve 3 below Pressurized gas (preferably directly the process gas), which has a central Bore 19 in the electromagnet 14 and the spring 20 at the top of the switching element 13 receiving space reaches the control valve 3.
  • Pressurized gas preferably directly the process gas
  • the pressure acting on the lift-off piston 4 or lift-off cylinder 6 is greater than that Connection opening 18 supplied actuating gas is always above that to overcome maximum possible backflow force on the sealing element 5 required pressure, so that a safe Keeping the sealing element 5 of the suction valve 1 open over the entire working cycle of the Compressor is possible.
  • the control valve 3 is according to its design, operation and Activation quickly switching and thus enables one in every period of the work cycle controllable partial ventilation of the lifting cylinder 6 until the desired closing of the suction valve at a certain crank angle.
  • the one to be vented Volume consists of the actual working volume in the lifting cylinder 6 and the damage spaces essentially defined by the volumes of the bores 21 and 22, which are to be kept as small as possible.
  • the control valve 3 in the de-energized State (according to FIG. 1) the interior of the lifting cylinder 6 is pressurized with gas pressure and so that the suction valve 1 keeps open, is otherwise comparable or 3 and 4 largely identical embodiment that the control valve 3rd due to a different design of the seat body 12 and the switching element 13 in Fig. 3 illustrated current-charged state of the electromagnet 14, the lifting cylinder 6 supplied with lifting pressure.
  • the upper valve seat on the seat body 12 and thus the supply of pressurized actuating gas via the connection opening 18 to the interior of the Lift cylinder 6 is open - the lower valve seat (in the direction of ventilation) is closed.
  • the lifting cylinder 6 together with the lifting piston 4 is now no longer combined with the lifting gripper 2 or its central guide mandrel 29 but only with the control valve 3 including its electromagnetic actuation.
  • the whole actuating unit formed therefrom is separate on the housing wall 17 of the compressor placed and is effective on the piston rod 30 of the lifting piston 4 with a pressure plate 31 on the lifting gripper 2 in connection, which from the other side forth loaded with a spring 32 corresponding to the coil spring 7 according to FIGS. 1 to 5 is.
  • Other identical or at least functionally equivalent components are again provided with the same reference numerals as in FIGS. 1 to 5 - with regard to the description the function of the arrangement according to FIG. 6 is based on the above statements referred to the essentially identical embodiment according to FIGS. 1 and 2.
  • control valve 3 and lift-off piston 4 are kept as small as possible in order to be sufficient rapid partial ventilation of the working volume of the lifting cylinder 6 including the clearance until the previously open suction valve 1 closes during each work cycle of the compressor.
  • FIGS. 7 and 8 Process for the continuous flow control of a reciprocating compressor explained in more detail.
  • Fig. 7 shows the course of gripper movement (dashed lines) and control pressure (solid lines) in the lifting cylinder 6 for different switching times 37, 40, 42 and 44 of the control valve 12 for a venting time selected according to the invention to be small (T ⁇ 0.4 x cycle time) during one cycle of the compressor.
  • the magnet 4 of the control valve 3 according to FIG. 1 is initially up to the point in time or Crank angle 33 is energized.
  • the lifting cylinder 6 is thus vented, the lifting gripper is held in the retracted position by the closing spring 7.
  • the connection between the Pressure supply (connection opening 18) and the lifting cylinder 6 releases, the pressure increases in the lifting cylinder 6.
  • the compressive force is the restoring force caused by the spring 7 exceeds, the movement of the lifting gripper 2 begins.
  • the gas contained in the lifting cylinder 6 expands, whereby the pressure in the lifting cylinder 6 initially drops because of the limited opening cross section of the control valve 3 can not flow enough gas.
  • the gripper 2 has reached its end position (point 35)
  • the pressure in the lifting cylinder 6 rises again to Value of the inlet pressure.
  • the electromagnet 14 of the control valve 3 is again energized at point 37, escapes the gas enclosed in the lifting cylinder 6 and the control pressure falls.
  • the contact pressure acting on the gripper 2 drops and falls below the point 38 which from the closing force acting on the sealing element 5 of the valve springs 9 and Restoring force of the spring 7 composite, acting in the closing direction of the suction valve 1 Total force.
  • the speed of the gripper 2 initially increases, which from the steeper course of the movement curve can be seen from point 38.
  • the cross section of the bores 21 when approaching the lifting cylinder 6 is reduced in its end position, the control pressure increases after Going through a minimum again and reaching a maximum at 39.
  • the movement of the Lifting gripper 2 is braked as a result.
  • the gripper 2 reaches the one shown in FIG. 1 End position at 40 with greatly reduced speed.
  • the switching time 37 was selected so that the lifting gripper 2 at a crank angle of 180 ° has already been withdrawn so far that the sealing element 5 in reaches the valve seat 10 at this moment, thus during the crank angle commencing the compression phase, no gas is pushed back into the suction space.
  • the compressor therefore compresses the full delivery quantity.
  • the retraction movement 41 of the lifting gripper 2 is delayed.
  • the valve plate becomes one later closed and part of the by the working cylinder of the compressor sucked gas is pushed back into the suction chamber and thus the delivery quantity reduced.
  • the control valve 3 is actuated even later, for example at 42, then the delivery quantity is further reduced because the one represented by the line 43 Retraction movement of the gripper 2 is delayed.
  • the retraction movement (line 45) is so late that no compression necessary for pushing out on the pressure side at the time of closing the Suction valve 1 can still be reached in the working space of the compressor enclosed gas can (delivery quantity zero).
  • FIG. 8 shows the course of the lifting gripper movement and the control pressure as in FIG. 7 for a significantly longer venting time T (T ⁇ 2x cycle time) compared to FIG. 7.
  • the suction valve 1 works unaffected by the gripper movement and the compressor delivers the full delivery rate.
  • the switching time of the control valve 3 is successive chosen later, the stroke of the lifting gripper 2 is greater, the closing of the valve plate is delayed and thus the delivery quantity of the compressor is reduced.
  • the switching point with point 44 there is a withdrawal movement represented by line 45, which ends at 360 ° crank angle and corresponds to zero delivery of the compressor. Further switching point delay e.g. in point 47 (line 48) prevented timely return of the gripper to the starting position.
  • the venting time T is selected, for example, about 3 times the working cycle duration the mentioned gradients become so flat that the movement of the lifting gripper 2 no longer follows the switching of the control valve 3.
  • the movement of the lifting claw 2 is then essentially only by the balance of those acting on the valve plate Influences flow forces and the average pressure in the cylinder 6. Both sizes depend on a variety of parameters.
  • the scheme works then according to the known principle of pneumatic backflow regulation mentioned at the beginning with all the associated disadvantages.
  • Fig. 9 is a reciprocating compressor according to the invention with a stepless Flow control according to the present invention shown.
  • the one in the cylinder 50 reciprocating piston 51 is a piston rod 52 and an out Universal joint 53 actuated by a connecting rod 54, which is driven by the crankshaft 55 by means of a not shown here, mostly electric drive motor is driven.
  • At 56 is one Flywheel attached to the crankshaft.
  • suction valves 1 are arranged in both working volumes, which are designed for example according to FIGS. 1 to 4 and in the manner described allow stepless flow control.
  • On the lower side of the Cylinder 50, the associated pressure valves 57 are only indicated. These are common Similar to the suction valves, only without any control option.
  • the intake manifold is designated 58 and the pressure manifold with 59.
  • connection openings 18 are at the connection openings 18 (see also Fig. 1 and 3) Pressure lines 60 connected, the actuating pressure for the lifting piston 4 or Feed lifting cylinder 6 (see FIGS. 1 to 3) from a pressure source 61.
  • the electrical Activation of the electromagnets 14 of the control valves 3 takes place via control lines 62 from a control unit 63.

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Abstract

To control the volume delivery of the compressor the gas pressure which biases the lift piston (4) during the time in which the control valve (3) is closed always lies above the gas pressure which is required to overcome the maximum possible reflux pressure. A controllable partial release of the lift cylinder (6) up to closing of the suction valve (1) is carried out through the fast-switching control valve in each period of the work beat. The theoretical release time of the entire volume to be released is maximum roughly equal to or less than half the duration of a work beat of the compressor.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur stufenlosen Fördermengenregelung eines Hubkolben-Kompressors, wobei ein an zumindest einem selbsttätigen Saugventil des Kompressors angeordneter Abhebegreifer mittels eines über ein schaltbares Steuerventil mit Gasdruck beaufschlagbaren Abhebekolbens zumindest ein Dichtelement des Saugventils über einen damit steuerbaren Teil des Arbeitstaktes des Kompressors offenhält, sowie auch einen entsprechenden Hubkolben-Kompressor mit stufenloser Fördermengenregelung, mit einem an zumindest einem selbsttätigen Saugventil des Kompressors angeordneten Abhebegreifer, der mittels eines über ein schaltbares Steuerventil mit Gasdruck beaufschlagbaren Abhebekolbens zumindest ein Dichtelement des Saugventils über einen damit steuerbaren Teil des Arbeitstaktes des Kompressors offen hält.The invention relates to a method for the infinitely variable control of a delivery rate Reciprocating compressor, one on at least one automatic suction valve of the compressor arranged lifting gripper by means of a switchable control valve Lifting piston to which gas pressure can be applied via at least one sealing element of the suction valve keeps a controllable part of the compressor's working cycle open, as well as one corresponding reciprocating compressor with stepless flow control, with a on at least one automatic suction valve of the compressor arranged lifting gripper, by means of a lifting piston which can be acted upon by gas pressure via a switchable control valve at least one sealing element of the suction valve via a part of the valve that can be controlled thereby The compressor's operating cycle keeps open.

Kompressoren mit auch als Rückströmregelungen bekannten stufenlosen Fördermengenregelungen der beschriebenen Art sind bekannt. Siehe dazu beispielsweise US 2,296,304 A, US 2,626,100 A oder auch US 5,378,117 A. Bei allen bekannten Verfahren bzw. Einrichtungen der genannten Art wird die Zustellkraft des das Dichtelement des Saugventils beeinflussenden Abhebegreifers über einen mit Gasdruck beaufschlagten Abhebezylinder bzw. den darin auf den Abhebekolben wirkenden Druck bereit gestellt bzw. eingestellt. Dieser Druck ist bisher im wesentlichen stets konstant und wird entweder über einen Druckregler oder auch über pulsierend schaltende Steuerventile eingestellt.Compressors with stepless, also known as backflow control Flow rate regulations of the type described are known. See, for example, US 2,296,304 A, US 2,626,100 A or also US 5,378,117 A. In all known processes or Devices of the type mentioned is the feed force of the sealing element of the suction valve influencing lifting gripper via a lifting cylinder charged with gas pressure or the pressure acting therein on the lifting piston is provided or set. So far, this pressure has been essentially constant and is either via a Pressure regulator or also set via pulsating switching control valves.

Diese Art der Fördermengenregelung macht sich die Tatsache zu nutze, dass die an dem durch den Abhebegreifer geöffnet gehaltenen Dichtelement des Saugventils während des Kompressionstaktes angreifende Strömungskraft - welche in der Folge als Rückströmkraft bezeichnet wird - mit dem fortschreitenden Kurbelwinkel während des Kompressionstaktes zunächst ansteigt, ein Maximum entsprechend der Kolbengeschwindigkeit durchläuft, und am Ende des Kompressionstaktes bei Erreichen des oberen Totpunktes des Kolbens gegen Null geht. Durch eine Einstellung der auf den Abhebegreifer über den Abhebekolben einwirkenden Abhebekraft mittels Vorgabe des Gasdruckes im Abhebezylinder kann somit der Kurbelwinkel festgelegt werden, bei dem die Abhebekraft von der Rückströmkraft (samt allfälliger Befederung des Dichtelementes) überwunden wird, womit die aus dem offen gehaltenen Dichtelement und dem Abhebegreifer bestehende Anordnung in Schließrichtung des Saugventils beschleunigt wird. Auf diese Weise lässt sich der Kurbelwinkel des Schließens des Saugventils stufenlos zwischen dem unteren Totpunkt und dem dem Maximum der Rückströmkraft entsprechenden Kurbelwinkel (und damit die entsprechende Fördermenge des Kompressors) einstellen.This type of funding regulation takes advantage of the fact that the the sealing element of the suction valve kept open by the lifting gripper during of the compression stroke attacking flow force - which subsequently as the backflow force is designated - with the progressive crank angle during the compression stroke initially rises, passes a maximum corresponding to the piston speed, and at the end of the compression stroke when the top dead center of the piston is reached Zero goes. By adjusting the on the lifting gripper above the lifting piston lifting force acting on the gas pressure in the lifting cylinder can thus the crank angle at which the lifting force is separated from the return flow force (including any springing of the sealing element) is overcome, which means that from the open Sealing element and the lifting gripper existing arrangement in the closing direction of the Suction valve is accelerated. In this way, the crank angle of closing of the suction valve continuously between bottom dead center and the maximum of Backflow force corresponding crank angle (and thus the corresponding delivery rate of the compressor).

Nachteilig bei dem beschriebenen Verfahren bzw. den entsprechenden bekannten Einrichtungen ist unmittelbar, dass Schließkurbelwinkel, die nach dem Auftreten des Maximums der Rückströmkraft liegen naturgemäß nicht realisiert werden können, woraus ein eingeschränkter Regelbereich, der etwa zwischen 40 bis 100 % der Maximalfördermenge liegt, resultiert. Speziell beispielsweise bei der PET-Flaschenproduktion sind allerdings eine große Anzahl von Luftkompressoren im Einsatz, die einem stark schwankenden Luftbedarf von 10 bis 100 % unterliegen und gleichzeitig einen sehr konstanten Enddruck einhalten müssen.A disadvantage of the described method or the corresponding known ones Facilities is immediate that closing crank angle that occurs after the occurrence of the maximum the backflow force are naturally not realizable, from which one restricted control range, which is between about 40 to 100% of the maximum delivery rate lies, results. In PET bottle production, for example, there are one large number of air compressors in use, which have a strongly fluctuating air requirement subject to 10 to 100% while maintaining a very constant final pressure have to.

Ein weiterer Nachteil ist, dass der für das Einstellen einer bestimmten Fördermenge nötige, und diese unmittelbar beeinflussende Gasdruck im Abhebezylinder von vielen Parametern, wie Gasdichte, Betriebsdruck, Drehzahl des Kompressors und dergleichen abhängt, was komplizierte und fehleranfällige zusätzliche Regelverfahren bzw. -mechanismen erfordert.Another disadvantage is that for setting a certain flow rate necessary, and this directly influencing gas pressure in the lifting cylinder of many parameters, such as gas density, operating pressure, speed of the compressor and the like, which requires complicated and error-prone additional control procedures or mechanisms.

Ein anderes bekanntes Verfahren zur Volumenstromregelung von Kompressoren ist der intermittierende Betrieb des Kompressors (On/Off Regelung), wobei die Saugventile mittels Greiferbetätigung abwechselnd offen gehalten oder für selbsttätiges Öffnen und Schließen freigegeben werden. Diese Regelung durch Greiferbetätigung kann zwar grundsätzlich zur Einstellung einer mittleren Fördermenge zwischen 10% und 100% verwendet werden, bringt aber verschiedenste weitere Nachteile mit sich: Der Kompressor läuft wechselweise im Volllast- oder im Leerlaufbetrieb. Im Leerlaufbetrieb führt der ungünstige Wirkungsgrad und die starke Phasenverschiebung der üblicherweise für den Antrieb von Kompressoren eingesetzten Drehstrommotoren zu hohen Energieverbräuchen bzw. Blindstrommengen. Gleichzeitig werden die Dichtelemente der Stangenpackungen während des Leerlaufbetriebs nicht durch Leckgas gespült und damit nicht gekühlt bzw. wird die durch an den offen gehaltenen Saugventilen auftretende Ventilationsverluste entstehende Wärme nicht durch das Fördermedium abgeführt. Die dadurch entstehende Erwärmung und die Verformung der Dichtelemente zufolge der Temperaturänderung fördert den Verschleiß von Ring- und Packungskomponenten. Another known method for volume flow control of compressors is the intermittent operation of the compressor (on / off control), the suction valves using Gripper actuation alternately kept open or for automatic opening and closing be released. This regulation by gripper actuation can in principle be used to set an average delivery rate between 10% and 100%, However, there are various other disadvantages: The compressor runs alternately in the Full load or idle. In idle operation, the unfavorable efficiency and the strong phase shift that is usually used to drive compressors Three-phase motors for high energy consumption or reactive current quantities. simultaneously the sealing elements of the rod packs are not during idle operation purged by leakage gas and thus not cooled or is kept open by the Ventilation losses occurring in suction valves do not generate heat through the pumped medium dissipated. The resulting heating and the deformation of the sealing elements due to the change in temperature promotes wear of ring and packing components.

Neben Problemen bei Ringen und Packungen ist diese Form der Regelung auch für Schäden an Ventilen verantwortlich. Die Zustellung und das Zurückziehen des Greifers über konventionelle Membranzylinder oder Zylinder ist aufgrund der großen Volumina, des hohen Totvolumens, der geringen Zuleitungsquerschnitte, hohen Leitungslängen, geringen Schaltquerschnitte und großen Schaltzeiten der Steuerventile nur innerhalb von mehreren Kompressionszyklen möglich. Dadurch wird das Dichtelement des Saugventils, in der Regel eine Ventilplatte, während des Zustellens bzw. Zurückziehens mehrfach gegen die Greiferzacken geschlagen. Dies kann den Bruch von Ventilplatten beschleunigen oder auslösen.In addition to problems with rings and packs, this form of regulation is also for Damage to valves responsible. Delivery and withdrawal of the gripper via conventional diaphragm cylinder or cylinder is due to the large volume, the high Dead volume, the small cable cross-sections, long cable lengths, small switching cross-sections and large switching times of the control valves only within several compression cycles possible. This makes the sealing element of the suction valve, usually a Valve plate, against the gripper teeth several times during infeed or retraction beaten. This can accelerate or trigger the breakage of valve plates.

Konstante Drücke im Druckbehälter von Kompressoren mit konventioneller ON/OFF Regelung sind abhängig vom Speichervolumen und lassen sich nur über häufiges Schalten zwischen Leerlauf und Volllast realisieren (mehrmals pro Minute). Komponenten der Kolbenund Membranzylinder sind i.a. nicht für häufiges Schalten geeignet und unterliegen erhöhtem Verschleiß.Constant pressures in the pressure vessel of compressors with conventional ON / OFF Regulation depends on the storage volume and can only be switched by frequent switching realize between idle and full load (several times per minute). Components of the piston and Membrane cylinders are generally not suitable for frequent switching and are subject to increased Wear.

Zur Vermeidung der beschriebenen Nachteile sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt geworden, bei denen die auf den Abhebegreifer entgegen der Rückströmkraft des zu verdichtenden Gases wirkende Abhebekraft hydraulisch bereitgestellt und an einem bestimmten Kurbelwinkel schlagartig reduziert wird, womit ein sicheres und rasches Schließen des Saugventils eingeleitet wird. Derartige, beispielsweise aus AT 403 835 B1 bekannte Vorrichtungen verwenden hiefür Systeme, die sich auf Grund der geringen Kompressibilität der verwendeten Betätigungsfluide sehr gut eignen aber den Nachteil haben, dass sie relativ kompliziert aufgebaut sind und zusätzlich hydraulische Hilfsenergie benötigen, die durch zusätzliche Aggregate zur Verfügung gestellt werden muss.Methods and devices are known to avoid the disadvantages described become, in which the on the gripper against the backflow force of the compressing gas acting lifting force provided hydraulically and at one certain crank angle is suddenly reduced, making a safe and quick Closing the suction valve is initiated. Such, for example from AT 403 835 B1 Known devices use systems for this, which are due to the small Compressibility of the actuating fluids used is very good but has the disadvantage have that they are relatively complicated and additionally hydraulic auxiliary energy need, which must be provided by additional units.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, mittels Gasdruck betätigte einfache Rückströmregelungen der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass die erwähnten Nachteile nicht auftreten und insbesonders die erwähnten Einschränkungen des Regelbereiches sowie die negativen Einflüsse von Schwankungen im nötigen Abhebe-Gasdruck auf einfache Weise vermieden werden können.The object of the present invention is simple backflow controls actuated by gas pressure of the type mentioned to improve so that the disadvantages mentioned not occur and in particular the mentioned restrictions of the control range as well the negative effects of fluctuations in the required lifting gas pressure on simple Way can be avoided.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der den Abhebekolben beaufschlagende Gasdruck während der Zeit, in der das Steuerventil geschlossen ist, stets über dem zur Überwindung der maximal möglichen Rückströmkraft erforderlichen Gasdruck liegt und dass über das schnellschaltend ausgeführte Steuerventil in jeder Periode des Arbeitstaktes eine steuerbare Teilentlüftung des Abhebezylinders bis zum Schließen des Saugventils durchgeführt wird. Durch diese Maßnahmen ist nun einerseits die Lage des Schließkurbelwinkels des vorerst offen gehaltenen Saugventils innerhalb des Arbeitstaktes des Kompressors im wesentlichen völlig frei wählbar - auch Schließkurbelwinkel, die nach dem Auftreten des Maximums der Rückströmkraft liegen, können problemlos realisiert werden - womit im wesentlichen ein Regelbereich für die Fördermengenregelung von 0 bis 100 % der Maximalfördermenge möglich ist. Andererseits ist der den Abhebekolben beaufschlagende Gasdruck nicht mehr unmittelbar für den Schließkurbelwinkel verantwortlich - soferne dieser Druck nur für alle Betriebsbedingungen bzw. angesprochenen Parameter über dem zur Überwindung der maximal möglichen Rückströmkraft erforderlichen Gasdruck liegt können auch Schwankungen der genannten Parameter keinen wesentlichen Einfluss auf die Fördermengenregelung nehmen. Das schnell schaltende Steuerventil leitet in jeder Periode des Arbeitstaktes zu einem bestimmten Kurbelwinkel eine Teilentlüftung des Abhebezylinders ein, womit der Gasdruck im Abhebezylinder abfällt. Sobald dieser Gasdruck bzw. die daraus resultierende Abhebekraft unter eine Schwelle abfällt, bei der Gleichgewicht mit der Rückströmkraft und einer allfälligen Befederung des Dichtelementes herrscht, schließt das vorher offen gehaltene Saugventil, womit die normale Verdichtung bzw. Förderung des Kompressors mit entsprechend reduzierter Fördermenge einsetzt. Sobald das vorher offen gehaltene Saugventil auf diese Weise schließt, wird es durch den sich im Arbeitsraum des Kompressorzylinders aufbauenden Druck zugehalten und öffnet erst am Beginn des nächsten Saugtaktes wieder. Der Abhebezylinder wird durch Schließen des die beschriebene Teilentlüftung herbeiführenden Steuerventils vor dem nächsten Arbeitstakt des Kompressors wieder mit dem zur Überwindung der maximal möglichen Rückströmkraft erforderlichen Gasdruck beaufschlagt, sodass ein sicheres Offenhalten des Dichtelementes des Saugventils bis zur nächsten Entlüftung durch das Steuerventil gewährleistet ist.This object is achieved according to the present invention in a method mentioned type solved in that the gas pressure acting on the lifting piston during the time the control valve is closed, always above that to overcome the maximum possible backflow force required gas pressure and that is above that quick-switching control valve in each period of the work cycle a controllable Partial ventilation of the lifting cylinder is carried out until the suction valve closes. Through these measures, on the one hand, the position of the closing crank angle is initially suction valve kept open within the working cycle of the compressor essentially completely freely selectable - also closing crank angle, which occurs after the maximum of the Reverse flow force can be easily implemented - which is essentially a Control range for the flow rate control from 0 to 100% of the maximum flow rate possible is. On the other hand, the gas pressure acting on the lifting piston is no longer immediate responsible for the closing crank angle - if this pressure only for all operating conditions or addressed parameters above that to overcome the maximum possible backflow force required gas pressure is also fluctuations in the mentioned parameters have no significant influence on the flow rate control. The fast switching control valve leads to a specific one in each period of the work cycle Crank angle a partial ventilation of the lifting cylinder, with which the gas pressure in Lift cylinder falls off. As soon as this gas pressure or the resulting lifting force falls below a threshold at which equilibrium with the return flow force and any The sealing element is springed, the suction valve, which was previously open, closes, with which the normal compression or promotion of the compressor with a correspondingly reduced Delivery rate. Once the suction valve is kept open this way closes, it is due to the pressure building up in the working area of the compressor cylinder locked and only opens again at the beginning of the next suction cycle. The lifting cylinder is done by closing the control valve causing the partial ventilation described the next stroke of the compressor again with the one to overcome the maximum possible back flow force pressures required gas pressure, so that a safe keeping open of the sealing element of the suction valve until the next venting by the control valve is guaranteed.

Nachdem das gasförmige Beaufschlagungsmedium des Abhebekolbens relativ hohe Kompressibilität aufweist, müssen zur Ermöglichung bzw. Sicherstellung einer in jeder Periode des Arbeitstaktes zum Schließen des Saugventils führenden Teilentlüftung des Abhebezylinders naturgemäß bestimmte Bedingungen eingehalten werden. Es hat sich nun herausgestellt, dass diese Bedingungen auf sehr vorteilhafte Weise dann eingehalten werden können, wenn gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung von Verfahren und Vorrichtung nach der Erfindung die sich in Abhängigkeit vom zu entlüftenden, aus Hubraum des Abhebezylinders und Schadraum zwischen Steuerventil und Abhebekolben bestehenden, Volumen, in Abhängigkeit vom Öffnungsquerschnitt des Steuerventils, und in Abhängigkeit vom zur Betätigung des Abhebegreifers verwendeten Gas ergebende theoretische Entlüftungszeit des gesamten zu entlüftenden Volumens maximal annähernd gleich oder kleiner der zweifachen Dauer eines Arbeitstaktes des Kompressors ist. Es hat sich gezeigt, dass damit eine hinreichend genaue Regelgüte der Fördermengenregelung praktisch über den gesamten Bereich von zumindest nahezu 0 bis 100 % der Maximalfördermenge gegeben ist, da die bis zum tatsächlichen Schließen des Saugventils erforderliche Teilentlüftung des Abhebezylinders damit noch immer innerhalb eines Bruchteils des Arbeitstaktes des Kompressors von statten geht. Eine weitere Verkürzung dieser Entlüftungszeit bringt dann Vorteile, wenn der zur entlüftende, den Abhebekolben beaufschlagende Gasdruck weit über dem zur Überwindung der maximal möglichen Rückströmkraft erforderlichen Gasdruck liegt, was aber an sich nicht notwendig ist. Eine Verlängerung der genannten Entlüftungszeit ohne wesentlichen negativen Einfluss auf den möglichen Regelbereich würde eine Absenkung des den Abhebekolben beaufschlagenden Gasdruckes auf einen Wert nur knapp über den zur Überwindung der maximal möglichen Rückströmkraft erforderlichen Gasdruck notwendig machen, was dann allerdings wieder Probleme mit den diesen Gasdruck beeinflussenden äußeren Parametern und der damit einhergehenden Unsicherheit der Regelung macht.After the gaseous loading medium of the lifting piston is relatively high Compressibility has to enable or ensure one in each period of the work cycle for closing the suction valve leading partial ventilation of the lifting cylinder naturally certain conditions are met. It has now been found that these conditions can then be met in a very advantageous manner, if according to a preferred embodiment of the method and device according to the Invention depending on the air to be vented, from the displacement of the lifting cylinder and the clearance between the control valve and the lifting piston, depending on the volume on the opening cross-section of the control valve, and depending on the actuation of the gas used, the resulting theoretical venting time of the entire volume to be vented is at most approximately equal to or less than twice the duration of one The compressor's operating cycle is. It has been shown that this is sufficiently accurate Control quality of the delivery rate control practically over the entire range of at least almost 0 to 100% of the maximum delivery rate is given, since the actual Closing the suction valve still requires partial ventilation of the lifting cylinder always takes place within a fraction of the working cycle of the compressor. A further shortening this venting time brings advantages if the ventilating the gas pressure acting on the lifting piston is far above that for overcoming the maximum possible backflow force required gas pressure, which is not necessary in itself is. An extension of the mentioned venting time without any significant negative influence a lowering of the load acting on the lifting piston would be within the possible control range Gas pressure to a value just above that to overcome the maximum possible Backflow force necessary gas pressure necessary, but then again Problems with the external parameters influencing this gas pressure and with it associated uncertainty of the scheme.

Bei einer Entlüftungszeit größer als ca. das Dreifache der Dauer des Arbeitstaktes hat sich herausgestellt, dass das Regelverhalten des Systems im wesentlichen nur mehr durch den mittleren Druck, der am Abhebezylinder ansteht, bestimmt ist, womit die Funktionsweise in etwa der eingangs beschriebenen bekannten pneumatischen Rückströmregelung (mit den beschriebenen Nachteilen) entspricht. Bei einer Größe der genannten Entlüftungszeit zwischen der zweifachen und der dreifachen Dauer des Arbeitstaktes des Kompressors stellt sich ein komplexes Regelverhalten ein, welches sowohl von den Schaltzeitpunkten des Steuerventils als auch vom Gasdruck zur Beaufschlagung des Abhebezylinders abhängt. Für das angestrebte Regelverhalten des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es demnach sehr vorteilhaft, wenn die sich wie beschrieben ergebende theoretische Entlüftungszeit des gesamten zu entlüftenden Volumens kleiner gleich der zweifachen Dauer eines Arbeitstaktes des Kompressors ist. Die theoretische Entlüftungszeit T, das zu entlüftende Volumen V, der Öffnungsquerschnitt des Steuerventils f und die Schallgeschwindigkeit c des den Abhebekolben beaufschlagenden Gases stehen in folgendem Zusammenhang: T = VK(kappa) x kappa x f x c mit :

K(kappa)
Konstante abhängig vom Isentropenexponenten des beaufschlagenden Gases
K(kappa) = 0,155 für Luft (kappa = 1,4)
Bemerkung: K(1.4) = 0.155 für Entlüftung auf 5% des Anfangsdrucks (kritisches Druckverhältnis über den ganzen Abblasevorgang vorausgesetzt)With a venting time greater than approximately three times the duration of the work cycle, it has been found that the control behavior of the system is essentially only determined by the mean pressure that is present at the lifting cylinder, which means the mode of operation roughly corresponds to the known pneumatic backflow control described at the beginning (with the disadvantages described). With a size of the venting time between twice and three times the duration of the compressor's work cycle, a complex control behavior arises, which depends both on the switching times of the control valve and on the gas pressure for acting on the lifting cylinder. For the desired control behavior of the method according to the invention, it is therefore very advantageous if the theoretical venting time of the total volume to be vented, as described, is less than twice the duration of an operating cycle of the compressor. The theoretical venting time T, the volume V to be vented, the opening cross section of the control valve f and the speed of sound c of the gas acting on the lifting piston are related as follows: T = V K (kappa) x kappa xfxc With :
K (kappa)
Constant dependent on the isentropic exponent of the gas being acted upon
K (kappa) = 0.155 for air (kappa = 1.4)
Note: K (1.4) = 0.155 for venting to 5% of the initial pressure (critical pressure ratio over the entire blow-off process provided)

Nach dem sich hinreichend schnell schaltende Steuerventile kostengünstig nur für kleine Öffnungsquerschnitte (f) verwirklichen lassen, ist eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kompressors sehr vorteilhaft, gemäß welcher der Schadraum zwischen Steuerventil und Abhebekolben maximal annähernd gleich oder kleiner dem zweifachen Hubraum des Abhebezylinders ist.After the sufficiently fast switching control valves inexpensive only for Small cross-sections (f) can be realized is a further embodiment of the invention Compressor very advantageous, according to which the damage space between Control valve and lift-off piston at most approximately equal to or less than twice the displacement of the lifting cylinder.

Nach einer weiters bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kompressors ist vorgesehen, dass die Führung des Abhebegreifers und/oder das Steuerventil mit dem Abhebezylinder und/oder Kolben eine konstruktive Einheit bilden, was auf sehr einfache und kompakte Weise Ausführungen ermöglicht, die minimalen Schadraum der oben angesprochenen Art aufweisen.According to a further preferred embodiment of the compressor according to the invention it is provided that the guidance of the lifting gripper and / or the control valve with the Lift cylinder and / or piston form a structural unit, which is very simple and compact manner enables executions that minimal damage space of those mentioned above Have kind.

Das Steuerventil ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung als elektromagnetisch betätigtes 3/2-Wegeventil ausgeführt und vorzugsweise so geschaltet, dass es im stromlosen Zustand den Abhebezylinder mit Gasdruck beaufschlagt. Bei einem Ausfall der Steuerelektronik für das Ventil läuft auf diese Weise der Kompressor mit offen gehaltenem Saugventil, womit durch Absenkung des den Abhebezylinder beaufschlagenden Gasdruckes der Abhebegreifer zurückgezogen und damit der Kompressor auf Volllast gebracht werden kann. Damit ist auch ein Notbetrieb ohne stufenlose Regelung möglich.In a further embodiment of the invention, the control valve is electromagnetic actuated 3/2-way valve executed and preferably switched so that it is in the de-energized Condition applied to the lifting cylinder with gas pressure. In the event of a control electronics failure the compressor runs in this way with the suction valve held open, with which the lifting gripper by lowering the gas pressure acting on the lifting cylinder withdrawn and the compressor can be brought to full load. In order to emergency operation without stepless regulation is also possible.

Bei der erfindungsgemäßen Ausführung kann also der Abhebezylinder direkt in der Kombination Steuerventil und Abhebegreifer integriert bzw. gemeinsam ausgeformt sein. Das Steuerventil wird in unmittelbarer Nachbarschaft zum Abhebezylinder innerhalb des Saugventils bzw. der Greiferführung positioniert und bildet ein 3/2-Wegeventil. Das Ventil schaltet wahlweise die Gasversorgung bzw. die Abblasleitung auf den Abhebezylinder. Durch die sehr kurzen Schaltzeiten und hohen Schaltgeschwindigkeiten tritt kein nennenswerter Gasverlust während des Schaltvorgangs durch die offene Verbindung zwischen Gasversorgung und Abblasleitung auf. (Damit entspricht die Ausführung einem 3/3-Wegeventil, wobei die mittlere Schaltstellung sehr rasch überfahren wird und auch nicht direkt angesteuert werden kann). Durch die Ausführung mit sehr geringen Totvolumina, unter anderem bedingt durch kurze Leitungslängen zwischen Abhebezylinder und Steuerventil, kombiniert mit einem schnellschaltenden Magnetventil, kann ein sehr rasches Ansprechen und Zustellen des Abhebegreifers in jedem Arbeitstakt realisiert werden.In the embodiment according to the invention, the lifting cylinder can thus directly in the Combination control valve and lifting gripper integrated or formed together. The The control valve is in the immediate vicinity of the lifting cylinder inside the suction valve or the gripper guide positioned and forms a 3/2-way valve. The valve switches either the gas supply or the blow-off line on the lifting cylinder. By the very Short switching times and high switching speeds result in no significant gas loss during the switching process due to the open connection between gas supply and blow-off line on. (The design corresponds to a 3/3-way valve, the middle one Switch position is passed very quickly and cannot be controlled directly). Due to the design with very low dead volumes, partly due to short Cable lengths between the lifting cylinder and control valve, combined with a quick-switching Solenoid valve, can respond very quickly and deliver the lifting gripper can be realized in every work cycle.

Gemäß einer besonders bevorzugten weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Steuerventil eingangsseitig mit unter entsprechendem Druck stehendem Prozessgas beaufschlagt, vorzugsweise in dem es mit einem Speichervolumen verbunden ist, das mit dem Arbeitsraum des Kompressors über ein Rückschlagventil in Verbindung steht. Damit kann auf eine Versorgung mit separatem Gas zur Beaufschlagung des Abhebezylinders von außen verzichtet werden, was aber eine zusätzliche Verbindung vom Arbeitsraum des Kompressors über das Speichervolumen mit dem Steuerventil erfordert.According to a particularly preferred further embodiment of the invention, this is Control valve acted upon on the input side with process gas under appropriate pressure, preferably in which it is connected to a storage volume which is connected to the Working area of the compressor is connected via a check valve. So that can a supply of separate gas to act on the lifting cylinder from the outside be dispensed with, but this is an additional connection from the working area of the compressor required over the storage volume with the control valve.

Der Abhebekolben kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung im Bereich seiner Endlagen den Zu- und/oder Ablauf des beaufschlagenden Gases zum Abhebezylinder teilweise absperren, womit auf einfache Weise eine pneumatische Endlagendämpfung für den Abhebekolben realisiert ist.In a further embodiment of the invention, the lifting piston can be in the region of its End positions partially the inflow and / or outflow of the pressurized gas to the lifting cylinder shut off, which is a simple way of pneumatic end position damping for the lifting piston is realized.

Die Erfindung wird im folgenden noch anhand der Zeichnung näher erläutert. Fig. 1 zeigt dabei ein axial geschnittenes Saugventil eines erfindungsgemäß ausgebildeten Hubkolben-Kompressors, Fig. 2 die Anordnung nach Fig. 1 in einer mittels des Abhebegreifers geöffnet gehaltenen Stellung des Dichtelement des Saugventils, Fig. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung in einer im wesentlichen Fig. 1 entsprechenden Darstellung, Fig. 4 das Detail IV aus Fig. 3 jedoch in anderer Schaltstellung des Steuerventils, Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer wiederum im wesentlichen Fig. 1 entsprechenden Darstellung, Fig. 5 und Fig. 6 zeigen Ausführungsbeispiele nach der Erfindung in einer im wesentlichen jeweils wiederum Fig. 1 entsprechenden Darstellung, die Fig. 7 und 8 zeigen den Zusammenhang zwischen dem Gasdruck im Abhebezylinder und der Bewegung des Abhebekolbens bzw. -greifers für verschiedene Steuerwinkel [°KW (Kurbelwinkel)] des Steuerventils bei jeweils unterschiedlich großen Schadräumen bzw. theoretischen Entlüftungszeiten und Fig. 9 zeigt einen teilweise schematischen Querschnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Hubkolbenkompressor.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. Fig. 1 shows an axially cut suction valve of a reciprocating compressor designed according to the invention, Fig. 2 opens the arrangement of FIG. 1 in a by means of the lifting gripper held position of the sealing element of the suction valve, Fig. 3 shows another embodiment according to the invention in a representation corresponding essentially to FIG. 1, FIG. 4 shows detail IV from FIG. 3, however, in a different switching position of the control valve, FIG. 5 Another embodiment of the invention in a substantially corresponding to Fig. 1 again 5 and 6 show exemplary embodiments according to the invention in a representation essentially corresponding to FIG. 1, FIGS. 7 and 8 show the relationship between the gas pressure in the lifting cylinder and the movement of the lifting piston or gripper for various steering angles [° KW (crank angle)] of the Control valve with different sized damage areas or theoretical ventilation times and FIG. 9 shows a partially schematic cross section through a device according to the invention trained reciprocating compressor.

Bei allen Ausführungsformen gemäß Fig. 1 bis 6 ist am Saugventil 1 des Kompressors ein Abhebegreifer 2 angeordnet, der mittels eines über ein schaltbares Steuerventil 3 mit Gasdruck beaufschlagbaren Abhebekolbens 4 zumindest ein Dichtelement 5 des Saugventils 1 über einen damit steuerbaren Teil des Arbeitstaktes des Kompressors offenhält. Der Abhebekolben 4 ist hier stillstehend und zentral am Saugventil 1 fixiert und bildet mit seinem Außenumfang damit unmittelbar in axialer Richtung die Führung für den Abhebegreifer 2 bzw. den den damit axial beweglichen Abhebezylinder 6 bildenden hülsenartigen oberen Teil des Abhebegreifers 2. Dieser ist in der in Fig. 1 dargestellten Stellung mittels einer Schraubenfeder 7 in die obere Endstellung gedrückt, in der der Abhebekolben 4 an der Stirnseite des Abhebezylinders 6 anliegt und die Greiferzacken 8 vom Dichtelement 5 abgehoben sind, welches damit unter der Belastung der Ventilfedern 9 am Ventilsitz 10 anliegt, soferne nicht im Saugtakt ein selbsttätiges Abheben des Dichtelementes 5 gegen die Ventilfedern 9 erfolgt.In all embodiments according to FIGS. 1 to 6 is on the suction valve 1 of the compressor a lifting gripper 2 is arranged, which by means of a switchable control valve 3 Lifting piston 4 which can be subjected to gas pressure, at least one sealing element 5 of the suction valve 1 keeps open via a part of the compressor's work cycle that can be controlled thereby. The lifting piston 4 is stationary here and fixed centrally on the suction valve 1 and forms with its outer circumference thus directly in the axial direction the guide for the lifting gripper 2 or the sleeve-like upper part of the axially movable lifting cylinder 6 Lifting gripper 2. This is in the position shown in Fig. 1 by means of a coil spring 7 pressed into the upper end position, in which the lifting piston 4 on the front side of the Lifting cylinder 6 abuts and the gripper teeth 8 are lifted off the sealing element 5, which so that under the load of the valve springs 9 rests on the valve seat 10, unless in Suction cycle an automatic lifting of the sealing element 5 against the valve springs 9 takes place.

Im Bereich des Abhebekolbens 4 ist in einer zentralen Bohrung 11 das Steuerventil 3 eingesetzt, welches im wesentlichen aus einem Sitzkörper 12, einem Schaltelement 13 und einem nur schematisch dargestellten Elektromagneten 14 besteht. Der Elektromagnet 14 ist an seiner in der Darstellung oberen Seite mit aufgeschraubten Kontakten 15 versehen, die zur schaltbaren Stromzufuhr dienen und aus einem Gehäuse 16 nach oben herausragen. Die weiteren Anschlußleitungen bzw. die zugehörige Ansteuerelektrik ist hier nicht dargestellt.In the area of the lifting piston 4, the control valve 3 is in a central bore 11 used, which consists essentially of a seat body 12, a switching element 13 and an electromagnet 14 shown only schematically. The electromagnet 14 is provided on its upper side in the illustration with screwed contacts 15, the serve for switchable power supply and protrude from a housing 16 upwards. The further connecting lines and the associated control electronics are not shown here.

Das auf der Oberseite des feststehenden Abhebekolbens 4 eingeschraubte und gleichzeitig auch zur Fixierung des Elektromagneten 14 bzw. des gesamten Steuerventils 3 im Abhebekolben 4 dienende Gehäuse 16 weist außerhalb der Gehäusewand 17 eine Anschlußöffnung 18 für das dem Abhebezylinder 6 über das Steuerventil 3 zuzuführende, unter Druck stehende Gas (vorzugsweise unmittelbar das Prozeßgas) auf, welches über eine mittige Bohrung 19 im Elektromagneten 14 und den die Feder 20 an der Oberseite des Schaltelementes 13 aufnehmenden Raum zum Steuerventil 3 gelangt.The screwed on the top of the fixed lifting piston 4 and at the same time also for fixing the electromagnet 14 or the entire control valve 3 in the lifting piston 4 serving housing 16 has a connection opening outside the housing wall 17 18 for the to be fed to the lifting cylinder 6 via the control valve 3 below Pressurized gas (preferably directly the process gas), which has a central Bore 19 in the electromagnet 14 and the spring 20 at the top of the switching element 13 receiving space reaches the control valve 3.

Gemäß Fig. 1 ist der in der Darstellung obere Ventilsitz des Sitzkörpers 12 des Steuerventils 3 durch das unter der Wirkung des eingeschalteten Elektromagneten 14 nach oben gezogene Schaltelement 13 abgeschlossen und der zugehörige untere Sitz geöffnet. Damit ist die Zufuhr des Betätigungsgases von der Anschlußöffnung 18 zum Abhebezylinder 6 gesperrt. Über Bohrungen 21 im feststehenden Abhebekolben 4 bzw. zugeordnete Bohrungen 22 im Sitzkörper 12 des Steuerventils 3 ist der Innenraum des Abhebezylinders 6 damit in Richtung zentraler Bohrung 23 und Radialbohrungen 24 entlüftet. In diesem Zusammenhang ist auch noch auf die Führungsscheibe 25 für das Schaltelement 13 bzw. dessen unteren Führungszapfen zu verweisen, die entsprechende Durchgangsöffnungen für das zu entlüftende Gas aufweist.1 is the upper valve seat of the seat body 12 of the control valve in the illustration 3 by the under the action of the electromagnet 14 turned up drawn switching element 13 completed and the associated lower seat opened. In order to the supply of the actuating gas from the connection opening 18 to the lifting cylinder 6 is blocked. Via bores 21 in the fixed lifting piston 4 or assigned bores 22 in the seat body 12 of the control valve 3, the interior of the lifting cylinder 6 is thus in Vented towards central bore 23 and radial bores 24. In this context is also on the guide plate 25 for the switching element 13 or its lower Guide pin refer to the corresponding through openings for the vented Has gas.

Zur Zustellung des Abhebegreifers 2 an das Dichtelement 5 bzw. zur Abhebung desselben in die in Fig. 2 dargestellte Stellung wird die Stromzufuhr zum Elektromagneten 14 unterbrochen, womit das Schaltelement 13 unter der Wirkung der Feder 20 nach unten gedrückt wird und damit (gemäß Fig. 2) den in der Darstellung oberen Sitz im Sitzkörper 12 freigibt und den unteren verschließt. Damit kann über die Bohrungen 22 im Sitzkörper 12 sowie die anschließenden Bohrungen 21 im Abhebekolben 4 Druck im Abhebezylinder 6 aufgebaut werden, welcher in weiterer Folge den Abhebezylinder 6 samt Abhebegreifer 2 gegen die Wirkung der Schraubenfeder 7 nach unten drückt und damit das Dichtelement 5 des Saugventils 1 in Anlage am Ventilfänger 26 offenhält.To deliver the lifting gripper 2 to the sealing element 5 or to lift the same in the position shown in FIG. 2, the power supply to the electromagnet 14 interrupted, whereby the switching element 13 is pressed down under the action of the spring 20 and thus (according to FIG. 2) the upper seat in the seat body 12 in the illustration releases and closes the lower one. This allows the bores 22 in the seat body 12 and the subsequent bores 21 in the lifting piston 4 pressure built up in the lifting cylinder 6 be, which subsequently the lifting cylinder 6 together with lifting gripper 2 against the effect of the coil spring 7 presses down and thus the sealing element 5 of Keeps suction valve 1 in contact with valve catcher 26 open.

Der den Abhebekolben 4 bzw. Abhebezylinder 6 beaufschlagende Druck des über die Anschlußöffnung 18 zugeführten Betätigungsgases liegt stets über den zur Überwindung der maximal möglichen Rückströmkraft am Dichtelement 5 erforderlichen Druck, sodaß ein sicheres Offenhalten des Dichtelementes 5 des Saugventils 1 über den gesamten Arbeitstakt des Kompressors möglich ist. Das Steuerventil 3 ist zufolge seiner Auslegung, Betätigung und Ansteuerung schnellschaltend und ermöglicht damit in jeder Periode des Arbeitstaktes eine steuerbare Teilentlüftung des Abhebezylinders 6 bis zum gewünschten Schließen des Saugventils zu einem bestimmten Kurbelwinkel. Wesentlich ist dabei gemäß den eingangs bereits ausführlich dargelegten Zusammenhängen, daß die sich in Abhängigkeit vom zu entlüftenden Volumen, in Abhängigkeit vom Öffnungsquerschnitt des Steuerventils 3 und in Abhängigkeit vom zur Betätigung des Abhebegreifers 2 verwendeten Gas ergebende theoretische Entlüftungszeit des gesamten zu entlüftenden Volumens maximal annähernd gleich oder aber kleiner der zweifachen Dauer eines Arbeitstaktes des Kompressors ist, damit das periodische Schließen des vorher offen gehaltenen Saugventils tatsächlich auch trotz der nicht zu vernachlässigenden Kompressibilität des Betätigungsgases erfolgen kann. Das zu entlüftende Volumen besteht dabei aus dem tatsächlichen Arbeitsvolumen im Abhebezylinder 6 sowie den im wesentlichen durch die Volumina der Bohrungen 21 und 22 definierten Schadräumen, die damit möglichst klein zu halten sind.The pressure acting on the lift-off piston 4 or lift-off cylinder 6 is greater than that Connection opening 18 supplied actuating gas is always above that to overcome maximum possible backflow force on the sealing element 5 required pressure, so that a safe Keeping the sealing element 5 of the suction valve 1 open over the entire working cycle of the Compressor is possible. The control valve 3 is according to its design, operation and Activation quickly switching and thus enables one in every period of the work cycle controllable partial ventilation of the lifting cylinder 6 until the desired closing of the suction valve at a certain crank angle. According to the introduction, it is already essential Connections explained in detail that the depending on the to be vented Volume, depending on the opening cross section of the control valve 3 and depending theoretical venting time resulting from the gas used to actuate the gripper 2 of the total volume to be vented at most approximately the same or smaller twice the duration of an operating cycle of the compressor, so that the periodic Closing of the suction valve previously held open actually despite the not negligible one Compressibility of the actuating gas can be done. The one to be vented Volume consists of the actual working volume in the lifting cylinder 6 and the damage spaces essentially defined by the volumes of the bores 21 and 22, which are to be kept as small as possible.

Während bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 das Steuerventil 3 im stromlosen Zustand (gemäß Fig. 1) den Innenraum des Abhebezylinders 6 mit Gasdruck beaufschlagt und damit das Saugventil 1 offenhält, ist bei der ansonsten vergleichbaren bzw. weitgehend identischen Ausführung gemäß Fig. 3 und 4 vorgesehen, daß das Steuerventil 3 zufolge einer unterschiedlichen Ausbildung von Sitzkörper 12 und Schaltelement 13 im in Fig. 3 dargestellten strombeaufschlagten Zustand des Elektromagneten 14 den Abhebezylinder 6 mit Abhebedruck versorgt. Der obere Ventilsitz am Sitzkörper 12 und damit die Zufuhr von unter Druck stehendem Betätigungsgas über die Anschlußöffnung 18 zum Innenraum des Abhebezylinders 6 ist dabei offen - der untere Ventilsitz (in Richtung zur Entlüftung) ist geschlossen. Bei Abschaltung der Stromzufuhr über die Kontakte 15 zum Elektromagneten 14 geht das Schaltelement 13 unter der Wirkung der Feder 20 in die in Fig. 4 vergrößert dargestellte untere Schaltstellung, in der der obere Ventilsitz geschlossen und der untere Ventilsitz in Richtung Entlüftung geöffnet ist, womit der Abhebegreifer 2 unter der Wirkung der Schraubenfeder 7 zurückgezogen wird und das Dichtelement 5 des Saugventils 1 entsprechend der darauf wirkenden Strömungskräfte bzw. der in Fig. 1 zu sehenden Ventilfeder 9 schließen kann.While in the embodiment of FIGS. 1 and 2, the control valve 3 in the de-energized State (according to FIG. 1) the interior of the lifting cylinder 6 is pressurized with gas pressure and so that the suction valve 1 keeps open, is otherwise comparable or 3 and 4 largely identical embodiment that the control valve 3rd due to a different design of the seat body 12 and the switching element 13 in Fig. 3 illustrated current-charged state of the electromagnet 14, the lifting cylinder 6 supplied with lifting pressure. The upper valve seat on the seat body 12 and thus the supply of pressurized actuating gas via the connection opening 18 to the interior of the Lift cylinder 6 is open - the lower valve seat (in the direction of ventilation) is closed. When the power supply is switched off via the contacts 15 to the electromagnet 14 Under the action of the spring 20, the switching element 13 goes into that shown enlarged in FIG. 4 lower switch position, in which the upper valve seat is closed and the lower valve seat is open in the direction of ventilation, whereby the lifting gripper 2 under the effect of Coil spring 7 is withdrawn and the sealing element 5 of the suction valve 1 accordingly the flow forces acting thereon or the valve spring 9 seen in FIG. 1 can close.

Während bei den Ausführungen gemäß den Fig. 1 bis 4 das zur Betätigung des Abhebegreifers 2 verwendete Gas über die Anschlußöffnung 18 separat zugeführt wird und damit einer an sich beliebigen Druckquelle entstammen kann, ist bei der Ausführung gemäß Fig. 5 zu diesem Zweck eine Verbindungsleitung 27 in der Mittelschraube des Saugventils 1 bzw. dem hier damit einstückigen Zentralteil, welcher im oberen Bereich in den wiederum feststehenden Abhebekolben 4 übergeht, vorgesehen. Auf der dem hier nicht dargestellten Arbeitsraum des Kompressors zugewandten unteren Seite der Verbindungsbohrung 27 ist ein Rückschlagventil 28 vorgesehen, welches auf der oberhalb davon liegenden Seite der Verbindungsleitung 27 stets ausreichenden Druck sichergestellt - zusätzlich könnte auch ein hier nicht weiter dargestelltes, separates Speichervolumen vorgesehen sein, um den Vorrat an unter entsprechendem Druck stehendem Betätigungsgas zu erhöhen. Abgesehen von dieser unterschiedlichen Art der Bereitstellung des Betätigungsgases entspricht die Ausführung nach Fig. 5 im wesentlichen der aus den Fig. 1 und 2 ersichtlichen. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen - bezüglich der Beschreibung der Funktion wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.While in the embodiments according to FIGS. 1 to 4 that for actuating the lifting gripper 2 gas used is supplied separately through the connection opening 18 and thus can originate from an arbitrary pressure source in the embodiment according to FIG. 5 for this purpose a connecting line 27 in the central screw of the suction valve 1 or the one-piece central part here, which in turn is fixed in the upper area Lifting piston 4 passes over, provided. On the work room not shown here the lower side of the connection bore 27 facing the compressor is a check valve 28 is provided, which is on the side of the connecting line above it 27 always ensured sufficient pressure - in addition, one could also here Separate storage volume, not shown, can be provided to supply the supply to increase the actuating gas under appropriate pressure. Aside from this the execution corresponds to different types of provision of the actuating gas 5 essentially that shown in FIGS. 1 and 2. Same parts are with provided with the same reference numerals - with regard to the description of the function, reference is made to the referenced above.

Bei der Ausführung nach Fig. 6 ist der Abhebezylinder 6 samt Abhebekolben 4 nun nicht mehr mit dem Abhebegreifer 2 bzw. dessen zentralem Führungsdorn 29 kombiniert sondern nur mit dem Steuerventil 3 samt dessen elektromagnetischer Betätigung. Die gesamte daraus gebildete Betätigungseinheit ist separat auf der Gehäusewand 17 des Kompressors aufgesetzt und steht wirkungsmäßig über die Kolbenstange 30 des Abhebekolbens 4 mit einer Druckplatte 31 am Abhebegreifer 2 in Verbindung, welche von der anderen Seite her mit einer der Schraubenfeder 7 gemäß den Fig. 1 bis 5 entsprechenden Feder 32 belastet ist. Sonstige gleiche bzw. zumindest von der Funktion her gleichwirkende Bauteile sind wiederum mit gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 1 bis 5 versehen - bezüglich der Beschreibung der Funktion der Anordnung nach Fig. 6 wird auf die obenstehenden Ausführungen zur wirkungsmäßig im wesentlichen identischen Ausführung nach den Fig. 1 und 2 verwiesen.In the embodiment according to FIG. 6, the lifting cylinder 6 together with the lifting piston 4 is now no longer combined with the lifting gripper 2 or its central guide mandrel 29 but only with the control valve 3 including its electromagnetic actuation. The whole actuating unit formed therefrom is separate on the housing wall 17 of the compressor placed and is effective on the piston rod 30 of the lifting piston 4 with a pressure plate 31 on the lifting gripper 2 in connection, which from the other side forth loaded with a spring 32 corresponding to the coil spring 7 according to FIGS. 1 to 5 is. Other identical or at least functionally equivalent components are again provided with the same reference numerals as in FIGS. 1 to 5 - with regard to the description the function of the arrangement according to FIG. 6 is based on the above statements referred to the essentially identical embodiment according to FIGS. 1 and 2.

Wesentlich ist auch bei der Ausführung nach Fig. 6 wiederum, daß der Schadraum zwischen Steuerventil 3 und Abhebekolben 4 möglichst klein gehalten wird, um eine ausreichend schnelle Teilentlüftung des Arbeitsvolumens des Abhebezylinders 6 samt Schadraum bis zum Schließen des vorher offen gehaltenen Saugventils 1 während jedes Arbeitstaktes des Kompressors zu ermöglichen.It is also essential in the embodiment according to FIG. 6 that the harmful space between control valve 3 and lift-off piston 4 is kept as small as possible in order to be sufficient rapid partial ventilation of the working volume of the lifting cylinder 6 including the clearance until the previously open suction valve 1 closes during each work cycle of the compressor.

Anhand der Darstellung in den Fig. 7 und 8 wird im folgenden die Funktion des erfindungsgemäßen Verfahrens zur stufenlosen Fördermengenregelung eines Hubkolben-Kompressors noch näher erläutert.The function of the invention is described below with reference to the representation in FIGS. 7 and 8 Process for the continuous flow control of a reciprocating compressor explained in more detail.

Fig. 7 zeigt den Verlauf von Greiferbewegung (strichlierte Linien) und Steuerdruck (durchgezogene Linien) im Abhebezylinder 6 für verschiedene Schaltzeitpunkte 37,40, 42 und 44 des Steuerventils 12 für eine erfindungsgemäß klein gewählte Entlüftungszeit (T ∼ 0.4 x Zykluszeit) während eines Arbeitsspiels des Kompressors.Fig. 7 shows the course of gripper movement (dashed lines) and control pressure (solid lines) in the lifting cylinder 6 for different switching times 37, 40, 42 and 44 of the control valve 12 for a venting time selected according to the invention to be small (T ∼ 0.4 x cycle time) during one cycle of the compressor.

Der Magnet 4 des Steuerventils 3 nach Fig. 1 ist zunächst bis zum Zeitpunkt bzw. Kurbelwinkel 33 mit Strom beaufschlagt. Somit ist der Abhebezylinder 6 entlüftet, der Abhebgreifer wird durch die Schließfeder 7 in der Rückzugstellung gehalten. Sobald der Magnet des Steuerventils 12 entstromt wird und das Steuerventil 3 die Verbindung zwischen der Druckversorgung (Anschlußöffnung 18) und dem Abhebezylinder 6 freigibt, steigt der Druck im Abhebezylinder 6 an. Wenn (bei 34) die Druckkraft die durch die Feder 7 bedingte Rückstellkraft überschreitet, beginnt die Bewegung des Abhebegreifers 2. Während der Zustellbewegung des Abhebegreifers 2 expandiert das im Abhebezylinder 6 enthaltene Gas, wodurch der Druck im Abhebezylinder 6 zunächst fällt, weil durch den begrenzten Öffnungsquerschnitt des Steuerventils 3 nicht genügend Gas nachströmen kann. Sobald der Greifer 2 seine Endlage erreicht hat (Punkt 35) steigt der Druck im Abhebezylinder 6 wieder auf den Wert des Zulaufdrucks an.The magnet 4 of the control valve 3 according to FIG. 1 is initially up to the point in time or Crank angle 33 is energized. The lifting cylinder 6 is thus vented, the lifting gripper is held in the retracted position by the closing spring 7. Once the magnet is released from the control valve 12 and the control valve 3 the connection between the Pressure supply (connection opening 18) and the lifting cylinder 6 releases, the pressure increases in the lifting cylinder 6. If (at 34) the compressive force is the restoring force caused by the spring 7 exceeds, the movement of the lifting gripper 2 begins. During the infeed movement of the lifting gripper 2, the gas contained in the lifting cylinder 6 expands, whereby the pressure in the lifting cylinder 6 initially drops because of the limited opening cross section of the control valve 3 can not flow enough gas. As soon as the gripper 2 has reached its end position (point 35), the pressure in the lifting cylinder 6 rises again to Value of the inlet pressure.

Wird der Elektromagnet 14 des Steuerventils 3 beim Punkt 37 wieder mit Strom beaufschlagt, entweicht das im Abhebezylinder 6 eingeschlossene Gas und der Steuerdruck fällt. Dadurch sinkt die auf den Greifer 2 wirkende Anpresskraft und unterschreitet bei Punkt 38 die aus der am Dichtelement 5 angreifenden Schließkraft der Ventilfedern 9 und der Rückstellkraft der Feder 7 zusammengesetzte, in Schließrichtung des Saugventils 1 wirkende Gesamtkraft. Die Geschwindigkeit des Greifers 2 nimmt zunächst zu, was aus dem steiler werdenden Verlauf der Bewegungskurve ab Punkt 38 ersichtlich ist. Da entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung der Querschnitt der Bohrungen 21 bei Annäherung des Abhebezylinders 6 in dessen Endlage reduziert wird, steigt der Steuerdruck nach dem Durchlaufen eines Minimums wieder an und erreicht ein Maximum bei 39. Die Bewegung des Abhebegreifers 2 wird dadurch gebremst. Der Greifer 2 erreicht seine in Fig. 1 dargestellte Endlage bei 40 mit stark reduzierter Geschwindigkeit. Für die hier beschriebene Bewegung des Abhebegreifers 2 wurde der Schaltzeitpunkt 37 so gewählt, dass der Abhebegreifer 2 bei einem Kurbelwinkel von 180° bereits so weit zurückgezogen ist, dass das Dichtelement 5 in diesem Augenblick den Ventilsitz 10 erreicht, womit während der mit diesem Kurbelwinkel einsetzenden Kompressionsphase kein Gas in den Saugraum zurückgeschoben wird. Der Kompressor verdichtet daher die volle Liefermenge.If the electromagnet 14 of the control valve 3 is again energized at point 37, escapes the gas enclosed in the lifting cylinder 6 and the control pressure falls. As a result, the contact pressure acting on the gripper 2 drops and falls below the point 38 which from the closing force acting on the sealing element 5 of the valve springs 9 and Restoring force of the spring 7 composite, acting in the closing direction of the suction valve 1 Total force. The speed of the gripper 2 initially increases, which from the steeper course of the movement curve can be seen from point 38. According to one advantageous embodiment of the invention, the cross section of the bores 21 when approaching the lifting cylinder 6 is reduced in its end position, the control pressure increases after Going through a minimum again and reaching a maximum at 39. The movement of the Lifting gripper 2 is braked as a result. The gripper 2 reaches the one shown in FIG. 1 End position at 40 with greatly reduced speed. For the movement described here of the lifting gripper 2, the switching time 37 was selected so that the lifting gripper 2 at a crank angle of 180 ° has already been withdrawn so far that the sealing element 5 in reaches the valve seat 10 at this moment, thus during the crank angle commencing the compression phase, no gas is pushed back into the suction space. The The compressor therefore compresses the full delivery quantity.

Wird der Schaltzeitpunkt des Steuerventils 3 später gewählt, z.B.: beim Punkt 46, verzögert sich die Rückzugbewegung 41 des Abhebegreifers 2. Die Ventilplatte wird zu einem späteren Zeitpunkt geschlossen und ein Teil des durch den Arbeitszylinder des Kompressors angesaugten Gases wird wieder in den Saugraum zurückgeschoben und damit die Liefermenge verkleinert. Wird das Steuerventil 3 noch später betätigt, beispielsweise bei 42, so reduziert sich die Liefermenge weiter, weil auch die durch den Linienzug 43 dargestellte Rückzugbewegung des Abhebegreifers 2 verzögert wird. Bei Wahl des Schaltzeitpunktes des Steuerventils 3 im Punkt 44 wird die Rückzugbewegung (Linie 45) so weit verspätet, dass keine für Ausschieben auf der Druckseite nötige Verdichtung des im Schließzeitpunkt des Saugventils 1 noch im Arbeitsraum des Verdichters eingeschlossenen Gases erreicht werden kann (Liefermenge Null).If the switching point of the control valve 3 is selected later, e.g. at point 46, the retraction movement 41 of the lifting gripper 2 is delayed. The valve plate becomes one later closed and part of the by the working cylinder of the compressor sucked gas is pushed back into the suction chamber and thus the delivery quantity reduced. If the control valve 3 is actuated even later, for example at 42, then the delivery quantity is further reduced because the one represented by the line 43 Retraction movement of the gripper 2 is delayed. When selecting the switching time of the Control valve 3 at point 44, the retraction movement (line 45) is so late that no compression necessary for pushing out on the pressure side at the time of closing the Suction valve 1 can still be reached in the working space of the compressor enclosed gas can (delivery quantity zero).

Fig. 8 zeigt den Verlauf der Abhebegreiferbewegung und des Steuerdrucks wie in Fig. 7 für eine gegenüber Fig. 7 deutlich verlängerte Entlüftungszeit T (T~ 2x Zykluszeit). Man erkennt, dass nach Schalten des Elektromagneten 14 des Steuerventils 3 im Punkt 33 der Steuerdruck nur langsam ansteigt und die Zustellbewegung des Abhebegreifer 2 erst stark verzögert zu einem wesentlich späteren Zeitpunkt (34) einsetzt. Bei Wahl des Schaltpunktes mit dem Punkt 46 fällt der Steuerdruck innerhalb kurzer Zeit unter den für eine Betätigung des Abhebezylinders 6 nötigen Druck und die hier wieder mit dem Linienzug 41 dargestellte Rückzugbewegung des Abhebegreifers 2 setzt ein, ohne dass es überhaupt zu einer Berührung zwischen Ventilplatte (Dichtelement 5) und Abhebegreifer 2 gekommen ist. Bei dieser Betriebsweise arbeitet das Saugventil 1 unbeeinflusst von der Greiferbewegung und der Verdichter liefert die volle Fördermenge. Wird der Schaltzeitpunkt des Steuerventils 3 sukzessive später gewählt, so wird der Hub des Abhebegreifers 2 größer, das Schließen der Ventilplatte wird verzögert und damit die Liefermenge des Verdichters reduziert. Bei Wahl des Schaltpunktes mit dem Punkt 44 ergibt sich eine durch die Linie 45 repräsentierte Rückzugbewegung, welche bei 360° Kurbelwinkel endet und einer Nullförderung des Kompressor entspricht. Weitere Verzögerung des Schaltpunktes z.B.: in den Punkt 47 (Linienzug 48) verhindert ein rechtzeitiges Rückkehren des Greifers in die Ausgangslage.FIG. 8 shows the course of the lifting gripper movement and the control pressure as in FIG. 7 for a significantly longer venting time T (T ~ 2x cycle time) compared to FIG. 7. you recognizes that after switching the electromagnet 14 of the control valve 3 in point 33 of the Control pressure rises only slowly and the feed movement of the lifting gripper 2 is only strong delayed at a much later point in time (34). When selecting the switching point with point 46, the control pressure falls below that for actuation within a short time the lifting cylinder 6 necessary pressure and shown here again with the line 41 Retraction movement of the lifting gripper 2 begins without there being any contact at all between valve plate (sealing element 5) and lifting gripper 2. At this Operating mode, the suction valve 1 works unaffected by the gripper movement and the compressor delivers the full delivery rate. The switching time of the control valve 3 is successive chosen later, the stroke of the lifting gripper 2 is greater, the closing of the valve plate is delayed and thus the delivery quantity of the compressor is reduced. When selecting the switching point with point 44 there is a withdrawal movement represented by line 45, which ends at 360 ° crank angle and corresponds to zero delivery of the compressor. Further switching point delay e.g. in point 47 (line 48) prevented timely return of the gripper to the starting position.

Aus Fig. 8 ist erkennbar, dass der maximale sich im Abhebezylinder 6 einstellende Steuerdruck (am Punkt 49) nur geringfügig höher als der für die Betätigung des Abhebegreifers nötige Druck (Punkt 44) ist. Dies ist durch den geringen zeitlichen Gradienten von Druckanstieg und Druckabfall bedingt. Die Gradienten werden durch die in im vorstehenden Text beschriebene theoretische Entlüftungszeit T charakterisiert. Bei der dieser Abbildung zugrunde gelegten Parameterwahl ist die Entlüftungszeit mit dem größten, erfindungsgemäß noch zulässigen Wert gewählt. Das Zeitfenster zwischen einer für eine Beeinflussung des Saugventils frühesten Schaltung, die dem Vollastbetrieb des Verdichters entspricht, und einer für eine rechtzeitige Rückkehr des Abhebegreifers 2 spätesten Schaltung, die dem Leerlauf entspricht, wird, wie aus einem Vergleich von Fig. 7 mit Fig. 8 hervorgeht, mit zunehmender Entlüftungszeit T immer kleiner und damit für eine zuverlässige Regelung unvorteilhafter.It can be seen from FIG. 8 that the maximum set in the lifting cylinder 6 Control pressure (at point 49) only slightly higher than that for actuating the lifting claw necessary pressure (point 44). This is due to the low time gradient of Pressure increase and pressure drop caused. The gradients are given by the in above Text described theoretical venting time T characterized. In this figure The parameter selection used is the venting time with the largest, according to the invention permissible value selected. The time window between one for influencing the Suction valve earliest circuit, which corresponds to the full load operation of the compressor, and one for a timely return of the 2 gripper latest circuit, the idle corresponds, as can be seen from a comparison of FIG. 7 with FIG. 8, with increasing Venting time T always shorter and therefore less advantageous for reliable control.

Bei Wahl der Entlüftungszeit T mit beispielsweise etwa dem 3-fachen der Arbeitstaktdauer werden die angesprochenen Gradienten so flach, dass die Bewegung des Abhebegreifers 2 nicht mehr der Schaltung des Steuerventils 3 folgt. Die Bewegung des Abhebegreifers 2 wird dann im wesentlichen nur durch das Gleichgewicht von an der Ventilplatte angreifenden Strömungskräften und den mittleren sich im Arbeitszylinder 6 einstellenden Druck beeinflusst. Beide Größen hängen von einer Vielzahl von Parametern ab. Die Regelung arbeitet dann nach dem eingangs erwähnten bekannten Prinzip der pneumatischen Rückströmreglung mit allen damit verbundenen Nachteilen.When the venting time T is selected, for example, about 3 times the working cycle duration the mentioned gradients become so flat that the movement of the lifting gripper 2 no longer follows the switching of the control valve 3. The movement of the lifting claw 2 is then essentially only by the balance of those acting on the valve plate Influences flow forces and the average pressure in the cylinder 6. Both sizes depend on a variety of parameters. The scheme works then according to the known principle of pneumatic backflow regulation mentioned at the beginning with all the associated disadvantages.

In Fig. 9 ist schematisch ein erfindungsgemäßer Hubkolben-Kompressor mit stufenloser Fördermengenregelung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der im Zylinder 50 hin und her bewegliche Kolben 51 ist über eine herausgeführte Kolbenstange 52 und ein Kreuzgelenk 53 von einer Pleuelstange 54 betätigt, die von der Kurbelwelle 55 mittels eines hier nicht dargestellten, zumeist elektrischen Antriebsmotors angetrieben wird. Mit 56 ist ein an der Kurbelwelle mitdrehend befestigtes Schwungrad bezeichnet. Auf der in der Darstellung oberen Seite des Zylinders 50 sind in beiden Arbeitsvolumina Saugventile 1 angeordnet, die beispielsweise gemäß den Fig. 1 bis 4 ausgebildet sind und auf beschriebene Weise eine stufenlose Fördermengenregelung erlauben. Auf der in der Darstellung unteren Seite des Zylinders 50 sind die zugehörigen Druckventile 57 nur angedeutet. Diese sind üblicherweise ähnlich wie die Saugventile ausgeführt, nur ohne jede Regelmöglichkeit. Die Ansaugsammelleitung ist mit 58 und die Druck-Sammelleitung mit 59 bezeichnet.In Fig. 9 is a reciprocating compressor according to the invention with a stepless Flow control according to the present invention shown. The one in the cylinder 50 reciprocating piston 51 is a piston rod 52 and an out Universal joint 53 actuated by a connecting rod 54, which is driven by the crankshaft 55 by means of a not shown here, mostly electric drive motor is driven. At 56 is one Flywheel attached to the crankshaft. On the in the illustration upper side of the cylinder 50, suction valves 1 are arranged in both working volumes, which are designed for example according to FIGS. 1 to 4 and in the manner described allow stepless flow control. On the lower side of the Cylinder 50, the associated pressure valves 57 are only indicated. These are common Similar to the suction valves, only without any control option. The intake manifold is designated 58 and the pressure manifold with 59.

Oberhalb des Zylinders 50 sind an den Anschlußöffnungen 18 (siehe auch Fig. 1 und 3) Druckleitungen 60 angeschlossen, die Betätigungsdruck für den Abhebekolben 4 bzw. Abhebezylinder 6 (siehe Fig. 1 bis 3) von einer Druckquelle 61 her zuführen. Die elektrische Ansteuerung der Elektromagnete 14 der Steuerventile 3 (siehe wiederum Fig. 1 bis 3 und zugehörige Beschreibung) erfolgt über Steuerleitungen 62 von einer Steuereinheit 63 aus.Above the cylinder 50 are at the connection openings 18 (see also Fig. 1 and 3) Pressure lines 60 connected, the actuating pressure for the lifting piston 4 or Feed lifting cylinder 6 (see FIGS. 1 to 3) from a pressure source 61. The electrical Activation of the electromagnets 14 of the control valves 3 (see again FIGS. 1 to 3 and associated description) takes place via control lines 62 from a control unit 63.

Bezüglich der detaillierten Beschreibung der Arbeitsweise des dargestellten Kompressors bzw. der hier relevanten stufenlosen Fördermengenregelung dieses Kompressors wird zur Vermeidung von Wiederholungen ausdrücklich auf die vorherigen Ausführungen zu den Fig. 1 bis 9 verwiesen.Regarding the detailed description of the operation of the compressor shown or the relevant continuously variable flow control of this compressor to avoid repetitions, expressly refer to the previous comments on the 1 to 9 referenced.

Claims (9)

Verfahren zur stufenlosen Fördermengenregelung eines Hubkolben-Kompressors, wobei ein an zumindest einem selbsttätigen Saugventil (1) des Kompressors angeordneter Abhebegreifer (2) mittels eines über ein schaltbares Steuerventil (3) mit Gasdruck beaufschlagbaren Abhebekolbens (4) zumindest ein Dichtelement (5) des Saugventils (1) über einen damit steuerbaren Teil des Arbeitstaktes des Kompressors offenhält, dadurch gekennzeichnet, dass der den Abhebekolben (4) beaufschlagende Gasdruck während der Zeit, in der das Steuerventil (3) geschlossen ist, stets über dem zur Überwindung der maximal möglichen Rückströmkraft erforderlichen Gasdruck liegt und dass über das schnellschaltend ausgeführte Steuerventil (3) in jeder Periode des Arbeitstaktes eine steuerbare Teilentlüftung des Abhebezylinders (6) bis zum Schließen des Saugventils (1) durchgeführt wird.Method for continuously regulating the delivery volume of a reciprocating piston compressor, wherein a lifting gripper (2) arranged on at least one automatic suction valve (1) of the compressor by means of a lifting piston (4) which can be pressurized with gas pressure via a switchable control valve (3) has at least one sealing element (5) of the suction valve (1) keeps open a part of the compressor's work cycle that can be controlled thereby, characterized in that the gas pressure acting on the lifting piston (4) during the time in which the control valve (3) is closed is always above that required to overcome the maximum possible return flow force Gas pressure is and that the quick-switching control valve (3) in each period of the work cycle, a controllable partial ventilation of the lifting cylinder (6) is carried out until the suction valve (1) closes. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die sich in Abhängigkeit a.) vom zu entlüftenden, aus Hubraum des Abhebezylinders (6) und Schadraum zwischen Steuerventil (3) und Abhebekolben (4) bestehenden, Volumen, b.) vom Öffnungsquerschnitt des Steuerventils (3) , und c.) vom zur Betätigung des Abhebegreifers (2) verwendeten Gas ergebende theoretische Entlüftungszeit des gesamten zu entlüftenden Volumens maximal annähernd gleich oder kleiner der zweifachen Dauer eines Arbeitstaktes des Kompressors ist.A method according to claim 1, characterized in that the depending a.) of the volume to be vented, from the displacement of the lifting cylinder (6) and the clearance between the control valve (3) and the lifting piston (4), b.) from the opening cross section of the control valve (3), and c.) of the gas used to actuate the lifting gripper (2) The resulting theoretical venting time of the total volume to be vented is at most approximately equal to or less than twice the duration of a working cycle of the compressor. Hubkolben-Kompressor mit stufenloser Fördermengenregelung, mit einem an zumindest einem selbsttätigen Saugventil (1) des Kompressors angeordneten Abhebegreifer (2), der mittels eines über ein schaltbares Steuerventil (3) mit Gasdruck beaufschlagbaren Abhebekolbens (4) zumindest ein Dichtelement (5) des Saugventils (1) über einen damit steuerbaren Teil des Arbeitstaktes des Kompressors offenhält, dadurch gekennzeichnet, dass die sich in Abhängigkeit a.) vom zu entlüftenden, aus Hubraum des Abhebezylinders (6) und Schadraum zwischen Steuerventil (3) und Abhebekolben (4) bestehenden, Volumen, b.) vom Öffnungsquerschnitt des Steuerventils (3), und c.) vom zur Betätigung des Abhebegreifers (2) verwendeten Gas ergebende theoretische Entlüftungszeit des gesamten zu entlüftenden Volumens maximal annähernd gleich oder kleiner der halben Dauer eines Arbeitstaktes des Kompressors ist.Reciprocating compressor with infinitely variable flow control, with a lifting gripper (2) arranged on at least one automatic suction valve (1) of the compressor, which uses at least one sealing element (5) of the suction valve by means of a lifting piston (4) that can be pressurized with gas pressure via a switchable control valve (3) (1) over a controllable part of the work cycle of the compressor, characterized in that it depends a.) of the volume to be vented, from the displacement of the lifting cylinder (6) and the clearance between the control valve (3) and the lifting piston (4), b.) from the opening cross section of the control valve (3), and c.) of the gas used to actuate the lifting gripper (2) the resulting theoretical venting time of the total volume to be vented is at most approximately equal to or less than half the duration of a working cycle of the compressor. Kompressor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schadraum zwischen Steuerventil (3) und Abhebekolben (4) maximal annähernd gleich oder kleiner dem zweifachen Hubraum des Abhebezylinders (6) ist.Compressor according to claim 3, characterized in that the clearance between the control valve (3) and lifting piston (4) is at most approximately equal to or less than twice the displacement of the lifting cylinder (6). Kompressor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung des Abhebegreifers (2) mit Abhebezylinder (6) und -kolben (4) eine konstruktive Einheit bildet.Compressor according to claim 3 or 4, characterized in that the guide of the lifting gripper (2) with the lifting cylinder (6) and piston (4) forms a structural unit. Kompressor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (3) mit dem Abhebezylinder (6) und/oder -kolben (4) eine konstruktive Einheit bildet.Compressor according to one of claims 3 to 5, characterized in that the control valve (3) forms a structural unit with the lifting cylinder (6) and / or piston (4). Kompressor nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (3) als elektromagnetisch betätigtes 3/2-Wegeventil ausgeführt und vorzugsweise so beschaltet ist, dass es im stromlosen Zustand den Abhebezylinder (6) mit Gasdruck beaufschlagt.Compressor according to one or more of claims 3 to 6, characterized in that the control valve (3) is designed as an electromagnetically operated 3/2-way valve and is preferably connected such that it acts on the lifting cylinder (6) with gas pressure in the de-energized state. Kompressor nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (3) eingangsseitig mit unter entsprechendem Druck stehendem Prozessgas beaufschlagt ist, vorzugsweise indem es mit einem Speichervolumen verbunden ist, das mit dem Arbeitsraum des Kompressors über ein Rückschlagventil (28) in Verbindung steht. Compressor according to one or more of claims 3 to 7, characterized in that the control valve (3) is acted upon on the input side by process gas under appropriate pressure, preferably by being connected to a storage volume which is connected to the working space of the compressor via a check valve (28 ) is connected. Kompressor nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abhebekolben (4) im Bereich seiner Endlagen den Zu- und/oder Ablauf des beaufschlagenden Gases zum Abhebezylinder (6) teilweise absperrt.Compressor according to one or more of claims 3 to 8, characterized in that the lifting piston (4) partially blocks the inflow and / or outflow of the pressurizing gas to the lifting cylinder (6) in the region of its end positions.
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