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Entlastungsventil für den Anfahrvorgang von
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Hub- oder Drehkolbenvczrdichtern Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Entlastungsventil zum Abblasen des Förderstromes von über einen Stern- Dreieck
geschalteten Elektromotor angetriebenen Hub- oder Drehkolbenverdichtern beim Anfahrvorgang,
mit einem zur Atmosphäre hin offenen Abblasstutzen, der an die Druckleitung des
Gebläses angeschlossen und über ein in öffnungsrichtung federbelastetes Ventilelement
durch Anlage an einem Ventilsitz verschließbar ist, das mit einem Elektromagneten
in Wirkverbindung steht.
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Bei einem Entlastungsventil dieser Art (vgl. DE-OS 28 47 311) wird
das durch die Feder in seiner Offenstellung gehaltene Ventilelement durch Erregung
der Wicklung des Elektromagneten nach Abschluß des Anfahrvorganges des Verdichters
in die Schließstellung gedrückt und damit der zur Atmosphäre hin offene Abblasstutzen
verschlossen. Da das Ventilelement bei dieser bekannten Ventilkonstruktion gegen
den Förderdruck in seiner Schließstellung gehalten werden muß, ist es erforderlich,
den Elektromagneten relativ groß zu dimensionieren und die Erregerwicklung über
die gesamte Betriebsdauer des Verdichters mit Strom zu versorgen.
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Ferner ist bei dieser bekannten Ventilkonstruktion die gewünschte
Arbeitsweise des Ventiles zur Entlastung des Verdichtersbeim Anfahrvorgang nur dann
gewährleistet, wenn zur Steuerung der Erregerwicklung des Elektromagneten eine Differenzdruckmeßeinrichtung
und ein Zeitrelais vorgesehen werden.
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Zwar sind bereits Ventilkonstruktionen zur Entlastung von Verdichtern
beim Anfahrvorgang bekannt (vgl. beispielsweise DE-OS 27 50 199), bei denen das
Ventilelement im Arbeitsbetrieb des Verdichters über eine Druckdose in seiner Schließstellung
gehalten wird, so daß auf die Anordnung eines Elektromagneten einschließlich der
Stromversorgung zu dessen Erregung sowie auf den elektrischen bzw. elektronischen
Aufwand zu dessen Steuerung verzichtet werden kann.
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Dieser Vorteil muß jedoch mit einem relativ aufwendigen mechanischen
Aufbau erkauft werden, da zur Erzeugung der Schließkräfte für das Ventilelement
im Aufbau relativ komplizierte Druckdosen vorgesehen werden müssen und zur Erzielung
der für die Entlastung beim Anfahrvorgang nDtwendige Zeitverzögerung genau kalibrierte
Drosseldüsen bzw Drosselblenden einschließlich hinsichtlich der Querschnitte genau
bemessene Kanalführungen für den Steuerluftstrom notwendig sind.
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Bei einer weiteren bekannten Ventilkonstruktion (vgl. DE-OS 25 02
158) wird das Ventilelement zur Entlastung des Verdichters beim Anfahrvorgang durch
eine sich bei Temperaturerhöhung ausdehnende Flüssigkeit bzw. über einen mit einer
Heizwicklung ausgestatteten Bimetallstreifen nach der erforderlichen Zeitspanne
in seine Schließstellung gebracht.
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Auch bei diesen Ventilkonstruktionen ist der für eine zuverlässige
Arbeitsweise notwendige mechanische Aufwand relativ hoch, da sichergestellt werden
muß, daß durch den Temperaturanstieg
über die Wärmeausdehnung ein
Verklemmen oder Verspannen bewegter Teile nicht auftritt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein EntlasturlcJsventil
der eingangs geschilderten Art derart weiterzubilden, daß bei technisch einfachem
und robusten Aufbau eine zuverlässige Arbeitsweise mit einem möglichst geringen
mechanischen und steuerungstechnischen Aufwand erzielt wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der in der
Sternphase des Elektromotors erregte und in der Dreieckphase stromlose Elektromagnet
das Ventilelement in der Sternphase in seiner Offenstellung hält und in der Dreieck
phase freigibt, und daß das Ventilelement in Abblasricun des Förderstromes stromaufwärts
vom Ventilsitz angeordnet und von diesem im freigegebenen Zustand gegen den Ventilsitz
preßbar ist.
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Durch die erfindungsgemäßen Merkmale ist erstmalig ein Entlastungsventil
geschaffen, bei dem aufgrund der Kopplung des Elektromagneten mit dem Stern-Dreieck
geschalteten Elektromotor keine Verzögerungsglieder elektrischer, mechanische oder
pneumatischer Art erforderlich sind. So wird das durch die Feder in seiner Offenstellung
gehaltene Ventilelement beim Einschalten des Elektromotors, d.h. zu Beginn des Anfahrvorganges
des Verdichters durch den in der Sternphase erregten Elektromagneten in seiner Offenstellung
gehalten.
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Ist der Anfahrvorgang abgeschlossen, d.h. wird der Elektromotor von
Stern auf Dreieck geschaltet, wird der Elektromagnet stromlos und damit das Ventilelement
freigegeben.
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Aufgrund der Anordnung des Ventilelementes in Abblasrichtung des Förderstromes
stromaufwärts vom Ventilsitz wird das Ventilelement vom durch den Abblasstutzen
strömenden Förderstrom erfaßt und gegen die Kraft der Feder yef n den Ventilsitz
gepreßt. Damit ist der Abblasstutzen gesclllosse
und somit die Entlastung
des Verdichters aufgehoben.
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Zwar ist es bei einer Ventilkonstruktion zum Entlasten des Verdichters
beim Anfahrvorgang bereits bekannt (vgl. DE-OS 27 19 646) das Ventilelement in Abblasrichtung
des Förderstromes stromaufwärts vom Ventilsitz anzuordnen, so daß dieses vom im
Abblasstutzen strömenden Förderstrom gegen Ende des Anfahrvorganges gegen den Ventilsitz
gepreßt werden kann. Bei dieser bekannten Ventilkonstruktion ist es jedoch ebenfalls
erforderlich, ein zusätzliches.verzögerungsglied in Form eines mechanisch aufwendigen
Dämpfungszylinders vorzusehen, dessen Druckraum über eine Drosseldüse mit der Umgebungsluft
verbunden ist. Die Anordnung eines derartigen Verzögerungsgliedes kann jedoch bei
der erfindungsgemäßen Ventilkonstruktion aufgrund der Kopplung des Elektromagneten
mit der ,Stern-Dreieck-Schaltung des Elektromotors vollkommen entfallen.
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Verglichen mit bekannten Ventilkonstruktionen sind Entlastungsventile
der erfindungsgemäßen Art in ihrem Aufbau verblüffend einfach. Zur Herstellung der
einzelnen Teile müssen darüberhinaus keine engen Toleranzen eingehalten werden.
Dadurch ergibt sich ein robuster verschleißarmer Aufbau, bei dem ein Verklemmen
oder Verspannen aufgrund von Wärmespannungen ausgeschlossen ist.
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Da Drosseldüsen oder Drosselblenden bzw. entsprechende geringe Strömungsquerschnitte
nicht vorgesehen werden müssen, können Verstopfungserscheinungen, die zu einem unerwünschten
verzögerten Schließvorgang oder letztlich zum Versagen des Entlastungsventiles führen,
nicht auftreten.
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Durch die Kopplung des Elektromagneten mit den Elektromotor
des
Verdichters ist die Zeitspanne für die Entlastung unabhängig von anderen Einflüssen
direkt an die für de Anfahrvorgang des Elektromotors vorgesehene Zeitspanne gekoppelt.
Dies bedeutet, daß in jedem Falle bis zum Umschalten des Elektromotors von Stern
auf Dreieck die Anfahrentlastung im Betrieb ist. Somit können aufgrund der erfindungsgemäßen
Konstruktion auch relativ lange Anfahrvorgänge problemlos entlastet werden. Bei
bekannten, mit Drosseldüsen oder Drosselblenden arbeitenden Entlastungsventilen
dagegen ist ein Einstellen von langen Entlastungszeiten schwierig, da in solchen
Fällen relativ feine Düsen und große Druckdosenquerschnitte erforderlich sind, da
der Schließvorgang bei derartigen Ventilkonstruktionen sogleich mit dem Druckaufbau
im Abblasstutzen beginnt.
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Im Gegensatz zu bekannten Ventilkonstruktionen, r bei denen sogleich
beim Anlaufen des Verdichters die Druckdifferenz im Ventil ansteigt, bleibt bei
der erfindungsgemäßen Ventilkonstruktion die vorgegebene Druckdifferenz beim Abblasvorgang
konstant, da das Ventilelement bis zur Freigabe in ein und derselben Stellung gegenüber
dem Ventilsitz verbleibt, so daß ein konstanter Abblasquerschnitt zur Verfügung
steht.
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Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Ventilkonstruktion
ist darin zu sehen, daß der Elektromagnet nur kurzfristig, d.h. während des Anfahrvorganges
unter Strom steht, danach jedoch über den gesamten Arbeitszeitraum des Verdichters
stromlos ist. Der Elektromagnet kann ferner relativ klein dimensioniert werden,
da er im Gegensatz zur gattungsgemäßen Ventilkonstruktion nur eine Verriegelungsfunktion
hat und das Ventilelement nicht gegen den Ventilsitz pressen muß. Dadurch können
auch die mit dem Elektromagneten verbundenen cwc!gtcn Teile konstruktiv relativ
klein gebaut werden.
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Eine konstruktiv besonders zweckmäßige Gestaltung eines erfindungsgemäßen
Entlastungsventiles wird dadurch erreicht, daß der Anker des Elektromagneten in
der erregten Stellung das Ventilelement über ein Halteelement in der Offenstellung
arretiert, welches über eine Federanordnung im stromlosen Zustand des Elektromagneten
außer Eingriff mit dem Ventilelement gebracht wird. Durch die Zwischenschaltung
dieses Haltelementes wird eine konstruktive Freizügigkeit geschaffen, die eine den
jeweiligen räumlichen Gegebenheiten entsprechende getrennte Anordnung von Ventilelement
und Elektromagnet ermöglicht.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines Entlastungsventiles,
bei dem das Ventilelement einen Ventilteller umfaßt, der an einem Schaft befestigt
ist, welcher hin-und herverschiebbar in einer Führung gelagert ist, ist das Haltelement
als mit dem Anker des Elektromagneten verbundener federbelasteter Stössel ausgebildet.
Das freie Ende dieses Stössels greift bei dieser Konstruktion in der erregten Phase
des Elektromagneten gegen die Kraft der Feder in eine Aussparung im Schaft ein.
Eine derartige konstruktive Lösung ist sowohl einfach in der Herstellung als auch
betriebssicher und robust.
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Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Entlastungsventiles ist der Stössel in einer radial verlaufenden Bohrung eines Ringkörpers
gelagert, dessen zumindest eine Stirnfläche zum Anschluß an einen Rohrflansch ausgebildet
ist und dessen zentrale Öffnung über mindestens einen Steg eine vorzugsweise in
der Ringachse liegende Lagcrülsc für den Schaft des Ventiltellers trägt.
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Aufgrund einer derartigen Ausgestaltung kann das Entlastungsventil
auf einfache Weise zwischen die Flansche-zweier aneinanderschließender Rohre eingesetzt
werden, ohne daß Veränderungen irgendwelcher Art an den Rohren selbst vorgenommen
werden müssen.
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Das erfindungsgemäße Entlastungsventil kann jedoch auc derart ausgebildet
sein, daß es nicht zwischen die Flansche zweier aneinanderschließender Rohre eingesetzt,
sondern als Abschlußelement auf den Endflansch des Abblasstutzens aufgesetzt wird.
In einem solchen Falle ist lediglich pilze Stirnfläche des Rohrkörpers zum Anschluß
an einen Rohrflansch ausgebildet. Die andere, dem Rohrflansch entgegengesetzte Seite
des Ringkörpers kann dabei haubenartig oder in anderer Weise gestaltet sein.
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Zweckmäßig ist bei einer derartigen Ausgestaltung, daß der Ringkötper
an seiner Umfangsfläche eine Abflachung für die Befestigung des Elektromagneten
aufweist. Vorteilhaft ist es bei einer derartigen Konstruktion ferner, daß die radial
verlaufende Bohrung für die Lagerung des Stössels einen Bohrungsabschnittzur Aufnahme
der Feder aufweist.
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Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Ventilkonstruktion
es ferner, daß nicht nur im Überdruckbetrieb arbeitende Verdichter beim Anfahrvorgang
entlastet werden können, sondern auch im Unterdruckbetrieb arbeitende Verdichter.
Entlastungsventile der erfindungsgemäßen Art können nämlich sowohl druck- als auch
saugseitig angeordnet werden. Die Möglichkeit der saugseitigen Verwendung ist insbesondere
mit Entlastungsventilen der eingangs beschriebenen gattungsgemäßen Art nicht möglich.
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Im folgenden ist zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis
ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung
näher beschrieben.
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Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein Entlastungsventil der erfindungsgemäßen
Art, das zwischen die Flansche von zwei aneinanderschließenden Rohrleitungen eingesetzt
ist, welche mit strichpunktierten Linien angedeutet sind, und Fig. 2 zeigt eine
Ansicht des Entlastungsventiles gemäß Fig. 1 aus der Richtung des Pfeiles II.
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Das in den Figuren dargestellte Entlastungsventil besteht aus einem
Ringkörper 1, dessen Stirnflächen 2 und 3 zum Anschluß an Rohrflansche 4 eines zur
Atmosphäre hin offenen Abblasstutzens 5 ausgebildet sind. Die zentrale Öffnung 6
des Ringkörpers 1 ist imvorliegenden Ausführungsbeispiel mit insgesamt vier Stegen
7 (Fig. 2) ausgestattet, die eine in der Ringachse liegende Lagerhülse 8 tragen.
In der Lagerhülse 8 ist ein Schaft 9 eines Ventiltellers 10 hin-und herverschiebbar
gelagert.
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Zwischen dem Ventilteller 10 und dem unteren Ende der Lagerhülse 8
ist eine Druckfeder 11 angeordnet. Diese Druckfeder 11 hält den Ventilteller 10
in der in Fig. 1 dargestellten Offenstellung.
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Der Schaft 9 des Ventiltellers 10 ist ferner mit einer ringförmigen
Aussparung 1 2 ausgestattet, in die das freie Ende eines Stössels 13 eingreift,
der in einer radial durch den Ring 1 und einen der Stege 7 verlaufenden Bohrung
14 gelagert ist.
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Die radial verlaufende Bohrung 1-4 für die Lagerung des Stössels 13
besitzt ferner einen Bohrungsabschnitt 15 größeren Durchmessers, in dem eine konzentrisch
zum St5ssel 13 angeordnete Feder 16 ruht. Die Feder 16 stützt sicll mit ihrem einen
Ende an dem durch den Bohrungsabschnj tt größeren Durchmessers gebildeten Absatz
17 ab. Das andere Ende der Feder 16 wiederum liegt an einem Bund 18 an, der mit
einem nicht-dargestellten Anker eines Elektromagneten 19 verbunden ist. Der Elektromagnet
19 ist über eine elektrische Leitung mit einem in den Figuren nicht dargestellten
Motorklemmkasteneines Elektromotores eines Verdichters derart verbunden, daß er
in der Sternphase des Elektromotors erregt und in der Dreieckphase stromlos ist.
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Die Strömungsrichtung des Förderstromes beim Abblan ist in Figur 1
mit Pfeilen P1 und P2 angedeutet.
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Die Funktion des erfindunsgemäßen Entlastungsventiles ist nun folgende.
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In der Ruhestellung, d.h. bei stehendem Verdichter herrscht im Abblasstutzen
beidseitig vom Entlastungsventil der gleiche Druck. Aufgrund des Eigengewichtes
des aus dem Ventilteller 10 und dem Schaft 9 bestehenden Ventilelementes und unter
der Einwirkung der Feder 11 befindet sich das Ventilelement in der in Figur 1 dargestellten
Offenstellung, in der der Ventilteller 10 von dem Ventilsitz 20 abyehoben ist.
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In diesem -Stadium ist auch der Elektromagnet 19 stromfrei, so daß
der Stössel 13 aus der-Aussparung 12 des Schaftes 9 des Ventiltellers 10 auf Grund-der
Kraft der Feder 16 herausjezogen ist.
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Wird nun der Verdichter durch Umlegen des nicht. dargestellten Schalters
in die Stern-Stellung angefahren, d.h. der Anfahrvorgang eingeleitet, so wird der
Elektromagnet 19 aufgrund
der oben beschriebenen Schaltung mit
Strom versorgt und somit die Spule erregt. Damit wird aber der Stössel 13 gegen
die Kraft der Feder 16 mit seinem freien Ende in die Aussparung 12 des Schaftes
9 des Ventilelementes eingefahren, so daß der Ventilteller 10 in seiner Offenstellung
blockiert ist. Diese Phase des Anfahrvorganges ist in Figur 1 dargestellt.
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Während des Anfahrvorganges wird der Förderstrom nunmehr in Richtung
der Pfeile P1 und P2 durch den Abblasstutzen 5 abgeblasen, so daß der Elektromotor
des Verdichters die gewünschte Entlastung in dieser Phase erfährt. Unabhängig davon,
wie lang der Anfahrvorgang dauert, wird aufgrund der Verriegelungswirkung des Stössels
13 der Ventilteller 10 in seiner Offenstellung gehalten. Der Öffnungsquerschnitt
bleibt dabei über den gesamten Anfahrvorgang konstant.
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Ist nun der Anfahrvorgang abgeschlossen, wird der Schalter des Elektromotors
für den Verdichter in die Dreieck-Stellung geschaltet und damit der Anfahrvorgang
beendet. Aufgrund der Koppelung des Elektromagneten 19 mit dem}Iotorklemmkasten
wird der Elektromagnet gleichzeitig stromlos geschaltet, so daß die Druckfeder 16
in der Lage ist, den Stössel 13 mit seinem vorderen Ende aus der ringförmigen Aussparung
12 des Schaftes 9 herauszuziehen. In diesem Moment ist die Arretierung des Schaftes
9 aufgehoben, so daß der den Ventilteller 10 in Richtung des Pfeiles P1 umströmende
Förderstrom den Ventilteller 10 in Strömungsrichtung mitnimmt und gegen die Kraft
der Feder 11 gegen den sZentilsitz 20 preßt. Damit ist das Entlastungsventil geschlossen
und der Entlastungsvorgang für den Verdichter beendet.
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Während des Laufes des Verdichters ist der Elektromagnet 19 stromlos.
Das Ventilteller 10 wird in dieser Phase ausschließlich
durch
die Druckdifferenz im Abblasstutzen 5 gegen den Ventilsitz 20 gepreßt.
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