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Saugregelventil für Gasverdichter Die vorliegende Erfindung bezweckt,
durch ein neuartig wirkendes Saugregelventil bei Gasverdichtern die Abschaltung
der Saugwirkung der Maschine bei erreichtem Höchstdruck im Gassammelbehälter sowie
die Wiedereinschaltung des Saugvorganges bei gesunkenem Behälterdruck mit einfachsten
Mitteln in sanftem Übergang herbeizuführen, so daß der selbsttätig wirkenden Regelvorrichtung
des den Verdichter antreibenden Motors genügend Zeit verbleibt, die durch die Regelung
verursachten starken Belastungsschwankungen praktisch stoßlos auszugleichen. Insbesondere
bei mit Brennstoffmotoren unmittelbar gekuppelten Verdichtern verursacht die Lösung
des Regelproblems sehr erhebliche Schwierigkeiten.
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Es ist bekannt, die Regelung derart vorzunehmen, daß bei eingetretenem
Kesselhöchstdruck, bei Einsetzen der Kompressorregelung, die Preßluft ein Kompressorentlastungsorgan
und gleichzeitig das Brennstoffregelventil des Motors betätigt. Ferner ist vorgeschlagen
worden, bei Überschreitung des Kesselhöchstdruckes zunächst die vom Kompressor zum
Sammelbehälter führende Rohrleitung mit der Atmosphäre zu verbinden, um den hierdurch
entstehenden Druckabfall zur Betätigung des Brennstoffregelventils zu benutzen.
Beide Regelarten haben den Mangel, daß die Abschaltung der Kompressorleistung viel
zu schnell vor sich geht und dem Motor nicht genügend Zeit zur Regelung verbleibt.
Die zusätzliche Einschaltung eines besonderen, von der Preßluftspannung beeinflußten
Brennstoffregelventils in das Regelsvstem hat den empfindlichen Mangel der stoßweisen,
zu schnellen Regelung nicht beheben können. Nach einem bekannten Vorschlag soll
der Mangel zu starker Schwankungen der Motordrehzahl dadurch behoben «-erden, daß
ein besonderes, mit der Abschaltvorrichtung des Kompressorsaugstutzens verbundenes
Unterdruckregelorgan die Drosselklappe des Motors ummittelbar beeinflußt, vermittels
eines Steuergestänges. Eine solche Vorrichtung ist kompliziert und teuer; auch sie
behebt das Grundübel, nämlich die zu schnelle Wirkung des Kompressorabschaltorgans,
keineswegs. Wohl wird der Nachteil zu starker Umlaufschwankungen im Motor behoben,
erkauft wird aber diese Verbesserung dadurch, daß das Kompressorabschaltorgan in
der Nähe des Höchstdruckes überaus häufig mit heftigem Ruck öffnet und schließt,
die Drosselklappe des Motors also in ständiger starker Bewegung hält. Abgesehen
von dem hierdurch bedingten starken Brennstoffverbrauch, unterliegt das Gestänge
infole unruhiger Motorarbeit starker Ab-
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nutzurig.
Schließlich werden zur Erzielung des Reglereffektes komplizierte zusätzliche Reglerorgane
benötigt.
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Die geschilderten Nachteile werden durch den Gegenstand der vorliegenden
Erfindung völlig behoben, und zwar unter Vermeidung jeglicher zwischen Abschaltventil
und Motorregler eingeschalteter Gestänge u. dgl. Ein weiterer technisch neuer Vorteil
wird dadurch erreicht, daß durch entsprechende Bemessung und durch Einstellmöglichkeit
der Regelkanäle die Dauer des Regelvorganges beliebig eingestellt werden kann.
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In den Zeichnungen ist ein Beispiel der Erfindung dargestellt. In
den Abb. z bis 3 und 4. sind Längsschnitte durch das Regelventil gegeben mit drei
bestimmenden Stellungen des Regelkörpers. Abb. a zeigt einen Querschnitt nach Linie
A-B. Abb. 5 und 6 veranschaulichen eine vereinfachte Bauweise des Erfindungsgegenstandes
im Längsschnitt. Das Regelventil a ist mit Flansch b an den Saugstutzen des Verdichters
angeschaltet. Der Flansch c ist mit einem Vorschaltventil verbunden, welches in
bekannter Weise derart eingestellt ist, daß einerseits bei erreichtem Gebrauchsdruck
im Gassammelbehälter dem gespannten Gas der Weg zu den Kanälen d, e freigegeben
wird, andererseits aber bei entsprechend eingetretenem Druckabfall im Sammelbehälter
diese Kanäle mit der äußeren Atmosphäre verbunden werden. Zwischen Kanal e und f
ist ein einstellbares Drosselventil g eingeschaltet. Kanal f mündet mit einer zweckmäßig
enger gehaltenen Bohrungg in den Zvlinderraum h., in welchem ein schließend eingebauter,
beweglich gehaltener hohler Steuerkolben i eingebaut ist, an dessen Grundfläche
Ausnehmungen h angebracht sind. In den äußeren Mantel des Kolbens i ist ein Ringkanal
l eingedreht, der durch Bohrungen ni mit dem Kolbeninnern verbunden ist. In dem
den Kolben i schließend umfassenden Gehäusestutzen n ist ein Ringkanal o vorgesehen,
der durch Bohrungen p mit Raum q des stufenartig gehaltenen Regelventilkörpers
Y in Verbindung steht. Durch eine sehr klein gehaltene Bohrung s wird Raum q mit
dem Ringraum t verbunden. Die zylindrisch gehaltenen Flächen des Stufenventilkörpers
werden dichtend von den Wänden des Gehäuses a umfaßt. Durch Bohrungen u wird Raum
q gleichfalls mit Raum t verbunden. Ferner befinden sich im Schaft
des Ventilkörpers r- oberhalb der Bohrungen ts Bohrungen v, die im Laufe der Ventilkörperbewegung
über einen im Gehäuse a befindlichen Ringkanal 2e, vermittels in diesen mündender
Bohrungen x mit dem Gehäuseraum y in Verbindung treten. Eine gegen das Gehäuse u.
abgestützte und in den Ventilkörper r eingesenkte Feder z .hält Körper
r in ständiger Berührung mit Steuerkolben i und drückt im Ruhestand beide
so weit nach unten, bis die Steuerkolbengrundfläche auf der Gehäusewand aufliegt.
Raum q kann durch ein einstellbares Abschlußventil a mit der äußeren Atmosphäre
verbunden werden.
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Abb. r zeigt das Regulierventil im Längsschnitt im geöffneten Zustande.
Feder z drückt den Ventilkörper in Öffnungsstellung. Die Kanäle e, f und
die Räume 1a, q, t stehen zufolge der offenliegenden Verbindungsbohrungen
und Kanäle h, l; in, o, p, u über das Vorschaltventil mit der äußeren Atmosphäre
in Verbindung. Das vom Verdichter angesaugte Gas strömt durch den geöffneten Stutzen
c, über Raum y und Stutzen ra dem Verdichter zu. Ist der Enddruck im Sammelbehälter
erreicht, so wird durch das Vorschaltventil selbsttätig aus dem Sammelbehälter das
gespannte Gas in Kanal e geleitet. Von dort strömt dieses über das in bestimmtem
Maß geöffnete Ventil g durch Kanal f in Raum h und von diesem über die Wege
in, L, o, p in
den bedeutend größeren Raum q. Gleichzeitig wird durch Öffnungen
u Ringraum t gefüllt. Ist der Preßgaszutritt durch Ventil g bzw. die Öffnung g stark
gedrosselt, so füllen sich die Räume h, q, t nur schleichend mit Preßgas
an, und zwar um so langsamer, je größer diese Räume bemessen sind. Unter der steigenden
Druckwirkung werden Kolben i und Ventilkörper r verhältnismäßig sanft angehoben,
wobei der Gegendruck der vorgespannten Feder z anwächst. Die Aufwärtsbewegung des
Ventilkörpers r- erleidet die erste Unterbrechung, wenn er etwa die Hälfte seines
Gesamthubes zurückgelegt hat, also den Durchgangsquerschnitt des Stutzens c zum
Raumey auf etwa die Hälfte abgedrosselt hat. Die starke Drosselung mindert die Saugleistung
des Verdichters beträchtlich, sein Kraftverbrauch sinkt entsprechend. Der Geschwindigkeitsregler
des Motors beginnt seine Einstellung auf den kleiner gewordenen Kraftbedarf. Die
erwähnte Stellung des Ventilkörpers ist in Abb. 3 dargestellt. Die untere Kante
des Ringkanals l hat die obere Kante des Ringkanals o gerade überschritten. Der
Gaszufluß nach Raum q ist beendet. Gleichzeitig ist die Unterkante der Bohrung za
durch die Gehäusekante d abgeschnitten worden. Im geschlossenen Raum h steigt nunmehr
die Spannung des durch Kanal f einströmenden Gases bis auf die Spannung im Gasbehälter.
Sie würde Kolben i und Ventilkörper r- weiter anheben, wenn nicht im geschlossenen
Ringraume t Kompression eintreten würde. Die im Regelventilkörper angebrachte, sehr
enge Entlüftungsbohrung s . bewirkt ein langsames Abströmen des komprimierten Gases
nach
Raum q. Dieser wird entlüftet durch die Bohrungen v, deren
Oberkanten gleichzeitig die Verbindung über Ringkanal w durch Bohrung x mit dem
Saugraum y herstellen. Der vom Kolben i ausgeübte Druck überwiegt allmählich, so
daß entsprechend dem Abströmen des Gases aus Raum t in den mit atmosphärischer Spannung
gefüllten Raum q ein langsames, weiteres Anheben des Regelventilkörpers r erfolgt,
bis daß er mit seiner oberen Fläche den Stutzen c dichtend abschließt. Die schleichende
Bewegung im zweiten Hubteil läßt dem Motorregler reichlich Zeit, entsprechend der
wachsenden Drosselung des vom Verdichter angesaugten Gasstromes, die Antriebsmaschine
stoßlos auf die immer kleiner «-erdende Leistung einzustellen, so daß die gefürchteten
Stöße im Getriebe sowie nennenswerte Schwankungen der Umlaufzahl vermieden «-erden.
Sobald der Steuerventilkörper den Abschluß vollzogen hat, tritt im Raume y Vakuum
ein, und der Motor arbeitet unter geringster Belastung. Die zugehörige Stellung
des Ventilkörpers r ist in Abb. q. dargestellt. Sobald der Druck im Sammelbehälter
gesunken ist, verbindet das Vorschaltventil in bekannter Weise den Kanal d mit der
äußeren Atmosphäre, der Raum h wird drucklos, und die scharf gespannte Feder -,
sucht den Regelventilkörper r nach abwärts zu bewegen. Hierbei entsteht im Raum
t ein Vakuum, das ganz allmählich durch Zufuhr atmosphärischer Luft durch Bohrung
s herabgemindert wird. Demgemäß geht die Eröffnungsbewegung des Ventils nur langsam
vor sich, so daß dem Regler des Motors genügend Zeit bleibt, die größer werdende
Leistung einzustellen. Sobald Bohrung u mit Raum t in Verbindung tritt (Abb. 3),
wird die Wirkung des Vakuums aufgehoben. Der stark verminderte Federdruck schiebt
nunmehr den Ventilkörper ohne nennenswerte Gegenwirkung vollends in die Endstellung;
die absatzweise durchgeführte Eröffnungsbewegung läßt dem Regler des Antriebsmotors
genügend Zeit zur stoßlosen Einstellung der -Motorleistung. Zur genauen Einregulierung
der Füllungszeiten der Räume 1r, q, t dient ein durch Kanal b mit
Raum q i:1 Verbindung stehendes Einstellventil a(Abb. i). durch welches der
Raum mit der äußeren Atmosphäre verbunden werden kann.
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Eine vereinfachte Ausführung des Erfindungsgedankens zeigt Abb. 5.
Bei dieser wird unter Fortfall des Steuerkolbens i die Schlußbewegung des Ventilkörpers
r allein herbeigeführt durch den im Raum q herrschenden Gasdruck. vermindert um
den im Ringraum t herrschenden Druck.
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Abb. f; zeigt ein Detail des Saugregelventils, bei welchem der Erfindungsgedanke
dahin ausgebaut ist, daß der im Raum t bei der Schlußbewegung des Ventilkörpers
r auftretende Kompressionsdruck durch ein einstellbares Drosselventil s genau einreguliert
werden kann. Die Bohrung s (Abb. 5) fällt fort. An ihre Stelle tritt der durch Ventil
s. einstellbare Kanal s1. Wird diese Einrichtung bei der Bauart nach Abb. 5 verwendet,
so erhält sie zweckmäßig den in Abb.6 angegebenen Aufbau. Bei Verwendung des Regelventils
s, in Verbindung mit Bauart nach Abb. i wird der Abflußkanal s, (Abb. 6) nicht mit
dem Kanal d verbunden, sondern direkt zur äußeren Atmosphäre abgeleitet.
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Abb. ; stellt schematisch das Regelventil in Verbindung mit Vorschaltv
entil und Gasverdichter dar. i ist das Regelventil, 2 das Vorschaltventil, 3 die
Verbindungsleitung zwischen Vorschaltventil und Gassammelbehälter q.. Der Gasverdichter
ist mit 5 bezeichnet. Rohr 6 verbindet den Druckraum 7 des Verdichters mit dem Sammelbehälter
d.. Das Vorschaltv entil ist in bekannter Weise derart ausgeführt, daß ein Regulierkolben
8, der in dem Gehäuse :2 dichtend, leicht beweglich eingebaut ist, von einer Feder
9 belastet wird, deren Spannung durch Schraube io eingestellt werden kann. In dem
Regulierkolben 8, der in dem Gehäuse 2 eingepaßt ist, ist eine Winkelbohrung i i
vorgesehen, die bei der in der Zeichnung dargestellten Schlußstellung des Vorschaltventils
2 mit dem Kanal d des Regelventils i in Verbindung steht. Ist der Regulierkolben
8 hingegen angehoben, so ist diese Verbindung unterbrochen. In Abb. 7 ist die Stellung
der Regelorgane gekennzeichnet, die vorliegt, wenn der Verdichter 5 Gas ansaugt
und in den Behälter q. durch Rohr 6 preßt. Der Druck im Sammelbehälter hat noch
nicht die festgelegte Betriebsspannung erreicht. Die Spannung der Feder 9 ist größer
als die Gasspannung, die vom Behälter durch Rohr 3 auf die Kopf dichtungsfläche
des Regulierkolbens 8 ausgeübt wird. Das Vorschaltventil 2, 8 bleibt geschlossen.
Kanal d steht über Kanal i i mit der äußeren Atmosphäre in Verbindung. Der Kolben
r des Saugregelventils ist durch die Feder -- (Abb. i) heruntergedrückt und hat
die Verbindung zwischen Verdichtersaugraum 1:2 (Abb. 7) und Saugstutzen cl (Abb.
i ) freigegeben. Der Verdichter fördert Gas in den Sammelbehälter. Sobald die geforderte
Endspannung im Behälter q. erreicht ist, übersteigt die im Rohr 3 (Abb. 7) herrschende
Spannung den Druck der Feder 9, der Regulierkolben 8 wird angehoben, das gespannte
Gas tritt unter der Kopfdichtungsfläche des Kolbens 8 hinweg in den Kanal d ein
und hebt den Kolben r des Saugregelventils an (Abb. 3 und 4.), der Gaszufluß zum
Verdichter
wird stufenweise abgeschnitten und damit die Förderung
unterbrochen. Sinkt durch Gasentnahme am Behälter q. (Abb. 7) die Behälterspannung,
so überwiegt die Spannung der Feder 9 des Vorschaltventils. Der Regulierkolben 8
wird dichtend auf seinen Sitz gedrückt und der Zustrom des Gases aus Leitung 3 abgeschnitten.
Kanal i i verbindet nunmehr den Kanal d mit der äußeren Atmosphäre, Raum q (Abb..
3 und q.) wird spannungslos, das Saugregelventil öffnet sich, der Zustrom des Gases
zum Verdichtersaugraum 12 setzt wieder ein.