Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung eines Kompressors durch Drosselung des Ansaugvolumenstroms (Ansaugdrosselung), mit einem auf dem Einlaß des Kompressors angebrachten Einlaßventil, welches eine Drosseleinrichtung mit einem Drosselorgan aufweist, das an ein bewegbares Stellelement gekoppelt ist, welches von einer elektronischen Steuereinrichtung ansteuerbar ist, an der ein am Auslaß des Kompressors angebrachter elektronischer Drucksensor zur Erfassung des Betriebsdrucks angeschlossen ist, wobei das Stellelement des Drosselorgans in Abhängigkeit vom durch den Drucksensor erfaßten Betriebsdruck-Istwert und einem an der Steuereinrichtung voreinstellbaren Betriebsdruck-Sollwert ansteuerbar ist. Weiterhin ist ein Regelverfahren für Kompressoren durch Ansaugdrosselung Gegenstand der Erfindung.The present invention relates to a device for regulating a commpressors by throttling the intake volume flow (intake throttling),with an inlet valve attached to the inlet of the compressor, welches has a throttle device with a throttle element that is connected to amovable actuator is coupled, which is an electronicControl device is controllable, on the one at the outlet of the compressorattached electronic pressure sensor for recording the operating pressureis connected, the control element of the throttle element being dependentspeed of the actual pressure detected by the pressure sensor and oneOperating pressure setpoint that can be preset on the control device can be controlledis. Furthermore, there is a control procedure for compressors using intake manifoldslung object of the invention.
Die Regelung der Fördermenge von Kompressoren und damit des am Ausgang anstehenden Betriebsdrucks durch Ansaugdrosselung ist ein relativ einfaches Regelverfahren. Durch die Drosseleinrichtung am Einlaßventil wird dabei der Ansaugvolumenstrom des Kompressors mehr oder weniger gedrosselt, und zwar abhängig davon, ob der vom Drucksensor gemessene Betriebsdruck-Istwert von dem vorgegebenen Sollwert nach oben oder unten abweicht. Bei schwankendem Liefermengenbedarf wird der Betriebsdruck auf diese Weise relativ konstant gehalten.The regulation of the delivery rate of compressors and thus the offcurrent operating pressure due to intake throttling is a relativesimple control procedure. Through the throttle device on the inlet valvethe intake volume flow of the compressor more or lessthrottled, depending on whether the measured by the pressure sensorActual operating pressure value up or down from the specified setpointdeviates. In the event of fluctuating supply quantities, the operating pressurekept relatively constant in this way.
Insbesondere in stark gedrosselten Betriebszuständen ist diese Regelung durch Ansaugdrosselung in der Energiebilanz anderen, technisch aufwendi geren Regelungsarten unterlegen. Dennoch wird sie wegen ihres geringen Aufwands und ihrer guten Regelungsdynamik nach wie vor häufig angewendet.This regulation is particularly important in severely throttled operating statesthrough intake throttling in the energy balance other, technically complex inferior to other types of regulation. Nevertheless, it is because of its minorEffort and their good control dynamics are still commonturns.
Bereits vor der Einführung elektronischer Kompressorsteuerungen ist die Regelung durch Ansaugdrosselung über einen pneumatischen oder hydraulischen Regelkreis bekannt gewesen. Dabei beaufschlagt ein an den Betriebsdruck angeschlossener, pneumatischer oder hydraulischer Proportionalregler (P-Regler) das meist in Form eines Stellzylinders ausgebildete Stellelement des Drosselorgans mit Steuermedium. Unter normalen Betriebsbedingungen arbeiten derartige Regelvorrichtungen relativ zuverlässig. Dem stehen allerdings die Nachteile gegenüber, daß pneumatische oder hydraulische P-Regler technisch aufwendig und daher kostspielig sind und wegen der relativ geringen Strömungsquerschnitte gegenüber Funktionsstörungen durch Verschmutzungen empfindlich sind. Darüber hinaus lassen sich integrierende Regelcharakteristiken, beispielsweise PI (Porportional-Integral) oder PID (Proportional-Integral-Differential) nicht mit vertretbarem Aufwand umsetzen. Abgesehen von der bei P-Reglern auftretenden, prinzipbedingten bleibenden Regelabweichung kommt das weitere Problem hinzu, daß bei Einlaßventilen mit Drosselorganen in Form linear bewegter Ventilteller nichtlineare Stellkräfte auftreten, denen man im Stand der Technik, beispielsweise in der US-PS 5,533,873, durch Verwendung nichtlinearer Federelemente begegnet ist, ohne dieses Problem jedoch befriedigend zu lösen. Selbst bei dieser weiterentwickelten Ausführung ist zudem nach wie vor die Veränderung der Sollwert-Vorgabe durch mechanische Veränderung der Federvorspannung mittels einer Einstellschraube oder dergleichen erforderlich.Even before the introduction of electronic compressor controlsRegulation by intake throttling via a pneumatic or hydrauliccontrol loop was known. It is applied to the companypressure connected, pneumatic or hydraulic proportional controller(P controller) the control element, which is usually designed in the form of an adjusting cylinderof the throttle body with control medium. Under normal operating conditionssuch control devices work relatively reliably. Everybody can stand thatHowever, the disadvantages compared to pneumatic or hydraulic P-controllerstechnically complex and therefore expensive and because of the relatively smallflow cross sections against malfunctions due to Verdirt is sensitive. In addition, integratingControl characteristics, for example PI (Portional-Integral) or PID(Proportional-integral-differential) do not implement with reasonable effort.Apart from the principle-related permanent that occurs with P-controllersControl deviation comes with the further problem that with intake valveswith throttling elements in the form of linearly moving valve disks non-linearActuating forces occur which can be found in the prior art, for example in theUS Pat. No. 5,533,873, countered by using nonlinear spring elementsis, however, satisfactorily solved without this problem. Even with thisfurther developed version is still the change ofSpecification of the setpoint by mechanically changing the spring preloadby means of an adjusting screw or the like.
Die zunehmende Verbreitung elektronischer Kompressorsteuerungen hat im Stand der Technik bereits zu Ansätzen geführt, die Ansaugdrosselung darin ebenfalls zu integrieren. Derartige Regelvorrichtungen ergeben sich beispielsweise aus der US-PS 5,388,968 und US-PS 5,540,558.The increasing spread of electronic compressor controls has inState of the art has already led to approaches, the intake throttling thereinalso integrate. Such control devices result fromfor example from US Pat. No. 5,388,968 and US Pat. No. 5,540,558.
Bei diesen Regelungseinrichtungen mit den eingangs erwähnten Merkmalen wird der Betriebsdruck-Istwert mit einem elektrischen Drucksensor gemessen und an den Eingang einer elektronischen Steuereinrichtung gegeben, die im wesentlichen eine elektronische Regelschaltung enthält. Diese Steuereinrichtung steuert mit ihrem Ausgang ein motorisch bewegbares Stellelement, welches das Drosselorgan öffnet bzw. schließt.In these control devices with the features mentioned abovethe actual operating pressure value is measured with an electrical pressure sensorsen and given to the input of an electronic control device that essentially contains an electronic control circuit. This taxdirection controls a motor-driven actuator with its output,which opens or closes the throttle body.
Der Einsatz elektronischer Steuerungen hat den grundsätzlichen Vorteil, daß die Realisierung von PI- bzw. PID-Regelcharakteristiken ohne weiteres möglich ist. Außerdem kann der Betriebsdruck-Sollwert einfach an der elektronischen Steuereinrichtung eingestellt werden. Ein wesentliches Problem ergibt sich allerdings daraus, daß das Steuersignal der Steuervorrichtung naturgemäß ein elektrisches Signal ist, welches zur Ansaugdrosselung zunächst in eine Verstellung des Drosselorgans umgesetzt werden muß.The use of electronic controls has the basic advantage thatthe implementation of PI or PID control characteristics is readily possibleis. In addition, the operating pressure setpoint can easily be set on the electroniccontrol device. A major problem ariseshowever, from the fact that the control signal of the control device naturgeis an electrical signal which is initially used for throttlingan adjustment of the throttle body must be implemented.
Im Stand der Technik wird hierzu beispielsweise in der US-PS 5,388,968 vorgeschlagen, eine lineare Positionierung eines Drosselorgans über einen Schrittmotor-Spindelantrieb vorzusehen. Aus der US-PS 5,5440,558 geht die Verwendung eines durch einen Gleichstrommotor angetriebenen Linearantriebs hervor. Die dabei eingesetzten Steuerventile weichen jedoch ganz erheblich von den üblicherweise verwendeten pneumatisch gesteuerten Einlaßventilen ab. Für Ausführungen mit bzw. ohne Ansaugdrosselung müssen folglich unterschiedliche Typen von Einlaßventilen bereitgehalten werden. Darüber hinaus sind die bekannten Ausführungen von elektrisch betätigten Einlaßventilen relativ kompliziert aufgebaut und damit entsprechend kostspielig und empfindlich.In the prior art, for example, in US Pat. No. 5,388,968proposed a linear positioning of a throttle body over aTo provide stepper motor spindle drive. From US Pat. No. 5,5440,558the use of a linear driven by a DC motordrive out. The control valves used for this, however, give way entirelysignificantly from the commonly used pneumatically controlledInlet valves. For versions with or without intake throttlingDifferent types of intake valves must therefore be availablebecome. In addition, the known versions of electricalactuated intake valves constructed relatively complicated and thus entspeaking expensive and sensitive.
Angesichts der vorangehend erläuterten Problematik liegt der Erfindung die Aufgabenstellung zugrunde, eine Ansaugdrosselung unter Verwendung einer elektronischen Steuereinrichtung zur Verfügung zu stellen, die zum einen die Probleme von pneumatischen und hydraulischen P-Reglern vermeidet und zum anderen eine weniger aufwendige Ausführung ermöglicht, als die im Stand der Technik vorbekannten elektronischen Ansaugdrosselregelungen.In view of the problems explained above, the invention liesTask, an intake throttling using ato provide electronic control device, on the one hand theAvoids problems of pneumatic and hydraulic P-controllers andon the other hand allows a less complex design than that inState of the art electronic intake throttle control.
Zur Lösung dieser Aufgabenstellung schlägt die Erfindung eine Regelvorrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen vor, bei der das Drosselorgan mit einem hydraulischen bzw. pneumatischen Stellelement gekoppelt ist, welches über Steuerleitungen mit hydraulischem bzw. pneumatischem Steu ermedium beaufschlagbar ist, wobei in die Steuerleitungen mindestens eine Drosselstelle und mindestens ein elektrisches Steuerventil eingegliedert ist, das an die elektronische Steuervorrichtung angeschlossen und von dieser ansteuerbar ist.To solve this problem, the invention proposes a ruletion with the features mentioned above, in which the throttle bodyis coupled to a hydraulic or pneumatic control element,which via control lines with hydraulic or pneumatic control The medium can be acted upon, with at least one in the control linesThrottling point and at least one electrical control valve is integrated,connected to and from the electronic control deviceis controllable.
Die Besonderheit der Erfindung liegt darin, daß ein hydraulisch oder pneumatisch verstellbares Einlaßventil verwendet wird, wie es beispielsweise von Kompressoren mit Last-/Leerlaufregelung her bekannt ist. Dessen Betätigung erfolgt hydraulisch bzw. pneumatisch über elektrisch zu schließende bzw. zu öffnende Steuerventile, die ihrerseits an die elektronische Steuereinrichtung angeschlossen sind. Dabei sind weder aufwendige elektrische Stellelemente, noch anfällige hydraulische oder pneumatische Druckumsetzer erforderlich.The special feature of the invention is that a hydraulic or pneumatictable adjustable inlet valve is used, such as byCompressors with load / idle control is known ago. Its operationtakes place hydraulically or pneumatically via electrically closing or closingopening control valves, which in turn are sent to the electronic control deviceare connected. There are no complex electrical control elements,sensitive hydraulic or pneumatic pressure converters still required.
Durch die erfindungsgemäße Kombination werden praktisch die Vorteile der bekannten hydraulischen bzw. pneumatischen Regelkreise mit denen moderner elektronischer Steuereinrichtungen kombiniert. So sind beliebige Reglercharakteristiken, beispielsweise P-, PI- oder PID-Regler, mit beliebigen Parameterwerten mit geringem Aufwand einfach durch entsprechende Programmierung der elektronischen Steuereinrichtung realisierbar. Darüber hinaus ist die Einrichtung einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung unter Benützung der bislang vielfach verwendeten, bewährten Einlaßventile von Kompressoren mit Last-/Leerlaufregelung unter geringem Aufwand durchführbar, da diese Ventile einfach mit der erfindungsgemäßen elektronischen Steuerung über Steuerventile ausgerüstet werden können. Die dazu erforderlichen Bauteile sind insgesamt robuster und deutlich kostengünstiger als die bekannten elektrischen Stellvorrichtungen.The combination of the invention practically brings the advantages ofknown hydraulic or pneumatic control loops with which moderner combined electronic control devices. So are anyController characteristics, for example P, PI or PID controllers, with anyParameter values with little effort simply by appropriateProgramming of the electronic control device can be implemented. About thatIn addition, the establishment of a control device according to the invention is underUse of the tried and tested intake valves fromCompressors with load / idle control with little effortfeasible because these valves are easy with the electronic according to the inventionControl can be equipped via control valves. The necessary for thisOverall, components are more robust and significantly cheaper than thatknown electrical actuators.
Im Gegensatz zu den pneumatischen/hydraulischen Regelkreisen sind die aufwendigen und empfindlichen hydraulischen oder pneumatischen P-Regler nun nicht mehr erforderlich. Die statt dessen eingesetzten Steuerventile haben zudem größere Strömungsquerschnitte, sind im Betrieb weniger anfällig und darüber hinaus kostengünstiger.In contrast to the pneumatic / hydraulic control loopscomplex and sensitive hydraulic or pneumatic P-controllerno longer required. The control valves used insteadalso have larger flow cross-sections and are less susceptible to operationlig and also cheaper.
Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung sieht vor, daß ein Steuerventil in einer zum Stellelement führenden (Zufuhr-) Steuerleitung und eine Drossel stelle in einer vom Stellelement abführenden (Abfuhr-) Steuerleitung liegt. Alternativ kann das Steuerventil in einer vom Stellelement abführenden Steuerleitung und die Drosselstelle in der zum Stellelement führenden Steuerleitung liegen. Die Drosselstelle für das Steuermedium kann durch eine an sich bekannte Düse realisiert werden. Für das Steuerventil sind Ausführungen von elektrisch fernsteuerbaren Ventilen einsetzbar, wie sie im Stand der Technik in unterschiedlichen Ausführungen mit verschiedenen Schalteigenschaften bekannt sind.An advantageous embodiment of the invention provides that a control valve ina (supply) control line leading to the control element and a throttle place in a (discharge) control line leading away from the control element.As an alternative, the control valve can be used to discharge the control elementControl line and the throttle point in the leading to the control elementControl line. The throttling point for the control medium can by aknown nozzle can be realized. The control valve is offguides of electrically remotely controllable valves can be used, as inState of the art in different designs with differentSwitching properties are known.
Eine weitere Alternative zu den vorgenannten Ausführungen sieht vor, daß mindestens ein Steuerventil in einer sowohl zuführend als auch abführend schaltbaren Steuerleitung liegt. Das Stellelement der Drosseleinrichtung, beispielsweise ein hydraulischer oder pneumatischer Stellzylinder, verfügt dabei lediglich über einen einzigen Anschluß für das Steuermedium, an dem die Steuerleitung angeschlossen ist. Über diese wird das Stellelement je nach Stellung des Steuerventils alternierend, d. h. wahlweise mit Steuermedium beaufschlagt oder entlastet. Das Steuerventil ist hierzu als 3/2-Wegeventil (Umschaltventil) ausgebildet. Es ist eingangsseitig mit zuführenden und abführenden Steuerleitungen verbunden, während die Verbindung zum Stellelement über die besagte kombinierte schaltbare Steuerleitung erfolgt. Die Drosselstelle kann dabei entweder in der schaltbaren Steuerleitung oder vor dem Umschaltventil liegen.Another alternative to the aforementioned statements provides thatat least one control valve in one both supply and dischargeswitchable control line. The control element of the throttle device,for example, a hydraulic or pneumatic actuating cylinderonly via a single connection for the control medium to whichthe control line is connected. About this the actuator is everalternating after the position of the control valve, d. H. optionally with taxmedium loaded or relieved. The control valve is 3 / 2-Directional control valve (changeover valve) designed. It must be carried on the input sidethe and laxative control lines connected during the connectionto the control element via said combined switchable control linehe follows. The throttle can either be in the switchable controlline or before the changeover valve.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß das Steuerventil ein elektrisches Pilotventil und einen daran angeschlossenen Volumenverstärker aufweist, wobei das Pilotventil an die Steuervorrichtung angeschlossen ist und der Volumenverstärker in die Steuerleitungen eingegliedert ist. Der besondere Vorteil dieser Ausführung liegt darin, daß durch den Volumenverstärker größere Strömungsquerschnitte des Steuermediums handhabbar sind, als dies mit handelsüblichen 2/2-Wegeventilen möglich wäre. Auf diese Weise ist eine schnelle Betätigung der Drosseleinrichtung mit größeren Steuermittel-Volumen ohne weiteres möglich.A preferred development of the invention provides that the control valvean electrical pilot valve and a connected volume valvehas stronger, the pilot valve connected to the control devicesen and the volume amplifier is integrated into the control lines.The particular advantage of this version is that the volularger flow cross sections of the control mediumare available than would be possible with standard 2/2-way valves.In this way, the throttle device can be actuated quicklylarger control medium volume is easily possible.
Zweckmäßigerweise sind die Steuerventile als Magnetventile ausgebildet, die ein elektrisches Steuersignal elektromagnetisch in einen mechanischen Schaltvorgang umsetzen und technisch ausgereift und besonders zuverlässig sind. Die Schaltcharakteristik der Steuerventile richtet sich nach den Ausgangssignalen der Steuervorrichtung. Durch die Verwendung eines 2/2-Wegeventils, welches lediglich die Schaltpositionen "Offen" und "Geschlossen" hat, oder eines 3/2-Wegeventils für eine schaltbare Steuerleitung, läßt sich besonders einfach eine getaktete Beaufschlagung des Stellelements realisieren, was lediglich eine digitale Ansteuerung durch die Steuervorrichtung erfordert. Falls die Steuervorrichtung ein analoges Ausgangssignal abgibt, kann das Steuerventil als analog ansteuerbares, stufenlos verstellbares Stellventil ausgebildet sein. Dadurch wird eine besonders gleichmäßige Proportionaleinstellung möglich.The control valves are expediently designed as solenoid valves whichan electrical control signal electromagnetically into a mechanical Implement switching process and technically mature and particularly reliableare. The switching characteristics of the control valves depend on the offgear signals of the control device. By using a 2/2Directional control valve, which only has the switch positions "Open" and"Closed", or a 3/2-way valve for a switchable taxline, a clocked application of theRealize control element, which is only a digital control by theControl device required. If the control device has an analog offemits the output signal, the control valve can be stepped as an analog driveloosely adjustable control valve. This makes one specialeven proportional setting possible.
Vorzugsweise ist die Steuerleitung an den Ausgang des Kompressors angeschlossen, womit als Steuermedium ein Kompressor-Betriebsmedium eingesetzt wird. Als Steuermedium kann beispielsweise ein Teil des von dem Kompressor verdichteten Gases abgezweigt werden. Die Steuerleitung wird hierzu am Kompressorausgang angeschlossen und dadurch mit Betriebsdruck beaufschlagt. Alternativ kann Druckgas aus einer externen Druckmittelquelle als Steuermedium genutzt werden.The control line is preferably connected to the output of the compressorclosed, which included a compressor operating medium as the control mediumis set. As a control medium, for example, part of theCompressor compressed gas can be branched. The control line willFor this purpose connected to the compressor outlet and therefore with operating pressureacted upon. Alternatively, pressurized gas from an external pressure medium sourcecan be used as a control medium.
Ein hydraulisches Steuermedium ist ebenfalls einsetzbar. Dieses kann bei einem Kompressor mit Flüssigkeitseinspritzung, wie etwa einem Schraubenverdichter, ein Teil der nach dem Verdichtungsvorgang aus dem verdichteten Gas abgeschiedenen Einspritzflüssigkeit sein.A hydraulic control medium can also be used. This can be done ata liquid injection compressor such as a screwcompressors, a part of the compressed after the compression processGas separated injection liquid.
Bei der Flüssigkeitseinspritzung wird vor bzw. während des Verdichtungsvorgangs zur Schmierung und Kühlung Flüssigkeit eingespritzt, in der Regel Öl, welches nach der Verdichtung wieder aus dem Druckgas abgeschieden, rückgekühlt und im geschlossenen Kreislauf erneut eingespritzt wird. Aus diesem bereits vorhandenen Kreislauf wird nunmehr einfach ein Teil der Flüssigkeit als Steuermedium abgezweigt.With liquid injection, before or during compressionprocess for lubricating and cooling liquid, usually injectedOil, which is separated from the compressed gas after compression,recooled and injected again in a closed circuit. Outthis existing cycle is now simply part of theLiquid branched off as a control medium.
Vorzugsweise münden die ableitenden Steuerleitungen an einer Stelle in den Kompressor ein, wo im Betrieb bereits eine teilweise Verdichtung des Betriebsmediums vorliegt. Das Steuermedium wird dadurch nicht voll gegen Atmosphäre expandiert, so daß die bereits aufgewendete Verdichtungsarbeit nicht nutzlos verloren geht. In den größeren Kompressoranlagen können die Steuervolumenströme nämlich eine derartige Größe erreichen, daß dadurch eine merkliche Energieeinsparung möglich ist.The discharge control lines preferably open into theCompressor, where a partial compression of theOperating medium is present. The control medium is not fully countered by this Atmosphere expands, so that the compression work already spentis not lost uselessly. In the larger compressor systems, theControl volume flows namely reach such a size thata noticeable energy saving is possible.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die das Steuermedium von der Stelleinrichtung ableitenden Steuerleitungen an den Kompressor angeschlossen sind. Das verbrauchte Steuermedium wird dabei der Kompressoranlage an einer Stelle mit niedrigerem Druck als dem Betriebsdruck wieder zugeführt, beispielsweise im Ansaugbereich des Kompressors. Daran ist vorteilhaft, daß kein Steuermedium in die Umgebung abgegeben wird.An advantageous embodiment of the invention provides that the taxermedium from the control device leading control lines to the compressor are connected. The control medium used is theCompressor system in a place with lower pressure than the operationpressure supplied again, for example in the intake area of the compressor.This is advantageous in that no control medium is released into the environmentbecomes.
Eine praktische Ausführung der Erfindung sieht vor, daß das Drosselorgan der Drosseleinrichtung als Ventilteller ausgebildet ist, der an der als Stellzylinder ausgebildeten Stelleinrichtung angebracht ist. Dabei handelt es sich um eine bewährte Konstruktion von Einlaßventilen, wie sie bereits bei Kompressoren mit Last-/Leerlaufregelung oder mit Ansaugdrosselung durch pneumatische P-Regler zum Einsatz gelangen. Durch die Installation der erfindungsgemäßen Steuerung sind derartige Kompressoranlagen mit geringem technischen Aufwand auf Ansaugdrosselregelung umrüstbar. Die einfache Programmierbarkeit der elektronischen Steuervorrichtung sorgt dafür, daß das Betriebsverhalten eines derartigen Einlaßventils einfach durch entsprechende Programmierung vorgegeben werden kann.A practical embodiment of the invention provides that the throttle bodythe throttle device is designed as a valve plate, which on the as Stellzylinder trained actuator is attached. It is aboutto a proven design of intake valves, as already with Kompressors with load / idle control or with intake throttlingpneumatic P-controllers are used. By installing theControl systems according to the invention include such compressor systemscan be converted to intake throttle control with little technical effort. Theeasy programmability of the electronic control device ensuresthat the operating behavior of such an intake valve simply byappropriate programming can be specified.
Das Betriebsverfahren der vorangehend erläuterten, erfindungsgemäßen Regelungsvorrichtung zur Ansaugdrosselung ist ein erfindungsgemäßes Regelungsverfahren, bei dem in der Steuervorrichtung der vom Drucksensor gemessene Betriebsdruck-Istwert mit einem in der Steuervorrichtung vorgegebenen Betriebsdruck-Sollwert verglichen wird und bei einer Abweichung der Werte gemäß einer vorgegebenen Regelcharakteristik mindestens ein Steuerventil angesteuert wird, so daß das Stellelement mit Steuermedium unter Steuerdruck beaufschlagt wird, der durch Betätigung des Steuerventils eingestellt wird, um die Drosseleinrichtung weiter zu schließen, wenn der Betriebsdruck-Istwert größer ist als der Betriebsdruck-Sollwert und durch Betätigung des Steuerventils eingestellt wird, um die Drosseleinrichtung weiter zu öffnen, wenn der Betriebsdruck-Istwert kleiner ist als der Betriebsdruck-Sollwert.The operating method of the previously explained inventiveControl device for intake throttling is an inventiveControl method in which in the control device from the pressure sensormeasured operating pressure actual value with a pre in the control devicegiven operating pressure setpoint is compared and in the event of a deviationof the values according to a predetermined control characteristic at least oneControl valve is controlled so that the control element with control mediumis acted upon under control pressure by operating the control valveis set to further close the throttle device when theOperating pressure actual value is greater than the operating pressure setpoint and by Actuation of the control valve is set to the throttle devicecan be opened further if the actual operating pressure value is less thanOperating pressure setpoint.
Die Besonderheit dieses Verfahrens liegt darin, daß von der Steuereinrichtung, anders als im Stand der Technik, nunmehr lediglich die Steuerventile angesteuert, d. h. betätigt werden. Dabei sind durch die erfindungsgemäße Kombination von elektrischen Steuerventilen und mit Steuermedium beaufschlagbaren Stellelementen der Drosselvorrichtung besondere Betriebsmöglichkeiten realisierbar.The peculiarity of this procedure is that of the Steuereinrichtion, unlike in the prior art, now only the control valvescontrolled, d. H. be operated. Are by the inventionCombination of electrical control valves and with control mediumbeatable control elements of the throttle device special operating posspossibilities realizable.
Besonders vorteilhaft ist, daß das Steuerventil von der Steuereinrichtung mit digitalen Signalen angesteuert wird. Die Steuerventile können dabei als einfache, robuste und kostengünstige 2/2- oder 3/2-Wegeventile ausgebildet sein, deren Schaltstellungen "Geöffnet" bzw. "Geschlossen" den digitalen Schaltzuständen "An" bzw. "Aus" entsprechen. Die digitale Taktung des Steuermedienflusses wird am Stellelement, beispielsweise einem Stellzylinder über die Zeit integriert. Die dabei prinzipbedingt auftretenden periodischen Schwankungen des Steuerdrucks sind ausgesprochen vorteilhaft, da sie Stick-Slip-Effekten aufgrund mechanischer Reibung im Stellelement entgegenwirken. Damit wird die Regelungsgüte verbessert.It is particularly advantageous that the control valve with the control devicedigital signals is controlled. The control valves can be used as asimple, robust and inexpensive 2/2 or 3/2-way valvesbe, the switch positions "Open" or "Closed" the digitalSwitch states correspond to "On" or "Off". The digital clocking of theControl media flow is on the actuator, for example a Stellzylinthat integrates over time. The periodi that occur due to the principlefluctuations in the control pressure are extremely advantageous becausethey stick-slip effects due to mechanical friction in the control elementcounteract. This improves the control quality.
Die digitale Ansteuerung der Steuerventile wird dadurch optimiert, daß sie mit pulsweitenmodulierten Signalen angesteuert werden. Dadurch wird eine präzise Einstellbarkeit gegeben, ohne daß aufwendige und kostspielige Analogumsetzer erforderlich wären. Durch einfache Variation der Pulsweiten wird im Stellelement ein mittlerer Steuerdruck vorgegeben, der sich aus dem Verhältnis der Zu- und Abfuhr des Steuermediums über die Steuerventile ergibt. Je nach Einstellung des Tastverhältnisses der Schaltimpulse ist dieser mittlere Steuerdruck höher oder niedriger, so daß eine Einstellung gemäß den Vorgaben der Regelung erfolgt.The digital control of the control valves is optimized in that theycan be controlled with pulse width modulated signals. This will make onegiven precise adjustability without being complex and costlyAnalog converter would be required. By simply varying the pulse widthsan average control pressure is specified in the control element, which is derived from theRatio of the supply and discharge of the control medium via the control valvesresults. Depending on the setting of the duty cycle of the switching impulses, this ismean control pressure higher or lower, so that a setting according toThe rules are specified.
Vorzugsweise liegt die Frequenz der pulsweitenmodulierten Steuersignale im Bereich von 2 Hz bis 50 Hz.The frequency of the pulse-width-modulated control signals is preferably in theRange from 2 Hz to 50 Hz.
Vorteilhafterweise bestehen die Steuersignale aus Ein-Signalen und Aus-Signalen jeweils konstanter oder variabler Dauer und konstanter oder variabler Frequenz. Dadurch sind technisch einfache und zuverlässige Frequenzsteuerung bzw. Impulssteuerungen mit konstantem oder variablem Tastverhältnis realisierbar.The control signals advantageously consist of on signals and off signals.Signals of constant or variable duration and constant orvariable frequency. This makes them technically simple and reliableFrequency control or pulse controls with constant or variableDuty cycle realizable.
Alternativ zur digitalen Ansteuerung ist es ebenfalls denkbar, daß das Steuerventil analog angesteuert wird. Das elektrische Steuergerät gibt dabei ein analoges elektrisches Signal ab, wodurch das als Proportionalventil ausgebildete Steuerventil entsprechend stufenlos geöffnet oder geschlossen wird.As an alternative to digital control, it is also conceivable that the controlvalve is controlled analogously. The electrical control unit inputsanalog electrical signal, making it a proportional valveThe control valve is continuously opened or closed accordingly.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, daß ohne Probleme Regelungsverfahren mit integrierenden Komponenten vorgegeben werden können. Durch die Realisierung von PI- oder PID-Reglern werden die prinzipbedingten Regelabweichungen vermieden, die bei den bekannten pneumatischen oder hydraulischen P-Reglern unvermeidlich sind.A particular advantage of the device according to the invention is thatControl procedure with integrating components featured without problemscan be given. By implementing PI or PID controllers, whowhich avoided the principle-related deviations that were known to thepneumatic or hydraulic P-controllers are inevitable.
Ausführungsbeispiele werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierzu zeigen im einzelnen:Exemplary embodiments are explained in more detail with reference to the drawings.The following show in detail:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kompressors mit einer erfindungsgemäßen Ansaugdrosselregelung in einer ersten Ausführungsform;Figure 1 is a schematic representation of a compressor with an intake throttle control according to the invention in a first embodiment.
Fig. 1a einen vergrößerten Ausschnitt ausFig. 1;FIG. 1ais an enlarged detail ofFig. 1;
Fig. 2 einen Kompressor wie inFig. 1 in einer zweiten Ausführungsform;FIG. 2 shows a compressor as inFIG. 1 in a second embodiment;
Fig. 2a ein vergrößerter Ausschnitt ausFig. 2;FIG. 2ashows an enlarged detail ofFig. 2;
Fig. 3 ein Kompressor wie inFig. 1 in einer dritten Ausführungsform;FIG. 3shows a compressor as shown inFigure 1 in a thirdembodiment.
Fig. 3a ein vergrößerter Ausschnitt ausFig. 3;FIG. 3ashows an enlarged detail ofFIG. 3;
Fig. 4 ein Kompressor wie inFig. 1 in einer vierten Ausführungsform;FIG. 4 shows a compressor as inFIG. 1 in a fourth embodiment;
Fig. 4a ein vergrößerter Ausschnitt ausFig. 4;FIG. 4a is an enlarged detail ofFig. 4;
Fig. 5 einen Kompressor wie inFig. 1 in einer fünften Ausführungsform;5shows a compressor as shown inFigure 1 in a fifthembodiment..;
Fig. 5a einen vergrößerten Ausschnitt ausFig. 5.FIG. 5a is an enlarged detail ofFig. 5.
Fig. 1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Kompressor, der als Ganzes mit sämtlichen Bestandteilen mit dem Bezugszeichen1 versehen ist. Dieser enthält ein Kompressorelement, bzw. einen Verdichter2, mit einem Antriebsmotor3.Fig. 1 shows schematically a compressor according to the invention, which is provided as Gan zes with all components with the reference numeral1 . This contains a compressor element, or a compressor2 , with a drive motor3 .
Auf dem Einlaß des Kompressorelements2 ist ein Einlaßventil4 mit einer Ansaugdrosselvorrichtung5 angebracht. Diese wird im wesentlichen gebildet durch einen linear zwischen einer Öffnungs- und einer Schließstellung verstellbaren Ventilteiler6, der an einem pneumatischen oder hydraulischen Element7, beispielsweise einem Stellzylinder, angebracht und mit diesem verstellbar ist.On the inlet of the compressor element2 , an inlet valve4 with an intake throttle device5 is attached. This is essentially formed by a linearly adjustable valve divider6 between an open and a closed position, which is attached to and adjustable with a pneumatic or hydraulic element7 , for example an actuating cylinder.
Vom Ausgang des Kompressorelements2 führt eine Zufuhr-Steuerleitung8 zum Stellelement7. Vom Stellelement7 geht eine Abfuhr-Steuerleitung9 ab.A supply control line8 leads from the output of the compressor element2 to the control element7 . A discharge control line9 extends from the control element7 .
In die Zufuhr-Steuerleitung8 ist als Steuerventil10 ein Magnet-Wegeventil eingegliedert, hier ein 2/2-Wegeventil. Dieses ist an eine elektronische Steuervorrichtung11 angeschlossen, dies ist die Kompressorsteuerung. Diese Steuervorrichtung enthält unter anderem einen elektronischen Regler, der seine Betriebsdruck-Istwert-Vorgabe von einem elektronischen Drucksensor12 erhält, der am Ausgang des Kompressorelements2 angeordnet ist.In the supply control line8 , a solenoid directional control valve is incorporated as a control valve10 , here a 2/2-way valve. This is connected to an electronic control device11 , this is the compressor control. This control device contains, among other things, an electronic controller that receives its operating pressure actual value specification from an electronic pressure sensor12 , which is arranged at the output of the compressor element2 .
In der vom Stellelement7 abführenden Steuerleitung9 ist eine Drosselstelle13 in Form einer Arbeitsdüse installiert.A throttle point13 in the form of a working nozzle is installed in the control line9 leading away from the control element7 .
Fig. 1a zeigt den inFig. 1 gestrichelt eingezeichneten Ausschnitt mit der Ansaugdrosselvorrichtung5 in vergrößerter Darstellung, wobei dieselben Bezugszeichen Verwendung finden. Besonders deutlich ist darin das als Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildete Stellelement7 erkennbar, welches über das Steuerventil10 getaktet, d. h. digital über die Zufuhr-Steuerleitung8 mit Steuerdruck beaufschlagbar ist.FIG. 1a shows the detail drawn in dashed lines inFIG. 1 with the intake throttle device5 in an enlarged representation, the same reference numerals being used. It is particularly clear that the control element7 , which is designed as a piston-cylinder unit and is clocked via the control valve10 , ie can be acted upon digitally via the feed control line8 with control pressure.
Im Betrieb des Kompressors1 gemäß dem erfindungsgemäßen Regelungsverfahren wird das Steuerventil10 von der elektronischen Steuervorrichtung11 mit einem digitalen, pulsweitenmodulierten Signal angesteuert, wie dies rechts unten inFig. 1a angedeutet ist. Über die Drosselstelle13 wird das Steuermedium von dem Stellelement7 abgeführt. In Abhängigkeit von der Pulsweite des Steuersignals stellt sich in dem Stellelement7 ein mittlerer Steuerdruck ein, bei dem die Zufuhr des Steuermediums der Abfuhr entspricht. Der Drosselzustand, d. h. die Position des Ventiltellers6, ist mit dem Steuerdruck korreliert. Die Ansaugdrosselregelung erfolgt in Abhängigkeit des vom Drucksensor12 erfaßten Betriebsdrucks. Liegt dieser oberhalb des an der elektronischen Steuervorrichtung11 vorgegebenen Betriebsdruck-Sollwerts, wird die Pulsweite des Steuersignals verringert. Dadurch fällt der mittlere Steuerdruck in dem Stellelement7, so daß der Ventilteller6 der Ansaugdrosselvorrichtung5 in Richtung auf die Schließstellung bewegt wird, so daß die Ansaugung gedrosselt wird. Im umgekehrten Fall, d. h. wenn der gemessene Betriebsdruck-Istwert unter dem vorgegebenen Betriebsdruck-Sollwert liegt, wird die Pulsweite des Signals erhöht. Dadurch steigt der mittlere Steuerdruck in dem Stellelement7, so daß der Ventilteller6 der Ansaugdrosselvorrichtung5 weiter geöffnet wird, so daß die Ansaugung weniger gedrosselt wird.In the operation of the compressor1 according to the control method according to the invention, the control valve10 is controlled by the electronic control device11 with a digital, pulse-width-modulated signal, as indicated at the bottom right inFIG. 1a. The control medium is discharged from the actuating element7 via the throttle point13 . Depending on the pulse width of the control signal, an average control pressure is set in the control element7 , at which the supply of the control medium corresponds to the discharge. The throttle state, ie the position of the valve plate6 , is correlated with the control pressure. The intake throttle control takes place depending on the speed of the operating pressure detected by the pressure sensor12 . If this is above the operating pressure setpoint specified on the electronic control device11 , the pulse width of the control signal is reduced. As a result, the average control pressure in the control element7 drops, so that the valve plate6 of the intake throttle device5 is moved in the direction of the closed position, so that the intake is throttled. In the opposite case, ie if the measured operating pressure actual value is below the specified operating pressure setpoint, the pulse width of the signal is increased. As a result, the mean control pressure in the control element7 increases , so that the valve plate6 of the intake throttle device5 is opened further, so that the intake is throttled less.
Ein besonderer Vorteil der dargestellten Ausführung der Erfindung liegt darin, daß an der elektronischen Steuervorrichtung11 beliebige Kennlinien vorgebbar sind, beispielsweise PI- oder PID-Reglercharakteristiken. Die Anlage ist robust und zuverlässig. Darüber hinaus ist an praktisch allen modernen Kompressoren1 ein Einlaßventil4 sowie eine elektronische Kompressorsteuerung11 vorhanden, so daß mit lediglich geringem zusätzlichen technischem Aufwand eine erfindungsgemäße Ansaugdrosselung eingerichtet werden kann.A particular advantage of the illustrated embodiment of the invention is that any characteristic curves can be predetermined on the electronic control device11 , for example PI or PID controller characteristics. The system is robust and reliable. In addition, an inlet valve4 and an electronic compressor control11 are present on practically all modern compressors1 , so that an intake throttle according to the invention can be set up with only little additional technical effort.
Fig. 2 undFig. 2a zeigen in derselben Darstellung wieFig. 1 undFig. 1a einen Kompressor1 in der einer zweiten Ausführungsform, wobei dieselben Bezugszeichen verwendet werden. Der Unterschied zuFig. 1 besteht im wesentlichen darin, daß sich das Steuerventil10 nunmehr in der abführenden Steuerleitung9 befindet, während die Drosselstelle13 in der zuführenden Steuerleitung8 liegt. Die Funktionsweise ist im wesentlichen gleich, außer daß zur Erhöhung des mittleren Drucks nunmehr das Steuerventil10 geschlossen wird und umgekehrt.Fig. 2 andFig. 2 show the same view asFig. 1 andFig. 1a a compressor1 in a second embodiment, wherein the same reference numerals are used. The difference toFig. 1 is essentially that the control valve10 is now in the lead the control line9 , while the throttle point13 is in the lead the control line8 . The mode of operation is essentially the same, except that the control valve10 is now closed to increase the mean pressure and vice versa.
Fig. 3 undFig. 3a zeigen eine dritte Ausführungsform des Kompressors1. Dabei ist das Steuerventil nunmehr als 3/2-Wegeventil ausgebildet, an das sowohl die zuführende Steuerleitung8 als auch die abführende Steuerleitung9 angeschlossen ist. Der Anschluß an das Stellelement7 erfolgt über eine kombinierte Steuerleitung14, in welche die Drosselstelle13 eingegliedert ist. Dadurch, daß die kombinierte Steuerleitung14 über das Steuerventil7 alternierend mit Steuermedium beaufschlagt wird, stellt sich wiederum in dem Stellelement7 ein mittlerer Steuerdruck ein, der durch die Pulsweite des von der elektronischen Steuervorrichtung11 abgegebenen Steuersignals abhängt.FIGS. 3 andFIG. 3a show a third embodiment of the compressor1. The control valve is now designed as a 3/2-way valve, to which both the supplying control line8 and the outgoing control line9 are connected. The connection to the control element7 is made via a combined control line14 , into which the throttle point13 is incorporated. Characterized in that the combined control line14 is acted upon alternately with the control medium via the control valve7 , in turn, an average control pressure is set in the control element7 , which depends on the pulse width of the control signal emitted by the electronic control device11 .
In der Ausführung gemäßFig. 4 bzw.Fig. 4a ist verglichen mit der Ausführung ausFig. 1 bzw.Fig. 1a das Steuerventil10 ersetzt worden durch eine Kaskadierung eines an die elektronische Steuervorrichtung angeschlossenen Pilotventils10a, welches einen in der Steuerleitung8 liegenden Volumenverstärker10b betätigt. Die Funktionsweise entspricht derjenigen der Vorrichtung gemäßFig. 1. Der Vorteil ist, daß der Volumenverstärker10b einen größeren Durchtrittsquerschnitt hat als ein übliches 2/2-Wegeventil, so daß sehr große Ströme von Steuermedium für eine schnelle Betätigung großer Stelleinrichtungen zur Verfügung stehen.In the embodiment ofFIG. 4 orFIG. 4a is compared with the exporting tion ofFig. 1 andFig. 1a, the control valve10 has been replaced by a cascading of a device connected to the electronic control apparatus the pilot valve10 a, which is one in the control line8 lying volume intensifier10 b operated. The operation corresponds to that of the device according toFIG. 1. The advantage is that the volume amplifier10 b has a larger passage cross section than a conventional 2/2-way valve, so that very large flows of control medium are available for quick actuation of large actuating devices .
Eine fünfte Ausführungsform der Erfindung ist inFig. 5 dargestellt. Der Aufbau entspricht im wesentlichen dem ausFig. 1 bzw.Fig. 1a bekannten. Im Unterschied dazu ist das Steuerventil nunmehr als analog angesteuertes Magnetventil15 ausgebildet, welches in Abhängigkeit von einem von der elektronischen Steuervorrichtung11 abgegebenen analogen Steuersignal, welches schematisch rechts unten in der Darstellung angedeutet ist, den Strömungsquerschnitt stufenlos öffnet oder schließt. Ansonsten ist die Funktionsweise mit den vorangehenden Ausführungsformen im wesentlichen gleich.A fifth embodiment of the invention is shown inFIG. 5. On construction corresponds essentially to that known fromFig. 1 andFig. 1a. In contrast to this, the control valve is now designed as an analog-controlled solenoid valve15 , which opens or closes the flow cross-section in a stepless manner as a function of an analog control signal output by the electronic control device11 , which is indicated schematically at the bottom right in the illustration. Otherwise, the mode of operation is essentially the same with the preceding embodiments.
Auf sämtlichen vorangehend erläuterten Ausführungen von Kompressoren1 wird bevorzugt das erfindungsgemäße Regelungsverfahren durchgeführt. Die Regelcharakteristik ist durch einfache Umprogrammierung des elektro nischen Steuergeräts11 realisierbar. Verglichen mit dem vorbekannten Stand der Technik vereinigt die Erfindung damit erstmals die Vorteile hydraulisch-pneumatischer Regler mit denen moderner elektronischer Steuer- und Regelvorrichtungen.The control method according to the invention is preferably carried out on all of the embodiments of compressors1 explained above. The control characteristic can be implemented by simple reprogramming of the electronic control unit11 . Compared to the prior art, the invention thus combines the advantages of hydraulic-pneumatic controllers with those of modern electronic control devices for the first time.
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