DD155798A3 - Verfahren zur herstellung von gasgemischen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Gasgemischen, insbesondere fuer das Schutzgasschweissen. Das Mischen von Gasen in beliebiger Konzentration wird mit hoher Genauigkeit unter reproduzierbaren Bedingungen gewaehrleistet. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die Zufuehrung der Einzelgase unter konstantem Druck p tief 1n, die auf einen Druck p tief 2 entspannt werden ( siehe Rueckseite). Die Einzelgase werden unter dem Druck p tief 2 vorgemischt und das Vorgemisch nachfolgend in einer zweiten Stufe weiter auf den Stroemungsgegendruck p tief 3 entspannt. Das Verhaeltnis des Druckes p tief 2 zum groesstmoeglichen Stroemungsgegendruck p tief 3max wird groesser eingestellt als der Absolutwert des maximalen kritischen Druckes der Einzelgase. Das in der zweiten Stufe entspannte Gasgemisch wird im Gasmischer so geleitet,dass sein Druck p tief 3 auf den Gasdruck p tief 2 der ersten Entspannungsstufe einwirkt. Die Stroemungsmengen der Einzelgase bzw. des Mischgases werden ebenfalls nach einer in der Erfindung beschriebenden Art und Reihenfolge gemessen.

Description

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Verfahren zur Herstellung von Gasgemischen

.Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gasgemischen aus zwei oder mehreren Komponenten, insbesondere für das Schutzgasschweißen oder ähnlicher Verwendungszwecke, wobei mit geringem gerätetechnischen Aufwand das Mischen von Gasen in beliebiger Konzentration mit hoher Genauigkeit unter reproduzierbaren Bedingungen gewährleistet wird.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß zur Erzeugung von Hischgasen für das Schutzgasschweißen die Einzelgase über Gasmengenmeßge— rate, die mit Dosierungsblenden gekoppelt sein können,

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einander zugemischt werden« Weiterhin ist "bekannt, die Einzelgasmengen allein durch Meßblenden zu dosieren, wobei die dosierten Einzelgase in-sogenannten Hosenstücken oder !-Fittings zusammengeführt werden« Es sind daneben Gasmischeinrichtungen bekannt geworden, die eine Gasdosierung mittels elektrisch gesteuerter Dosierpumpen oder Magnetventile beinhalten oder bei denen die Mischgaszusammensetzung analytisch ausgewertet wird. Zum anderen sind solche Gasmischeinrichtungen offenbart worden, bei denen die Gasdosierung druckabhängig vorgenommen wird und bei denen sich die Drücke der Einzelgase mittels Membransteuerungen untereinander selbst regeln, so daß weitgehende Mischungskonstanz erreicht wird* All diese Lösungen erfordern einen erheblichen apparativen und zum Seil auch energetischen Aufwand, der nachteilig ist, ·

Eine in der vorgenannten Art konzipierte Lösung enthält sowohl die DD-PS 127 185 als auch die DE-OS 2 553 165, bei denen sowohl eine Eingangsdruckregelung mit Membrandruckreglern, eine Gasmengendosierung mit Begulierven«= tilen und eine Vordruckregelung ebenfalls mittels Membrandruckregler kombiniert sind mit elektrischen Bruckschaltern und einem Elektronenmagnetventil. Hier wird also eine Dosierung mittels möglichst gleicher Druckdifferenz angewendet, indem der Durchlaßquerschnitt der Regulierventile verändert und eine an sich bekannte Gleichdrucksteuerung verwendet wird. Diese Gasmischeinrichtung ist jedoch nicht nur apparativ sehr aufwendig, das beabsichtigte Ziel einer weitgehenden Gleichheit der Druckdifferenz ist praktisch nicht erreichbar« Es treten Gasverluste durch den Steuerdruckregler auf uxui die Gasmengendosierung erfolgt lediglich indirekte Die in Mengeneinheiten geeichten Regulierventile sind bei öfterer Be-

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tätigung einem Verschleiß unterworfen, so daß sich, die Durchflußmengen, d. h, sowohl die Mengen der Einzelgase als auch die Gesamtmischgasmenge zeitlich nicht konstant bleiben.

Einen vordruokgesteuerten Membrandruckregler, wie er prinzipiell in der DD-PS 127 185 verwendet wird, auch Kückführregler genannt, wird ebenfalls in der DE-OS 2 410 309 offenbart.

Desweiteren ist nach der DD-PS 202 466 ein Kegel- und Dosiersystem zum Misehen von Gasen bekannt, bei dem die von an sich üblichen Druckminderern aus dem Mischgerät zugeführt werden, das für jedes Einzelgas getrennt ein Drosselventil und ein elektromechanisch betätigtes Membranventil besitzt, das der Mengenvorwahl dient. Der Nächteil dieser und ähnlicher Vorrichtungen liegt im großen apparativen und energetischen Aufwand. Auch sind Mischeinrichtungen bekannt, bei denen mit Hilfe einer Labyrinthanordnung eine vollständige Gasmischung erreicht werden soll. Vex zum Schutz des Schweißprozesses erforderliche Mischgasdruck ist sehr gering und

p liegt in der Regel weit unterhalb 0,2 kp/cm , so daß der Druck der Einzelgaskomponenten unmittelbar vor dem Zu-

sammenmischen einen Wert von- 0,4 kp/cm nicht überschreitet.

Der Nachteil solcher Mischeinrichtungen, bei denen die Einzelgase mit Drücken unterhalb 2,0 kp/cm zugeführt werden, liegt in der relativ starken Ungleichmäßigkeit in der Mischgaszusammensetzung und -menge. Unabhängig davon sind auch Mischeinrichtungen bekannt, bei denen die Einzelgase mit

Drücken oberhalb 2,0 kp/cm den Mischeinrichtungen zugeführt werden. Bei Mischeinrichtungen, bei denen die Einzelgase mit

Drücken oberhalb 2,0 kp/cm zugeführt werden, liegt der Nachteil in dem relativ großen gerätetechnischen Aufwand für derartige Einrichtungen, Wie auch schon oben erwähnt.

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Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, den Energie- und Materialaufwand für die Gasemischung zu verringern, Gasverluste zu .vermeiden und den Mischvorgang stabil zu gestalten.

Das Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit denen Gase, insbesondere für schweißtechnische Zwecke mit minimalem gerätetechnischen Aufwand ohne irgendeinen Aufwand an !Fremdenergie mit hoher Gleichmäßigkeit der Mischgaszusammensetzung und -menge und einfacher Kontrollmöglichkeit gemischt werden können» Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe durch Anwendung eines solchen Verfahrens gelöst, daß die üinzelgase einer Gasmischeinrichtung mit einem zwar einstellbaren, auch untereinander unterschiedlichen, jedoch während der Gasentnahme unveränderlichen .Druck p, zugeführt werden, innerhalb der Gasmischeinrichtung durch jeweils gesonderte Drosselventile, denen jeweils eine an sich bekannte Kück-.Strömsicherung vorzugsweise vorgeschaltet ist, auf einen allen Einzelgasen gemeinsamen konstanten Druck Po entspannt und ohne wesentlichen Druckverlust in einen gemeinsamen Gemischraum geführt v/erden, so daß auch im Gemischraum der Druck p£ herrscht und daß danach das Mischgas durch einen justierten membrangesteuerten Abströmregler, der den im gemeinsamen Gemischraum herrschenden Druck pg, . unabhängig von der IvIi sch gasmenge und -zusammensetzung konstant hält, derart geleitet wird, daß

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das Mischgas ohne wesentlichen Druckverlust in den von seiner Membran "begrenzten Hochdruckraum strömt, wobei dieser Hochdruckraum vorzugsweise selbst von vorgenannten gemeinsamen Gemischraum darstellt und daß das Mischgas in seinem weiteren Verlauf ungedrosselt bis zur Regulieröffnung und dann durch die Regulieröffnung in den ebenfalls von der Membran begrenzten Niederdruckraum des Abströmreglers strömt und sich dabei auf einen Druck p~ entspannt, der den Strömungsgegendruck des nachgeschalteten Verbrauchers darstellt, wobei das Verhältnis von pp zum größtmöglichen Strömungsgegendruck P3_max in der Verbraucherleitung größer ist als der Absolutwert des maximalen kritischen Druckes der Einzelgase, so daß gilt:

L_ -1,1

"Z *""" "" ' ^pkrit max 3max

Das erfindungsgemäße Verfahren ist weiterhin so gestaltet, daß die Strömungsmengen der Einzelgase mittels an sich bekannter Strömungsmengenanzeiger, vorzugsweise Schwimmermengenmesser, im Strömungsweg zwischen den Drosselventilen und dem Abströmregler angezeigt werden, einzeln unmittelbar hinter dem jeweiligen Drosselventil und/oder gemeinsam unmittelbar nach Durchströmen des gemeinsamen Gemischraumes mittels einem Strömungsmengenanzeiger, der mehrere Skalen besitzt, wobei zu Arbeitsbeginn oder nach Arbeitsunterbrechungen die Folge in der Einstellung der Einzelgasmengen mit der jeweils größten Einzelgasmenge beginnt und mit der jeweils kleinsten Einzelgasmenge endet·

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Der bei der Vorrichtung verwendete Äbströmregler besteht in an si.oh bekannter Weise im wesentlichen aus zwei miteinander verschraubten Gehäuseteilen, einer Membran sowie einem Ventilsitz und einem Ventilstöpsel, die gemeinsam die Hegulieröffnung bilden, wobei der VentilstUpsel mit der Membran durch die Regulierb'ffnung hindurch in Verbindung steht und wobei jedoch der Ventilstöpsel durcheine Druckfeder, deren Druckkraft über eine abgedichtete von außen zu betätigende Stellschraube eingestellt ist, gegen den Ventilsitz gedrückt wird und wobei der von der Membran begrenzte Hochdruckraum den Einströmraum des Mischgases oder vorzugsweise den Gemischraum, in den die Binzelgase einströmen, darstellt, und der mit der Einströmzeit der von Ventilsitz und -stöpsel gebildeten Regulieröffnung in Verbindung steht, indem diese Verbindung aus Bohrungen innerhalb der Gehäuseteile oder außerhalb der Gehäuse gelegenen Verbindungsleitungen besteht. Die Querschnittsflächen der Membran und der Regulieröffnung sowie die Schließkraft der Druckfeder werden in an sich bekannter Weise in Abhängigkeit der gewünschten Drücke, Strömungsmengen und Mischungskonstanz festgelegt.

Die Vorteile des Verfahrens in Verbindung mit der Vorrichtung bestehen darin, daß mit einfachen Mitteln verlustlos und ohne zusätzlichen Energieaufwand Gasmischungen mit hoher Präzision sowohl in der Mischgaszusammensetzung als auch' -menge und in beliebig einstellbaren Konzentrationen hergestellt werden können, Mischgaszusammensetzung und -menge sind stets sicher ablesbar. Durch die zweifache Expansion .

1. des Einzelgas (unter— bis überkritische Expansion)

2. des Gemisches (grundsätzlich überkritische Expansion)

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wird eine vollständige Durc!mischung der Gaskomponenten erzielt. Die Homogenität des Gemisches wird durch 'hohe Durchflußstabilität und Mischungsturbulenz gewährleistet. Der eingebaute Abströmregler gestattet die Erzielung reproduzierbarer Bedingungen, indem der Arbeitsdruck Pp der Strömungsmengenanzeiger unabhängig von der Gasart und -entnahme sowie unabhängig von den Eigenschaften des nachgeschalteten Verbrauchers (z. B, Schweißgerät) konstant gehalten wird, ' -

~'* .

AüsfUhrungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen: . .

Fig. 1: Schematische Darstellung eines Gasmischers

Fig. 2: Schnitt durch den Abströmregler 10 (schematisch),

J Der Gasmischer 1 verfügt über zwei Eingangsstutzen 2 und 3 und einen Ausgangsstutzen 4<> Am Eingangs stutz en 2 ist eine nicht dargestellte Zuleitung für Argon und am Eingangsstutzen 3 eine ebenfalls nicht dargestellte Zuleitung für Kohlendioxid angeschlossen. Beide Gase werden mit einem gleichen Vordruck ρ^ = 4 bar von an sich üblichen und nicht dargestellten Druckgasflaschen aus über entsprechende Druckminderer zugeführt. In Strömungsrichtung anschließend an die Eingangsstutzen 2 und 3 sind innerhalb des Gasmischers 1 jeweils eine !Rückströmsicherung 5, ein Drosselventil 6 und ein Schwimmermengenmesser 7 angeschlossen. Die beiden Ab-

Π /

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gangsleitungen 8, die aus den "beiden Schv/immermengenmessern 7 herausführen* führen in den Hochdruckraum 9 des ilbströmreglers 10. Der Abströmregler 10 "besteht aus den beiden Gehäuseteilen 11 und 12, wobei der als Gehäuseteil 12 ausgebildete Deckel Bohrungen 13 für einen entsprechenden nicht dargestellten Schraubschlüssel enthält<> In das Gehäuseteil 12 sind die Abgangsleitungen 8 der beiden Einzelgase Argon und CO₂ eingelötet. Der Hochdruckraum 9 ist gleichseitig Gemischraum und wird von der Membran 14 begrenzt· Zwischen den Gehäuseteilen 11 und 12 liegt eine Dichtung 15« Im Gehäuseteil 11 ist weiterhin eine Stellschraube angeordnet, die mit einem O-Ring 17nach außen abgedichtet ist und mit der die !Druckkraft einer Druckfeder 18 eingestellt werden kann» Die Druckfeder 18 belastet den Ventilstöpsel 19 gegen den Ventilsitz 20. Ventilstöpsel 19 und Ventilsitz 20 bilden die Regulieröffnung 21. Durch die Regulieröffnung 21 steht der Ventilstöpsel 19 über einen Stößel 22 mit der Membran 14 in Verbindung, die von dieser Seite aus den Niederdruckraum 23 begrenzt. Vom Niederdruckraum 23 führt die Ausgangsbohrung 24 zum eingelöteten .Ausgangsstutzen 4. Die Membran 14 wird von einem Gewindering 25 gehalten.

In ihrem Strömungsverlauf gelangen beide Gase von den Eingangsstutζen 2 und 3 in die Rückströmsicherungen 5, wo sie eine übliche Druckabsenkung von 0,01 bar erfahren und dann weiter in die Drosselventile 6. Mit den Drosselventilen 6 werden die gewünschten Strömungsmengen eingestellt, die an den Schwimmermengenmessern 7 ablesbar sind. Innerhalb der Drosselventile 6 werden die Gase auf den Druck p₂ ^ö 3,1 bar entspannt, der an der Stellschraube 16 des Abströmreglers 10 eingestellt wird und der während des Justierens des Abströinreglers 10 an einem Manometer 26, das in die Druckkontrollöffnung 27 des Abströmreglers 10

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eingeschraubt wird, kontrolliert wird. Nach dem Justieren wird das Manometer 26 wieder herausgeschraubt und die Druckkontrollöffnung 27 wird durch den Blindstopfen 28 dicht verschlossen» Nachdem die Einzelgase die Schwimmerinengenmesser 7 durchströmt haben, werden sie durch die Abgangsleitungen 8 in den Hochdruckraum 9 eingeführt, wo die Vermischung beider Gase beginnt· Der Hochdruckraum 9 ist damit gleichzeitig Gemischraum· Das Mischgas wird dann weiter durch die Bohrung 29 innerhalb des Gehäuseteiles 11 an Druckfeder 18 und Ventilstöpsel 19 vorbei durch die Regulieröffnung 21 geführt.. Innerhalb der Regulieröffnung 21 wird das Mischgas überkritisch entspannt auf einen Druck P-. Die Druckregulierung auf p? ⁼ 3,1 bar erfolgt durch das Wechselspiel der Druckkräfte auf beide Seiten der Membran 14 und der Druckfeder 18.

Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren gelten für das Ausführungsbeispiel folgende Druckbedingungen:

Argon: Pwit ^{s 2}>°6 *>ar (Absolutdruck) CO₂ ^pkrit ^s ^>⁸^ kar (Absolutdruck) Damit ist / P₁^_1tmax / - 2,06.

Der größtmögliche Strömungsgegendruck einer im vorliegenden Fall zu versorgenden Schweißeinrichtung beträgt 1,5 bar (Absolutdruck). Deshalb wurden die Drücke 3,1 bar (Absolutdruck) und p^ = 4,0 bar (Absolutdruck) festgelegt· Durch diese Festlegung bleiben.Strömungsmengen und Mischungsverhältnis während des Schweißens trotz veränderlichen Strömungsgegendrucks p~ konstant·

Claims (1)

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   Erfindungsanspruch

   Verfahren zur Herstellung von Gasgemischen aus zwei oder mehreren Komponenten, insbesondere für das Schutzgasschweißen oder ähnliche Verwendungszwecke, wobei mit geringem gerätetechnischen Aufwand das Mischen von Gasen in beliebiger Konzentration mit hoher Genauigkeit unter reproduzierbaren Bedingungen gewährleistet wird, unter Verwendung eines membrangesteuerten Abströmreglers, gekennzeichnet dadurch , daß die Einzelgase von einem zwar einstellbaren, auch untereinander unterschiedlichen, jedoch während der Gasentnahme unveränderlichen Druck (P-J_n) auf einen Druck (p^) entspannt werden, wobei

   »in „ ' — = £ 1,1

   P₂

   ist, und unter dem Druck (p₂) vorgemischt werden, und daß nachfolgend das Vorgemisch in einer zweiten Stufe weiter auf den Strömungsgegendruck (p~) entspannt wird, wobei das Verhältnis vom Druck (p₂) zum größtmöglichen Strömungsgegendruck (pOj_n^_x) größer eingestellt wird als der Absolutwert des maximalen kritischen Druckes der Einzelgase und daß das in der zweiten Stufe entspannte Gasgemisch so geleitet wird, daß sein Druck (pj auf den Gasdruck (p₂) der ersten Entspannungsstufe einwirkt·

   - Hierzu ein Blatt Zeichnungen -