-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur dosierten Befüllung von
Hohlkörpern,
insbesondere aufblasbaren Hohlkörpern
mit elastisch dehnbarer Hülle,
mit Gas aus einer Druckgasquelle.
-
Es
ist bekannt und insbesondere bei Märkten oder Werbeveranstaltungen
gebräuchlich,
kleinere Ballone der Art von Kinderluftballonen in größerer Anzahl
mit Gas zu befüllen,
wobei vorteilhafterweise das Gas aus einer Druckgasflasche entnommen wird.
Der Gasdruck am Ausgang der Druckgasflasche ist auch bei Verwendung
eines Druckminderers höher
als der Platzdruck der Ballone. Insbesondere bei Ballonen mit elastisch
dehnbarer Hülle,
z. B. aus Gummi oder ähnlichen
Materialien, ist der anfänglich zum
Aufblasen benötigte Überdruck
größer als
der Überdruck
in dem voll aufgeblasenen Ballon bzw. der Überdruck, welcher den aufgeblasenen
Ballon bis zum Platzen überdehnt.
Eine Steuerung des Aufblasvorgangs über eine Druckmessung ist daher
nicht oder nur mit hohem Aufwand möglich. Eine Messung des Volumens
des in den Ballon geflossenen Gases über eine Durchfluss-Messeinrichtung
ist prinzipiell möglich,
aber gleichfalls aufwendig.
-
Typisch
ist daher die manuelle Dosierung durch einen Benutzer, welcher ein
Ventil zwischen Druckgasflasche und Ballon öffnet und bei nach Augenmaß als ausreichend
geschätzter
Befüllung
das Ventil schließt.
Dies führt
zum einen zu ungleicher Befüllung
oder auch öfters
zum Platzen von Ballonen. Als Ventilanordnungen sind insbesondere
sogenannte Knickventile im Einsatz, bei welchen ein schlauchförmiges Verbindungsstück in gestreckter Form
den Gasdurchlass sperrt und durch Abknicken freigibt.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach
und kostengünstig
aufgebaute und einfach zu bedienende Vorrichtung zur Befüllung von
Hohlkörpern,
insbesondere aufblasbaren Hohlkörpern
mit elastisch dehnbarer Hülle,
mit Gas aus einer Druckgasquelle anzugeben.
-
Die
Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die abhängigen Ansprüche enthalten
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.
-
Wesentliche Überlegung
der Erfindung ist, dass ein Volumen einer Speicherkammer mit einem Gas
unter erhöhtem
Druck, insbesondere dem ohnehin zur Verfügung stehenden Gas aus der
Druckgasquelle gefüllt
wird, und dass der Gasdruck in der Speicherkammer die Ventilanordnung
im Strömungspfad
in der Art steuert, dass bei einem höheren Gasdruck in der Speicherkammer
die Ventilanordnung öffnet
und den Strömungspfad
vom Gaseinlass, an welchem die Druckgasquelle angeschlossen ist,
und dem Gasauslass, an welchen der Hohlkörper angeschlossen ist, freigibt,
und dass bei einem niedrigeren Gasdruck in der Speicherkammer die
Ventilanordnung schließt.
Dabei seien höherer
und niedrigerer Druck auf einen Schwellwert oder Schwellwert-Hysteresebereich
bezogen, welcher zwischen dem maximalen und dem minimalen in der
Speicherkammer auftretenden Druck liegt. Ohne Beschränkung auf
eine solche bevorzugte Anwendung sei nachfolgend der Hohlkörper als
Ballon angenommen.
-
Zur
gesteuerten Dosierung der in den Ballon eingefüllten Gasmenge wird die Gaszufuhr
in die Speicherkammer nach deren Druckaufladung auf den höheren Gasdruck
abgesperrt und der Druck in der Speicherkammer kontinuierlich, insbesondere
bis zumindest unter den genannten Schwellwert verringert. Hierfür ist vorteilhafterweise
die Speicherkammer über
eine Gasaustrittsöffnung
geringen Querschnitts mit einer Niederdruckseite, vorzugsweise der
Umgebungsluft verbunden. Der Querschnitt der Gasaustrittsöffnung bestimmt
in Verbindung mit dem Volumen der Speicherkammer und dem höheren anfänglichen
Gasdruck in der Speicherkammer den Zeitverlauf des absinkenden Gasdrucks
in der Speicherkammer und damit wiederum in Verbindung mit dem Druck-Schwellwert für die Ventilanordnung
die Zeit, während
der die Ventilanordnung geöffnet bleibt.
Die Gasmenge, welche während
der Zeit der Freigabe des Strömungspfads über die
Ventilanordnung in den Ballon fließt, hängt u. a. vom Strömungsquerschnitt
des Strömungspfads
und vom Gasdruck aus der Druckgasquelle ab.
-
Vorteilhafterweise
ist wenigstens einer der die Gasmenge der Befüllung des Ballons bestimmenden
Parameter veränderlich
einstellbar, womit zum einen unterschiedliche Befüllmengen,
z. B. für
verschiedene Ballongrößen, vorgebbar
sind und zum anderen Variationen in anderen Parametern, z. B. Gasdruck
aus der Druckgasquelle, kompensierbar sind.
-
In
bevorzugter Ausführung
ist der Querschnitt der Gasaustrittsöffnung aus der Speicherkammer
manuell veränderlich
einstellbar. Ein die Gasaustrittsöffnung vorzugsweise bildendes
Drosselventil ist hierfür
vorteilhafterweise mit einem ersten Bedienelement, beispielsweise
einem Drehknopf oder Schwenkhebel verbunden, wobei dem Bedienelement
vorteilhafterweise eine Skala mit Zahlen und/oder Symbolen etc.
zugeordnet ist. Der Querschnitt der Gasaustrittsöffnung kann stufenweise oder
vorzugsweise kontinuierlich stufenlos veränderbar sein. Der Querschnitt
der Gasaustrittsöffnung
ist vorteilhafterweise über
einen Faktor von wenigstens 2:1, insbesondere wenigstens 4:1, vorzugsweise
wenigstens 6:1 zwischen größtem und
kleinstem einstellbarem Querschnitt veränderbar.
-
Die
Zeitspanne der Öffnung
der Ventilanordnung nach Maßgabe
des Gasdrucks in der Speicherkammer ist vorteilhafterweise auf wenigstens
1 Sekunde, insbesondere wenigstens 2 Sekunden und auf höchstens
12 Sekunden, insbesondere höchstens
8 Sekunden für
eine Befüllung
eines Ballons einstellbar.
-
Die
Aufladung der Speicherkammer mit Gas unter höherem Druck erfolgt vorteilhafterweise über ein
manuell betätigbares
Ventil, welches vorzugsweise selbstschließend z. B. durch eine elastisch
verformbare Feder oder ein komprimiertes Gas ist, durch Verbinden
der Speicherkammer über
das Ventil mit dem Gaseinlass. Das manuell betätigbare Ventil kann insbesondere über eine
Drucktaste entgegen einer Federkraft und/oder einem Gasdruck betätigbar sein.
-
Die
Ventilanordnung im Strömungspfad
enthält
vorteilhafterweise ein Schiebeventil, welches an einer Stirnfläche mit
Gas aus der Speicherkammer mit dem in dieser herrschendem Druck
beaufschlagt ist. Die Verschiebung des Ventilkörpers des Schiebeventils aus
einer die Ruhestellung bildenden Schließstellung in eine die Betriebsstellung
bildende Öffnungsstellung
unter der Einwirkung des Gasdrucks auf die Stirnfläche erfolgt
entgegen einer schließend wirkenden
Rückstellkraft,
insbesondere einer Federkraft. Die Rückstellkraft schiebt den Ventilkörper bei fallendem
Gasdruck der Speicherkammer zurück
in die Schließstellung.
-
Die
Vorrichtung ist durch kurzes Öffnen
des manuell betätigbaren
Ventils über
z. B. eine Drucktaste besonders einfach zu bedienen. In einer Weiterbildung
kann vorgesehen sein, dass über
vorzugsweise mechanische Sperrmittel eine Öffnung der Ventilanordnung
nach Aufladen der Speicherkammer auf den höheren Gasdruck erst freigegeben
wird, wenn die Gaszufuhr von dem Gaseinlass zu der Speicherkammer
wieder gesperrt ist und/oder dass nach Öffnen der Ventilanordnung die
erneute Zufuhr von Gas in die Speicherkammer gesperrt ist, bis die Ventilanordnung
wieder in der Schließstellung
ist.
-
Die
Gasmenge zur Aufladung des Volumens der Speicherkammer beträgt vorteilhafterweise
maximal 10 %, insbesondere maximal 5 % der Gasmenge im Volumen des
befüllten
Ballons, bei variabler Einstellung des Befüllvolumens bezogen auf ein
Befüllvolumen
in Mittenstellung eines Einstell-Bedienelements.
-
In
besonders vorteilhafter Ausführung
ist ein Leitungsabschnitt des Strömungspfads durch eine Leitung
gebildet, welche durch die Speicherkammer hindurch geführt ist
und welche dabei an den Durchführungen
durch Wandflächen
der Speicherkammer gasdicht gegen die Speicherkammer abgedichtet
ist. Eine solche Leitungsführung
begünstigt
einen besonders kompakten Aufbau des Gehäuses einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
-
Die
Erfindung ist nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch eingehend veranschaulicht. Dabei
zeigt:
-
1 ein
Diagramm von Druckverläufen,
-
2 einen
bevorzugten Aufbau einer Vorrichtung.
-
In 1 ist
ein Diagramm mit dem Gasdruck PK in der Speicherkammer über der
Zeit aufgetragen.
-
Zu
einem Zeitpunkt tS wird ausgehend von einer überdruckfreien Speicherkammer
mit kurzem steilem Zeitverlauf ZL die Speicherkammer mit Gas unter
einem Druck pQ, insbesondere dem Gasdruck aus einer an eine erfindungsgemäße Vorrichtung
angeschlossenen Druckgasquelle aufgeladen. Der Aufladevorgang sei
zum Zeitpunkt t0 abgeschlossen und die Verbindung der Spei cherkammer
mit der Druckgasquelle sei ab dem Zeitpunkt t0 auch wieder gesperrt.
Durch langsames Entweichen von Gas über eine Gasaustrittsöffnung mit
geringem Querschnitt zwischen der Speicherkammer und einer Niederdruckseite,
insbesondere der Umgebungsluft, fällt der Druck in der Speicherkammer
wieder ab. Der Zeitverlauf des Druckabfalls kann variiert werden,
indem die Öffnungsweite
der Gasaustrittsöffnung
verändert
wird. In 1 eingezeichnet sind mit durchgezogener
Linie ein Zeitverlauf ZA bei einer mittleren Einstellung des Querschnitts
der Gasaustrittsöffnung und
mit unterbrochenen Linien ein Zeitverlauf ZB mit größerem Querschnitt
und schnellerem Druckabfall und ein Zeitverlauf ZC mit kleinerem
Querschnitt und langsamerem Druckabfall. Mit eingezeichnet in dem Diagramm
nach 1 ist eine Druckschwelle pS, welche einen Druckwert
des Gasdrucks pK in der Speicherkammer repräsentieren soll, bei welchem eine
Ventilanordnung, die im Strömungsweg
zwischen einem mit der Druckgasquelle verbundenen Gaseinlass und
einem zum Anschluss eines Ballons vorgesehenen Gasauslass angeordnet
ist, zwischen einer geöffneten
Stellung bei höherem
Druck und einer gesperrten Stellung bei niedrigerem Druck in der Speicherkammer
wechselt. Die Druckschwelle pS kann veränderlich einstellbar sein und/oder
kann je nach Schaltrichtung der Ventilanordnung nach Art einer Hysterese
einen oberen und einen unteren Wert aufweisen. Der Wechsel zwischen
geöffneter
und geschlossener Stellung kann gleitend erfolgen mit einer Verringerung
des Durchlassquerschnitts in einem Schalt-Übergangsstadium.
-
Je
nach Zeitverlauf ZA, ZB oder ZC bleibt die Ventilanordnung bei oberhalb
der Schwelle pS liegendem Druck dem Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt
tA bzw. tB bzw. tC geöffnet,
so dass über
die Einstellung des Querschnitts der Gasaustrittsöffnung die Öffnungszeit
der Ventilanordnung zwischen Gaseinlass und Gasauslass und damit
die dem Ballon zugeführte Gasmenge
variiert werden kann. Eine weitere Variationsmöglichkeit der dem Ballon zugeführten Gasmen ge
ist dadurch gegeben, dass die Druckschwelle pS variiert werden kann,
wodurch sich gleichfalls die Öffnungszeiten
von t0 bis zum erneuten Unterschreiten der Druckschwelle pS beeinflussen
lassen. Es sei dabei angenommen, dass der Öffnungszeitpunkt des Ventils
im wesentlichen bei t0 liege, wenngleich der Gasdruck pK in der
Speicherkammer zu einem Zeitpunkt zwischen tS und t0 bereits die
Druckschwelle PS überschreitet.
Die Zeitspanne zwischen tS und t0, auch als Aufladezeit bezeichnet,
sei aber so kurz, dass der diesbezügliche Zeitunterschied zwischen
t0 und einem gegebenenfalls kurz davor oder durch eine Verzögerung bei
der Ventilverschiebung kurz danach liegenden Beginn der Öffnungszeit
der Ventilanordnung unerheblich sei.
-
In 2 ist
ein Schnitt durch eine vorteilhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung skizziert.
In einem allgemein als VG bezeichneten Gehäuse, welches vorteilhafterweise
mehrteilig sein kann, sind in einem unteren Teil, welches vorzugsweise
als ein materialhomogener Block ausgeführt sein kann, mehrere Gas-Strömungswege
ausgebildet, welche teilweise in ein Oberteil fortgesetzt sind. Eine
Speicherkammer SK sei zwischen einem Unterteil und einem Oberteil
des Gehäuses
VG, insbesondere durch Aussparungen im Unterteil und/oder im Oberteil
ausgebildet. Die Gasströmungswege
können
vorteilhafterweise als durchgehende Bohrungen oder als Sacklochbohrungen,
gegebenenfalls mit Führungseinsätzen oder
Gewindeeinsätzen
oder Verschlüssen,
ausgeführt
sein.
-
Ein
Gaseinlass GE sei fortgesetzt in einem Strömungskanal KE, welcher zu einem
Ventileinlass VE einer Ventilanordnung SV führt. An dem Gaseinlass GE kann
eine Anschlussarmatur, beispielsweise eine einfache Steckverbindung
für ein
Verbindungsrohr, einen Verbindungsschlauch oder dergleichen, zur
Verbindung mit einer Gasdruckquelle vorgesehen, insbesondere eingeschraubt
sein. Die Armatur kann einen zweiten Anschluss für eine Leitung vorsehen, mit
wel cher beispielsweise eine zweite Vorrichtung derselben Art indirekt
mit der Druckgasquelle verbunden werden kann. Eine Druckgasquelle
kann insbesondere eine Druckgasflasche oder ein Verdichter sein,
wobei an deren Druckausgang ein Druckminderer- oder Druckregulier-Ventil
angeordnet sein kann.
-
Aus
Sicherheitsgründen
kann in gasleitender Verbindung mit dem Gaseinlass GE ein Überdruckventil
UV vorgesehen sein, welches eine deutlich über dem gewöhnlichen Betriebsdruck, aber
unterhalb einer kritischen Druckschwelle liegende Ansprechschwelle
besitzt. Das Überdruckventil
kann insbesondere auch so eingestellt sein, dass es bei zu hoch
vorgegebenem Gasdruck am Gaseinlass GE öffnet und dem Benutzer damit
signalisiert, dass der Gasdruck der Druckgasquelle, z. B. über einen Druckminderer
niedriger vorgegeben werden muss.
-
Mit
dem Gaseinlass über
einen Kanal KL verbunden ist ein manuell betätigbares Ventil VL, welches
in einem Ruhezustand geschlossen ist und durch Druck (Pfeil) auf
ein Betätigungselement
DS geöffnet
werden kann. Das Öffnen
des Ventils VL mittels des Betätigungselements
DS erfolgt vorzugsweise entgegen einer Rückstellkraft, insbesondere
einer Federkraft einer Feder FD, so dass das Ventil VL nach Wegfall
der Betätigungskraft
auf das Betätigungselement
DS wieder in die geschlossene Ausgangsstellung zurückkehrt.
-
Bei Öffnen des
Ventils VL durch Druck auf das Betätigungselement DS strömt Gas vom
Gaseinlass GE über
den Kanal KL in die Speicherkammer SK, in welcher auf diese Art
in kurzer Zeit, tS bis t0 nach 1, ein Gasdruck
pK aufgebaut wird, welcher im wesentlichen dem Gasdruck pQ der Druckgasquelle
am Gaseinlass gleich ist.
-
Die
Speicherkammer SK ist über
eine Gasaustrittsöffnung
SP geringen Querschnitts mit der Umgebungsluft als Niederdruckseite
verbunden. Der Querschnitt der Gasaustrittsöffnung SP sei klein im Vergleich
zu dem kleinsten Strömungsquerschnitt der
Verbindung vom Gaseinlass GE über
den Kanal KL und das geöffnete
Ventil VL, so dass die Aufladezeit der Speicherkammer durch die
Gasaustrittsöffnung
SP nicht nennenswert beeinflusst und für die Funktionsweise der Vorrichtung
vernachlässigbar sei.
-
Der
Querschnitt der Gasaustrittsöffnung
SP ist vorteilhafterweise veränderlich
einstellbar, wofür ein
weiteres Betätigungselement
MR, beispielsweise ein Drehknopf, vorgesehen sei. Das Betätigungselement
MR ist in einem Gewinde in einer Gehäuseöffnung geführt, wodurch bei Drehen des
Betätigungselements
MR um eine Drehachse gleichzeitig eine Längsverschiebung des Betätigungselements
MR in axialer Richtung erfolgt. Die axiale Verschiebung bewirke,
wie durch die schräge
Flanke des Betätigungselements
in einem in die Speicherkammer ragenden Fortsatz angedeutet, eine
Veränderung
des Querschnitts der Gasaustrittsöffnung SP. Der Verstellbereich
für das
Betätigungselement
MR sei vorteilhafterweise kleiner als 360° bezogen auf eine Drehung des
Betätigungselements
MR um eine Drehachse, so dass eine eindeutige Skala mit Zahlen,
Symbolen oder dergleichen dem Betätigungselement MR zugeordnet
vorgesehen sein kann.
-
Die
Speicherkammer SK steht über
einen Kanal KS in Verbindung mit der Ventilanordnung SV, welche
vorteilhafterweise als Schiebeventil ausgeführt ist. In 2 ist
die Ventilanordnung SV entlang einer in Verschieberichtung verlaufenden
Ebene zweigeteilt dargestellt, wobei oberhalb der mit unterbrochener
Linie gezeichneten Trennebene die Ventilanordnung in einer Schließstellung
und unterhalb der Trennebene die Ventilanordnung in einer Öffnungsstellung
skizziert ist. Eine Stirnfläche
des Schiebeventils ist durch Gas aus der Spei cherkammer SK über den
Kanal KS beaufschlagt. Die der Stirnfläche abgewandte Seite des Schiebeventils
ist durch eine Druckfeder FV abgestützt, welche die Ventilanordnung
in die Schließstellung
drückt.
Das Schiebeventil weist einen in Schieberichtung durch zwei Gleitdichtungen
begrenzten Durchlasskanal KV auf, welcher als ein Durchbruch durch
einen Ventilkörper
und/oder durch einen einen Ventil-Zentralkörper ringförmig umgebenden Kanal gebildet
sein kann.
-
Ein
Ventilauslass VA ist in der oberhalb der Trennebene skizzierten
Stellung des Schiebeventils von dem Durchlasskanal KV des Schiebeventils
abgetrennt, so dass durch den Ventileinlass VE einströmendes Gas
nicht zum Ventilauslass VA gelangen kann und der Gasströmungspfad
zwischen Gaseinlass GE und Gasauslass GA gesperrt ist. Eine Sperrstellung
des Schiebeventils kann zusätzlich
oder alternativ auch dadurch gegeben sein, dass der Ventileinlass
VE von dem Durchtrittskanal KV des Schiebeventils abgetrennt ist.
-
In
der unterhalb der Trennebene dargestellten Öffnungsstellung des Schiebeventils
liegen sowohl Ventileinlass VE als auch Ventilauslass VA im Bereich
des Gas-Durchlasskanals KV des Schiebeventils, so dass der Strömungspfad
zwischen Gaseinlass GE und Gasauslass GA frei gegeben ist.
-
Eine
Betätigung
der Ventilanordnung erfolgt durch in die Speicherkammer SK über das
Ventil VL unter hohem Druck zugeführtes Gas, welches über den
Kanal KS die Stirnfläche
des Schiebeventils beaufschlagt und das Schiebeventil entgegen der Rückstellkraft
der Federanordnung FV von rechts nach links in die Öffnungsstellung
verschiebt. Die Verschiebung des Ventils erfolgt vorzugsweise bis
zu einem Anschlag des Ventilkörpers
in die unterhalb der Trennebene skizzierte Öffnungsstellung. Mit abfallendem
Druck in der Speicherkammer SK lässt
die durch den Gasdruck auf die Stirnfläche des Schiebeventils be wirkte
Kraft nach. Wenn die rückstellende Kraft
der Federanordnung FV die öffnende
Kraft durch den Gasdruck aus der Speicherkammer übersteigt, wird das Schiebeventil
wieder von links nach rechts in die Schließstellung zurückgeschoben.
Auch die Schließstellung
erfolgt vorteilhafterweise gegen einen mechanischen Anschlag.
-
Vom
Ventilauslass VA führt
ein Kanal KA zum Gasauslass GA, welcher vorteilhafterweise durch
einen Stutzen BA zum Aufsetzen der Einblasöffnung eines Ballons ausgebildet
ist. Der gasleitende Kanal KA kann wie in der Figur skizziert vorteilhafterweise
durch die Speicherkammer SK geführt
sein, wobei die Speicherkammer SK gegen den Kanal KA im wesentlichen
gasdicht abgeschlossen ist. Der gasleitende Kanal KA kann insbesondere
durch einen Rohrabschnitt gebildet sein.
-
In
einer nicht dargestellten Weiterbildung kann die Verschiebung der
Ventilanordnung SV von der geschlossenen in die geöffnete Stellung
daran gekoppelt sein, dass nach dem Aufladen der Speicherkammer
das Ventil VL wieder geschlossen ist. Hierdurch wird eine unerwünschte Verlängerung
der Befüllzeit
vermieden. In anderer vorteilhafter Weiterbildung kann eine Öffnung des
Ventils VL gesperrt sein, solange die Ventilanordnung SV geöffnet ist. Hierdurch
kann vermieden werden, dass versehentlich eine Verlängerung
des Befüllzeitraums
durch ein Nachtriggern während
der Befüllphase
erfolgen kann.
-
In 2 sind
mit dem Gehäuse
VG verbunden noch dieses seitlich überragende Standbeine ST vorgesehen,
wodurch bei kompakter Bauweise des Gehäuses VG dennoch eine breite
stabile Aufstellbasis erreicht werden kann. Der Gasauslass GA zum Anschluss
des Ballons ist vorzugsweise schräg nach oben gerichtet. Der
Aufsatzstutzen BA kann mit einem radialen Vorsprung versehen sein,
um den mit der Aufblasöffnung
aufgezogenen Ballon zuverlässiger
zu halten.
-
Die
vorstehend und die in den Ansprüchen angegebenen
sowie die den Abbildungen entnehmbaren Merkmale sind sowohl einzeln
als auch in verschiedener Kombination vorteilhaft realisierbar.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt,
sondern im Rahmen fachmännischen
Könnens
in mancherlei Weise abwandelbar. Insbesondere können die Betätigungselemente
anders ausgeführt
und/oder anders angeordnet sein. Die Betätigungselemente können auch in
mehreren Funktionen zusammen gefasst sein. Anstelle eines Schiebeventils
können
auch andere, durch Gasdruck aus der Speicherkammer betätigbare
Ventilanordnungen, welche an sich bekannt sind, eingesetzt sein.