-
Technisches Gebiet
-
Die
Erfindung bezieht sich auf ein Acetylen-Manometer mit einer Schutzdrossel,
das dazu verwendet wird, den Acetylendruck in einer Leitung mittels
einer Rohrbiegefeder (auch als Rohrfeder oder Bourdon-Feder bezeichnet)
zu messen. Dabei dient die Schutzdrossel sowohl als Schutz vor einem Flammendurchschlag
als auch als ein Schutz vor einem Druckstoß zwischen Manometer und Acetylenleitung.
Ein Flammendurchschlag durch einen Flammenstoß kann durch Zündung von
evtl. in der Rohrbiegefeder entstehenden Kupferacetyliden hervorgerufen
werden. Die Zündung
des Gases kann hierbei durch einen piezoelektrischen Effekt in der
Rohrbiegefeder bei einer Bewegung, z. B. einem Aufdehnen der Feder
während
des Messens, erfolgen. Eine Verbindung des evtl. feuchten Acetylens
mit dem Kupfer der Rohrbiegefeder zu leicht brennbaren Kupferacetylid
wird durch einen hohen Kupferanteil der Rohrbiegefeder begünstigt.
-
Stand der Technik
-
Um
strömende,
brennbare Medien in Leitungen zu drosseln und um einen ausreichenden
Schutz bei einer ungewollten. Zündung
dieser Medien zu bieten, kommen verschiedene Drosselsysteme herkömmlicherweise
zur Anwendung.
-
Als
Vorrichtung zum Drosseln von strömenden
Fluiden ist aus der österreichischen
Patentschrift
AT 363 288 ein
in eine Fassung eingesetztes Rohrstück mit annähernd zylindrischem engem Innenquerschnitt
bekannt. Der Strömungsweg
ist außerhalb
des Rohrstücks
versperrt und das zu drosselnde Gas wird somit durch einen Drosselkanal
gewünschten
Querschnitts und gewünschter
Länge geführt.
-
Des
Weiteren ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster
DE 296 20 122 U1 eine Drossel
bekannt, die dazu dient, Volumenströme eines strömenden Mediums
in kompakter Bauweise effizient zu drosseln. Dazu umfasst der Drosselkörper eine
spiralförmige
Drosselleitung, die auf kleinem Raum eine relativ große Drosselwegstrecke
erzielt.
-
Eine
andere Drossel ist in
WO
2004/088267 A1 offenbart. Bei dieser Drossel wird ein Füllkörper in eine
Bohrung eingebracht, wodurch ein Ringspalt zwischen dem Füllkörper und
der Bohrung entsteht, der je nach Größen und Toleranzen der Bohrung
und des Füllkörpers den
Anforderungen für
eine Flammendurchschlagsperre genügt.
-
In
der amerikanischen Patentveröffentlichung
US 4 733 563 ist eine Drossel
beschrieben, bei der zwischen einer Bohrung und einem zylindrischen Element
mehrere Nuten ausgebildet sind, die in Summe eine Drosselleitung
bilden, die den Anforderungen an einen Flammendurchschlagschutz
entspricht.
-
Eine
in der
DE 10 2005
002248 A1 beschriebene Drossel ist in einer Vorrichtung
zum Schutz eines Druckmessgeräts
eingebaut, wobei ein zylindrisches Drosselteil aus gesintertem Kunststoff,
das in eine axiale Bohrung eines Verbindungsteils eingebracht ist,
als die Drossel wirkt.
-
Übliche Acetylen-Manometer
weisen geradlinige Röhrchen
mit einem kleinen Innendurchmesser zur Leitung des Gases als Explosionsschutz
auf. Bei diesen Röhrchen
besteht eine Schwierigkeit darin, eine ausreichende Leitungslänge kostengünstig herzustellen.
Bisher wurden entsprechende Feinrohre in einem Drosselkörper befestigt
und als Drosselleitung verwendet, wie z. B. vorhergehend in
AT 363 288 beschrieben ist.
Die in der Regel geringe Länge
dieser Rohre bietet nur ein ausreichender Schutz im Betriebszustand
für Rohrbiegefedern
aus einem Werkstoff mit einem Kupferanteil unter 70%, wie zum Beispiel
CuZn37, da durch einen höheren
Kupferanteil die Entstehung von Kupferacetyliden in dem Manometer
und die evtl. Zündung
des Acetylens durch diese Acetylide begünstigt wird.
-
Eine
weitere Schwierigkeit besteht bei den bisher verwendeten Drosseln
darin, dass ein zu geringer Druckstoßschutz bei hohem Druck gegeben ist.
Für die
Endprüfung
der Druckmindererbaugruppe mussten die Manometer daher durch Blindstopfen
ersetzt werden, um eine Überprüfung der
Funktionsfähigkeit
der Druckminderer während
eines Extremfalls, z. B. eines übermäßigen Druckstoßes, zu
ermöglichen.
-
Damit
ist mit den bisher bekannten Flammdurchschlagdrosseln eine Verwendung
einer Rohrbiegefeder aus einem Werkstoff mit einem Kupferanteil über 70%,
der bessere Materialeigenschaften, wie zum Beispiel eine höhere Streckgrenze
Re, aufweist, und eine realitätsnahe
Endprüfung
der Druckminderer nicht möglich.
Eine Verwendung eines Materials ohne Kupfer für die Rohrbiegefeder mit vergleichbaren
oder besseren Werkstoffeigenschaften, wie z. B. Cr-Ni-Stahl, ist
aus Kostengründen
nicht sinnvoll.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Acetylen-Manometer
bereitzustellen, das preiswert ist und einen hinreichenden Flammendurchschlag-
und Druckstoßschutz
bietet. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Acetylen-Manometer
nach Anspruch 1 der Edindung gelöst.
-
Darstellung der Erfindung
-
Erfindungsgemäß wird ein
Acetylen-Manometer zum Messen eines Acetylendrucks in einer Leitung,
vorzugsweise in einem Bereich von O bis 2,5 bar, mit einer Schutzdrossel
versehen, die aus einem ein- oder mehrteiligen Drosselkörper gebildet
wird. Dieser vorzugsweise zylindrische Drosselkörper kann mittels eines Presssitzes
in eine Bohrung eines Messgliedträgers eingesetzt werden, welcher
das Messglied, d. h. die Rohrbiegefeder, des Acetylen-Manometers
trägt.
Die Rohrbiegefeder ist dabei mit der Bohrung über einen Messkanal verbunden. Um
ein Einsetzen des Drosselkörpers
in die Bohrung zu erleichtern, weist der Körper an dem Endabschnitt, mit
dem er zuerst in die Bohrung des Messgliedträgers eingesetzt wird, einen
abgeschrägten
Bereich sowie eine Hilfsbohrung auf.
-
Die
Hilfsbohrung befindet sich in der Seite des Drosselkörpers, die
zuerst in die Bohrung eingeführt
wird und damit dem Messkanal des Messgliedträgers gegenüberliegt. Diese Hilfsbohrung
kann verschiedene Funktionen aufweisen, unter anderem gibt der Drosselkörper im
Bereich der Hilfsbohrung beim Einsetzen (i. d. R. durch Einpressen)
in die Bohrung des Messgliedträgers
nach, wodurch das Einsetzen erleichtert wird.
-
Nach
dem Einsetzen kann der Drosselkörper in
der Bohrung in seiner axialen Richtung so befestigt werden, dass
ein Spalt zwischen dem einen Ende des Drosselkörpers und dem Bohrungsgrund
ausgebildet wird, wobei der Spalt als Teil des Messkanals wirkt.
Zwischen der Bohrungswand und der Außenwand des Drosselkörpers kann
eine Drosselstrecke durch mindestens einen gewundenen Drosselkanal ausgebildet
werden. Der gewundene Drosselkanal kann vorzugsweise eine spiralförmige Gestalt
aufweisen, die eine große
Länge der
Drosselstrecke bietet. Dadurch wird eine genügende Flammendurchschlagschutzwirkung
der Drossel geboten, die zudem leicht und kostengünstig hergestellt
werden kann.
-
Diese
flammendurchschlagsichere Drosselform ermöglicht die Verwendung einer
Rohrbiegefeder aus einem Werkstoff mit einem Kupferanteil von > 70%. Denkbare Werkstoffe
für die
Rohrbiegefeder sind dabei z. B. CuSn8 und CuBe2, die beide deutlich bessere
Werkstoffeigenschaften, speziell deutlich höhere Streckgrenzen Re, als
das bisher üblicherweise
für Rohrbiegefedern
verwendete CuZn37 aufweisen. Damit wird neben einer billigen Herstellung unter
anderem eine höhere
Stabilität
des Acetylen-Manometers erreicht.
-
Es
gibt verschiedene Möglichkeiten,
in welcher Form der Drosselkanal zwischen dem Drosselkörper und
der Bohrung vorliegen kann. Einmal kann der Drosselkanal vorzugsweise
in der Außenwand des
Drosselkörpers
ausgebildet sein, während
die Bohrungswand keinen Kanal oder keine entsprechenden Vertiefungen
aufweist.
-
In
einem anderen Ausführungsbeispiel
kann der Drosselkanal in der Bohrungswand ausgebildet sein, während der
Drosselkörper
lediglich aus einem Zylinderkörper
ohne Kanal oder ohne entsprechende Vertiefungen besteht.
-
Zudem
kann der Drosselkanal mittels eines Außengewindes in der Außenwand
des Drosselkörpers
und einem Innengewinde in der Bohrungswand ausgebildet sein, wobei
ein Abstand zwischen den beiden Gewinden den Drosselkanal bildet.
Dieser Abstand kann z. B. durch ein Abtragen der Gewindegänge entweder
eines der beiden Gewinde oder beider Gewinde hergestellt werden.
Es wäre
auch denkbar, mindestens eines der beiden Gewinde mit untermäßigen Kern- bzw. übermäßigem Bohrungsdurchmessern
zu fertigen, wodurch ein Abstand bzw. ein großes Spiel zwischen den beiden
Gewinden entsteht. Dabei sind verschiedene Gewindearten, wie zum
Beispiel ein Regelgewinde, ein Feingewinde, ein Withworth-Gewinde,
ein Rohrgewinde, ein Trapezgewinde, ein Sägengewinde, oder andere Gewindearten
denkbar. Das Gewinde bzw. die Drosselstrecke kann dabei auch zwei-
oder mehrgängig
ausgebildet sein.
-
Um
einen ausreichenden Flammendurchschlagschutz bei der Verwendung
eines Acetylen-Manometers zu gewährleisten,
sollte die Drosselleitung nach heutigen Vorschriften einen rohrförmigen Querschnitt
mit einen maximalen Durchmesser vom 0,3 mm bei einer Drosselstreckenlänge von –25 mm aufweisen.
Es wurde überlegt
und gefunden, dass bei einer größeren Drosselstreckenlänge ein größerer Drosselquerschnitt
gewählt
werden kann, der durch die größere Leitungsstrecke
ebenfalls ausreichenden Schutz bei einem Flammenstoß bietet. Mit
dieser Vergrößerung des
Durchmessers sowie mit einer mehrgängigen Drosselleitung wird
auch eine Verstopfungsneigung der Leitung durch z. B. Schmutz verringert.
-
Die
Form des Drosselkanals kann mit verschiedenen Querschnitten, z.
B. mit einem V-förmigen
Querschnitt, durch verschiedene Herstellungsverfahren hergestellt
werden.
-
Denkbare
Herstellungsverfahren sind dabei Gewindeschneiden, Strehlen, Laserschneiden
und evtl. Pressen des mindestens einen Drosselkanals.
-
Weitere
Aufgaben, Vorteile und Gesichtspunkte ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der
Beschreibung der Ausführungsbeispiele und
den Zeichnungen.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 zeigt
schematisch ein Manometer inklusive Messgliedträger und eine Schutzdrossel
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung vor dem Einsetzen;
-
2 zeigt
die Schutzdrossel gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung in einer Vollschnittansicht und einer Teilschnittansicht;
-
3 zeigt
die Schutzdrossel gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht;
-
4 zeigt
zwei mögliche
Querschnittsflächen
eines Drosselkanals der Schutzdrossel;
-
5 zeigt
eine Schnittansicht der Schutzdrossel gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung und des Messgliedträgers in einem Zustand vor dem
Einsetzen der Schutzdrossel in den Messgliedträger;
-
6 zeigt
eine Schnittansicht der Schutzdrossel gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung und des Messgliedträgers in einem eingebauten Zustand
der Schutzdrossel; und
-
7 zeigt
eine teilweise geschnittene Ansicht des Messgliedträgers mit
einer Rohrbiegefeder als Messglied, bei der die Schutzdrossel gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung in die dafür vorgesehene
Bohrung des Messgliedträgers
eingesetzt ist.
-
Bester Weg zur Ausführung der
Erfindung
-
Das
in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung
zeigt ein Manometer 1 mit einer Rohrbiegefeder 14 als
Messglied (in 7 gezeigt), das in einem Messgliedträger 2 einen
Messkanal 3 zum Leiten eines Acetylengases zwischen dem
an Messgliedträger 2 angebrachten
Messglied und einer Acetylenleitung aufweist. Die Acetylenleitung
kann dabei Acetylen von einem Fluidbehälter, wie z. B. einer Gasflasche,
durch einen Druckminderer (nicht gezeigt) geregelt zu einem Endverbraucher
leiten. In der Regel sind zwei Manometer 1 zum Messen eines Eingangsdrucks
und eines Ausgangsdrucks an dem Druckminderer angeschlossen.
-
Der
Messkanal 3 hat in diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise
eine rohrförmige
gerade Form. Eine Bohrung 6 ist in einem zylindrischen
Abschnitt 5 des Messgliedträgers 2 ausgebildet,
der in diesem Beispiel ein Außengewinde
aufweist, mit dem das Manometer 1 an dem Druckminderer
befestigt wird. Eine Öffnung
des Messkanals 3 befindet sich im Bohrungsgrund 4 der
Bohrung 6. Wie in 1 gezeigt
ist, wird eine Schutzdrossel 7, die in diesem Ausführungsbeispiel
einen einzelnen spiralförmigen
Drosselkanal 8 in ihrer Außenfläche aufweist, in die Bohrung 6 eingesetzt.
-
In
diesem Ausführungsbeispiel
wird die Schutzdrossel 7 beim Einsetzen mittels einer Übergangspassung
in die Bohrung 6 eingepresst, um einen stabilen Presssitz
zu erreichen. Bei diesem Einpressvorgang wird die Schutzdrossel 7 mit
einer Endfläche 12 zuerst
in die Bohrung 6 eingebracht. Anschließend wird die andere Endfläche 11 der
Schutzdrossel 7 mittels eines Verbindungsverfahrens, z.
B. Schweißen
oder Verkeilen, an einem überstehenden ringförmigen Teil 13 des
zylindrischen Abschnitts 5 des Messgliedträgers 2 befestigt
und damit ist die Schutzdrossel 7 axial festgelegt. Auf
diese Weise ist die Schutzdrossel 7 bei einem Druckstoß gegen
ein Loslösen
aus der Bohrung 6 gesichert.
-
Um
das Einsetzen beim Einpressen zu erleichtern ist ein Bereich 10 der
Schutzdrossel 7, der zuerst in die Bohrung 6 eingesetzt
wird, in diesem Ausführungsbeispiel
mit 5° abgeschrägt, wie
in 2 zu sehen ist. Vorzugsweise liegt der Winkel
dieser Abschrägung
zwischen 3° und
8°. Ebenfalls
als Unterstützung
für ein
leichteres Einsetzen weist die Schutzdrossel 7 in diesem
Ausführungsbeispiel
eine Hilfsbohrung 9 mit einem Sackloch auf, die vorzugsweise
von der Endfläche 12 über die
Hälfte
der Schutzdrossel 7 ausgebildet ist. Diese Hilfsbohrung kann
zudem weitere vorteilhafte Eigenschaften aufweisen, z. B. kann bei
einem evtl. Auftreten eines Flammenstoßes durch eine Zündung von
Acetylid in der Rohrbiegefeder 14 dieser Stoß zum Teil
von der Bohrung 9 aufgenommen werden. Dabei wird der Bereich
der Schutzdrossel 7 mit der Hilfsbohrung 9 vorzugsweise
nach außen
gegen die Bohrung 6 des Messgliedträgers 2 verformt und
dadurch ein durch die Übergangspassung
entstandener Presssitz verstärkt.
Durch diese Verstärkung
wird die Flammendurchschlagschutzwirkung der Schutzdrossel 7 noch weiter
erhöht.
-
Wie
ebenfalls in 2 zu sehen ist, weist der Drosselkanal 8 in
diesem Ausführungsbeispiel
annähernd
eine V-Form auf, wobei der Drosselkanalgrund mit einem Radius von
0,1 mm abgerundet ist. Ein Rundungsradius < 0,3 mm ist in diesem Ausführungsbeispiel
vorzuziehen. Der Winkel zwischen den Flanken des Kanals 8 beträgt in diesem
Beispiel 60'', wobei ein Flankenwinkel
zwischen 50° und
80° denkbar
wäre.
-
3 zeigt
die Schutzdrossel 7 in einer perspektivischen Darstellung.
In dieser Darstellung ist der in diesem Ausführungsbeispiel verwendete spiralförmige Drosselkanal 8 mit
einer leichten Steigung dargestellt, wodurch eine relativ lange
Drosselstrecke von –75
mm erreicht wird. Außerdem
ist in dieser Darstellung zu erkennen, dass in dem Zwischenraum zwischen
den einzelnen Umläufen
des Drosselkanals 8 ein zweiter Drosselkanal vorgesehen
werden kann. Eine zweigängige
Drosselstrecke mit einem evtl. größeren Gesamtströmungsquerschnitt
wäre dadurch
in einem weiteren Ausführungsbeispiel denkbar.
-
4 zeigt
Darstellungen eines Strömungsquerschnitts
eines Drosselkanals 8 dieses Ausführungsbeispiels mit einem minimalen
Querschnitt von 0,042 mm2 und einem maximalen
Querschnitt von 0,074 mm2. Ein optimaler
Strömungsquerschnitt
liegt vorzugsweise zwischen 0,02 mm2 und
0,1 mm2. Mit einem Strömungsquerschnitt in diesem
Bereich genügt
die Schutzdrossel 7 den Anforderungen für einen ausreichenden Flammendurchschlagschutz
für Acetylen-Manometer.
Der Drosselkörper
zeigt einen Kerndurchmesser von –3 mm und einen Außendurchmesser
von –3,5
mm. Vorzugsweise liegt der Kerndurchmesser zwischen 2 mm und 4 mm
und der Außendurchmesser
entsprechend zwischen 3 mm und 5 mm.
-
5 zeigt
die Schutzdrossel 7 und den Messgliedträger 2 vor einem Einsetzen
der Schutzdrossel 7 in die Bohrung 6. In dieser
Figur ist deutlich zu erkennen, dass die Schutzdrossel 7 mit
ihrem Ende 12, das die Hilfsbohrung 9 aufweist,
zuerst in die Bohrung 6 eingebracht wird, so dass sie dem Bohrungsgrund 4 und
damit dem Messkanal 3 gegenüberliegt.
-
Um
eine Verbindung zwischen dem Drosselkanal 8 der Schutzdrossel 7 und
dem Messkanal 3 zu gewährleisten,
verbleibt ein minimaler Spalt zwischen der Endfläche 12, der Schutzdrossel 7 und dem
Bohrungsgrund 4 der Bohrung 6 nach dem Einsetzen
der Schutzdrossel 7, wie in 6 gezeigt
ist. Der Spalt dient dazu, eine Verbindung zwischen dem Drosselkanal 8 und
dem Messkanal 3 zu ermöglichen,
um ein ungehindertes Strömen
des Gases zu ermöglichen.
Um die Schutzdrossel 7 in der Bohrung 6 mit dem
verbleibenden Spalt axial zu fixieren, wird die Drossel 7 in
diesem Ausführungsbeispiel
durch ein Setzen eines Schweißpunkts
zwischen dem Drossel-Ende 11 und der Endfläche des überstehenden
ringförmigen
Teils 13 an dem Messgliedträger 2 befestigt.
-
7 zeigt
eine teilweise geschnittene Ansicht des Messgliedträgers 2 mit
daran befestigter Rohrbiegefeder 14, die in diesem Ausführungsbeispiel
als Messglied dient. Die Schutzdrossel 7 ist in dieser
Ansicht mit einem verbleibenden Spalt zwischen Drossel 7 und
Messkanal 3 in den Messgliedträger 2 eingesetzt,
so dass sich eine Mittelachse der Drossel 7 mit einer Mittelachse
des Messkanals 3 in einer koaxialen Anordnung befindet.
-
Die
Erfindung ist nicht auf das vorstehende ausführliche Ausführungsbeispiel
beschränkt.
Sie kann in dem Umfang der nachfolgenden Ansprüche modifiziert werden.
-
Abgesehen
von ihrer Verwendung in einem Acetylen-Manometer sind weitere andere
Verwendungsmöglichkeiten
für die
vorhergehend beschriebene Schutzdrossel denkbar. Zum Beispiel kann
die Schutzdrossel zur Erhöhung
der Schockbeständigkeit
von Niederdruck-Manometern zum Einsatz kommen. Weiterhin wäre eine
Anwendung als Begrenzungsdrossel zur Begrenzung eines Leckstroms
bei Manometern für
Atemschutzgeräte
möglich.