DE1757801C3 - Gerät zum selbsttätigen kontinuierlichen Mischen zweier Druckgase im vorbestimmten Mischungsverhältnis - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum selbsttätigen kontinuierlichen Mischen zweier Druckgase im vorbestimmten Mischungsverhältnis mit Membrangleichdruckregler.

Es ist bekannt, zwei Druckgase je über ein Drosselventil und einen Strömungsmesser in einer gemeinsamen Abgasleitung zu entspannen, wobei in den Strömungsmessern das Mischungsverhältnis der zu mischenden Gase eingestellt wird. Dieses Gerät hat den Nachteil, daß die Strömungsmesser und die Drosselventile fortlaufend überprüft werden müssen. Weiterhin muß sichergestellt sein, daß in den Strömungsmessern stets ein genau bestimmter Druck eingehalten ist, da sonst die Anzeige der Strömungsmesser nicht stimmt. Es ist weiterhin bekannt, zwei Druckgase auf Atmosphärendruck zu entspannen und mit Hilfe von Kolbenpumpen mit variablen Hubvolumen anzusaugen und in die Abgangsleitung zu drücken. Dieses Gerät ist nachteilig, da es einen großen apparativen Aufwand, wie Kolbenpumpen, Antrieb für Kolbenpumpen und Steuemngseinrichtungen, erfordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zum selbsttätigen kontinuierlichen Mischen zweier Druckgase zu schaffen, das unter Vermeidung der geschilderten Nachteile mii einfachen Mitteln die Herstellung eines einwandfrei auf ein bestimmtes Verhältnis eingestellten Gasgemisches gestattet

Das Gerät nach der Erfindung umfaßt an die Differenzdruckkammern angeschlossene, auf das gewünschte Mischungsverhältnis einstellbare Speicherkammern sowie einen selbsttätigen Umschaltmechanismus zum jeweiligen Verbinden der Speicherkammern mit einem Gasmischbehälter und Wiederrückverbinden zu den Differenzdruckkammern.

Mit dem erfindungsgemäßen Gerät wird unter Verwendung von Membrangleichdruckreglern mit einfachen Mitteln eine Gasmischung eines gewünschten Konzentrationsverhältnisses einwandfrei hergestellt, da die zu mischenden Gase unter einem gleichen Vordruck in ihrer Größe nach genau einstellbare Räume eingeleitet werden, worauf nach dem Abströmen der Gase diese sich genau entsprechend dem Volumenverhältnis mischen. Jede Speicherkammer wird während des Füllvorganges mit je einem der zu mischenden Gase auf beliebigen, aber gleichen Druck gefüllt. Daraufhin entspannen sich die Gase der beiden Speicherkammern auf den Druck in der gemeinsamen Abgangsleitung, wobei sich die Gase entsprechend dem Volumenverhältnis der Speicherkammern mischen. Das Mischungsverhältnis in der Gasabgangsleitung wird also durch das Verhältnis des Volumens der einzelnen Speicherkammern bestimmt und kann derart genau eingestellt werden.

Gemäß einer weite en Ausgestaltung der Erfindung kann der Umschaltmechanismus durch ein Zeitglied umgeschaltet werden. Eine andere Ausführungsform besteht darin, daß der Umschaltmechanismus durch ein Druckglied umgeschaltet wird. Diese Ausführung hat den Vorteil eines Umschaltens ohne zusätzlichen Energiebedarf.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann in die Leitungen zwischen den Speicherkammern und dem Gasmischbehälter je ein auf den gleichen Enddruck einstellbarer Druckminderer eingeschaltet sein.

Gemäß einer Weiterbildung können die Differenzdruckkammern von einem mit dem Gasmischbehälter verbundenen Gehäuse durch Steuermembranen getrennt sein, die Absperrventile enthalten und durch eine in einem Lager bewegliche Wippe verbunder,: sind, wobei die Absperrventile durch Bewegung des Lagers aus der einen, durch einen Magneten oder eine Vorrichtung mit Schnappcharakteristik unterhalb eines eingestellten Differenzdruckes gehaltenen Endlage — in der die Absperrventile geschlossen sind — durch einen über diesem liegenden Differenzdruck in die andere Endlage geöffnet sind.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind an Hand der in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert, und zwar zeigen

Fig. 1 und 2 zwei unterschiedliche Ausführungsformen eines Gasmischgerätes,

Fig. 3 eine Einzelheit der Einstellung zweiei Speicherkammern.

Bei dem Ausführur.gsbeispiel nach F i g. 1 sind die beiden Gaszuführungsleitungen 1 und 2, durch die die Gase A und R zugeführt werden, beidseitig an einer

Membrangleichdruckregler 3 angeschlossen, der zwei Druckminderer 3a und 3b derart vereinigt, daß diese die beiden Gase A und B auf den ghichen Druck entspannen. Der Membrangleichdruckregler 3 besteht aus einem Gehäuse 4, das durch eine mittig angeordnete Steuermembran 5 unterteilt ist. In den Gehäusedeckel 6 und 7 sind Ventilsitze 8 und 9 angeordnet Die Steuermembran 5 trägt beidseitig über Verbindungsstangen 10 bewegliche Ventilbauteile 11 und 12, so daß zwei Reduzierventile 8,11 und 9,12 gebildet werden, die ■ damit am Ende der Gasleitungen 1 und 2 angeordnet sind. Diese münden in Räume, die die Außenseite der Gehäusedeckel 6,7 abdeckea

Die Differenzdruckkammern 13 und 14 beidseitig der Steuermembran 5 sind über die Leitungen 15 und 16 mit « dem Gasverteiler 17 verbunden, der Absperrventile emhält, die im Ausführungsbeispiel zu einem Umschaltmechanismus verbunden sind

Der Umschaltmechanismus kann in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein und hat die Aufgabe, in der einen Schaltslellung die Leitungen 15 bzw. 16 entweder gleichzeitig mit den Leitungen 18 bzw. 19, die zu dem Gasverhältniseinsteller 20 führen, zu verbinden oder diese Leitungen 15 bzw. 16 gleichzeitig abzusperren und dann die Leitungen 18 bzw. 19 mit den bis dahin abgesperrten Leitungen 21 bzw. 22 zu verbinden, die über einen weiteren Membrangleichdruckregler 23 zum Gasmischbehälter 24 führen.

Im Ausl'ührungsbeispiel ist der den Umschaltmechanismus darstellende Gasverteiler 17 als ein Schieberventil ausgebildet, bei dem jeweils zwischen den Einmündungen der Leitungen 15 und 21 bzvy. 16 und 22 die Einmündungen der Leitungen 18 und 19 liegen. Das Schieberventil wird durch eine hin- und herbewegende Steuerstange 25 gesteuert, auf der die Absperrscheiben 26 bis 29 befestigt sind. In der in F i g. 1 dargestellten einen Endlage des Schieberventils sind die Leitungen 15 und 16 mit den Leitungen 18 und 19 verbunden, während die Leitungen 21 und 22 abgesperrt sind. Wenn die Steuerstange 25 in die andere Endlage bewegt wird, sind die Leitungen 18 und 19 mit den Leitungen 21 und 22 verbunden, während die Leitungen 15 und 16 abgesperrt sind.

Der Gasverhältniseinsteller 20 dient zurr. Einstellen der Volumen zweier Speicherkammern V, und V₂ und besteht aus einem Zylinder 30 mit einem darin verschiebbaren Trennkolben 31, dessen Kolbenstange 32 zur Einstellung und Anzeige der Stellung des Gasverhältniseinstellers 20 aus diesem herausragt. Die Kolbenstange 32 kann z. B. mit Stopfbuchsen abgedichtet sein. Auf der einen Seite spielt das Ende 33 der Kolbenstange 32 als Zeiger über einer Skala 34, die das Volumenverhältnis der beiden Speicherkammern V_t und V₂, die durch die jeweilige Stellung des Trennkolbens 31 im Zylinder 30 festgelegt, anzeigt.

Der Membrangleichdruckregler 23 vereinigt die beiden Druckminderer 23a und 236 und entspricht im Aufbau dem Membrangleichdruckregler 3 mit den Druckminderern 3a und 3b. Die zwei beweglichen Ventilbauteile 35, 36 werden von der gemeinsamen Steuermembran 37 gesteuert und regeln den Gasaustritt aus den Räumen 38 und 39 in die Abgangsleitungen 40 und 41 zum Gasmischbehälter 24.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: B sei davon ausgegangen, daß die beiden Gase A und B mit unterschiedlichem Druck in die Druckgasleitungen 1 und 2 einsitrömen. Infolge des geschilderten Aufbaues des Membrangleichdruckreglers 3 werden die beiden (i

Gase durch die Druckminderer 3a und 3b auf einer, gleichen Druck in den Differenzdruckkammern 13 und 14 entspannt, wobei sich dieser Druck auf den Druck des Gases mit dem niedrigeren Vordruck einstellt. Der Membrangleichdruckregler 3 verhindert dabei außerdem, daß beim Ausfall eines Druckgases das andere Gas unkontrolliert weiterströmt. Wenn nämlich beispielsweise das Gas A nicht mehr zuströmt, wird durch den durch das weiterströmende Gas B in der Differenzdruckkammer 14 sich aufbauenden Druck die Steuermembran 5 im Schließsinne des Reduzierventils 9, 12 bewegt, so daß auch der Zufluß des Gases B gesperrt ist.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Lage strömen die Gase A und B durch die Leitungen 18 und 19 in die Speicherkammern V-, V₂ des Gasverhältniseinstellers 20 ein, bis der im Druckreduzierrelais 3 vorhandene Druck erreicht ist.

Nach Beendigung des FüUvorganges oder auch früher — vorausgesetzt, daß der Druck in den Speicherkammern Vi, V₂ gleich ist — wird der als Umschaltventil ausgebildete Gasverteiler 17 umgeschaltet, so daß nunmehr die beiden Gase aus den Speicherkammern Vi, V₂ über den weiteren Membrangleichdruckregler 23 in den Gasbehälter 24 unter Entspannung auf dessen Druck abströmen können. Der an sich nicht erforderliche Membrangleichdruckregler 23 sichert mit seinen Druckminderern 23a und 23b, daß der Druckabfall beim Abströmen der Gase aus den Speicherkammern V, und V₂ ebenfalls gleichmäßig erfolgt. Dadurch wird erreicht, daß die Gase bereits entsprechend dem gewünschten Mischungsverhältnis durch die Leitungen 40 und 41 dem Gasmischbehälter 24 zuströmen.

Das Umschalten des Gasverteilers 17 kann zeitabhängig erfolgen und beispielsweise in Abhängigkeit von einem Zeitgeber gesteuert werden. Der Gasverteiler kann aber auch in Abhängigkeit von dem Druck im Gasmischbehälter 24 bzw. vom Differenzdruck des Gasmischbehälters zu dem Druck an anderen Stellen der Vorrichtung gesteuert werden.

Für das genaue Arbeiten ist wesentlich, daß der Gasverteiler 17 einwandfrei arbeitet, so daß beim Umschaltvorgang zunächst die beiden Speicherkammern V ι und V₂ des Gasverhältniseinstellers 20 von den Zuführungsleitungen 15 und 16 abgesperrt werden, worauf erst dann die beiden Speicherkammern V ι und V₂ mit den Leitungen 21 und 22 verbunden werden. Auch das Umschalten in entgegengesetzter Richtung muß einwandfrei erfolgen.

Mit dem Gasverhältniseinsteller 20 läßt sich das Volumenverhältnis Vi / V₂ sehr genau auf jedes gewünschte Maß einstellen, wobei das Mischungsverhältnis unmittelbar auf der Skala 34 abgelesen werden kann.

Der Gasverhältniseinsteller 20 kann weiterhin mit einer Kontrollvorrichtung ausgerüstet sein, die anzeigt, ob in den Speicherkammern V ι und V₂ der gleiche Druck herrscht. Zu diesem Zweck ist nach der Ausfühmngsform nach Fig. 3 die Kolbenstange 32 an ihrem Ende mit einer Spindel 42 versehen, die an ihrem Ende das Handrad 43 trägt. Die Spindel 42 ist in einem Spindellager 44 gelagert, das seinerseits mit Hilfe nicht dargestellter Führungsmittel in Achsrichtung der Kolbenstange 32 geringfügig verschiebbar gelagert ist und beidseitig unter dem Druck von Federn 45 steht. Diese halten das Spindellager 44 in der in Fig. 3 dargestellten Mittellage. Das Spindellager ist mit einem Kontaktgeber 46 versehen, dem beidseitig Schalter 47 gegenüberliegen, die über Leitungen 48 in den

17 57

Stromkreis eines Anzeigegerätes eingeschaltet sind.

Wenn in den beiden Speicherkammern Vi und V₂ nicht gleiche Drücke herrschen, wird der Kolben 31 und damit das Spindellager 44 nach der einen oder anderen Seite verschoben, wodurch die Anzeigevorrichtung ausgelöst wird. Diese Vorrichtung gestattet also eine einfache Überwachung des Druckes im Gasverhältniseinsteller. Wenn dieser einwandfrei arbeitet, ist die Druckdifferenz zwischen den Speicherkammern V, und V₂ gleich 0.

Die in F i g. 2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der nach F i g. 1 zunächst dadurch, daß die die Druckminderer enthaltenden Membrangleichdruckregler 3 und 23 sowie der Gasverteiler 17 zu einem Cerät 50 vereinigt sind.

Die Leitung 1 des Druckgases A ist an die Vorkammer 51 eines Druckminderers 52 angeschlossen, der aus der Differenzdruckkammer 53 und der Steuermembran 54 besteht. Diese wirkt in der weiter unten beschriebenen Weise auf den Stößel 55 ein. der den beweglichen Ventilbauteil 56 des Reduzierventils in der Vorkammer 51 steuert, der unter dem Druck einer Schließfeder 57 gegen den im Gehäusedeckel angeordneten Ventilsitz 58 gedrückt wird.

Die Steuermembran 54 ist weiterhin über eine Wippe

59 mit der Steuermembran 60 des Druckminderers 62 verbunden, der an die Leitung 2 des Druckgases B angeschlossen ist. Dieser Druckminderer 62 ist genauso aufgebaut wie der Druckminderer 52 Er besitzt die Differenzdruckkammer 53a mit Reduzierventil 56a, 58a und dessen Schließfeder 57a.

Die Wippe 59 ist im Lager 63 schwenkbar gelagert.

Die bisher beschriebene Ausbildung der Drucl minderer 52 und 62 unter Verbindung der Steuermembran 54 und 60 durch eine Wippe 59 hat die gleiche Wirkung wie der in F i g. 1 beschriebene Membrangleichdruckregier 3.

Bei der Ausführungsform nach Fig.2 ist dieser Membrangieichdruckregler außerdem noch als Gasverteiler (Umschaltmechanismus) ausgebildet Zu diesem Zweck sind die Außenflächen der Steuermembran 54 und 60 durch ein gemeinsames Gehäuse 64 abgeschlossen. Des weiteren sind in den Steuermembranen 54 und

60 Ventilsitze 65 und 66 angeordnet die durch bewegliche Ventilbauteile 67 und 68 verschlossen werden können, die mit den Stößeln 55 und 55a verbunden sind.

Des weiteren ist das Lager 63 der Wippe 59 senkrecht zur Ebene der Steuermembran 54 und 60 verschiebbar derart gelagert daß das Lager 63 entweder die in der F i g. 2 dargestellte Lage oder eine obere nicht dargestellte Endlage einnimmt Das Lager 63 ist dazu an einem Anker 69 befestigt, der oberhalb eines Magneten 70 liegt Außerdem kann das Lager 63 unter der Wirkung einer Druck- oder Zugfeder 71 stehen.

Von den Differenzdruckkammern 53 und 53a der beiden Druckminderer 52 und 62 führen Leitungen 18 und 19 zum Gasverhältnisleiter 20.

An dem Gehäuse 64 ist über die Leitung 72 der Gasmischbehälter 24 angeschlossen.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: Bevor Druckgas durch die Leitungen 1 und 2 durchströmt wird der Anker 69 von dem Magneten 70 angezogen, so daß die Wippe 59 in ihre — in der Zeichnung dargestellte — untere Endstellung gelangt und sich die Steuermembranen 54 und 60 nach innen durchbiegen. Beide drücken über die Stößel 55,55a die Reduzierventile 56, 58, 56a, 58a entgegen der Wirkung der Schließfedern 57, 57a in die Offenstellung, während andererseits die Absperrventile 65 und 68 geschlossen werden. Die Gase A und B können nunmehr über die Reduzierventile 56, 58, 56a, 58a in die Differenzdruckkammern 53 und 53a der beiden Druckminderer 52 und 62 und von dort über die Leitungen 18 und 19 in die Speicherkammern V_t und V₂ des Gasverhältniseinstellers 20 einströmen. Durch die Verbindung der Steuermembranen 54 und 60 durch die Wippe 59 wird dabei erreicht, daß wie bei der Ausführungsform nach F i g. 1 der Druck in den Leitungen 18 und 19 bzw. in den Speicherkammern Vi und V₂ der gleiche ist, wobei sich der Druck nach dem Druck des Gases des niedrigeren Druckes richtet. Wenn beispielsweise sich in der Differenzdruckkammer des Druckminderers 52 ein höherer Druck einstellen sollte, würde sich die Membran 54 nach oben durchbiegen und das Reduzierventil 56, 58 schließen, während andererseits über die Wippe 59 die Steuermembran 60 des anderen Druckminderers 62 in Öffnungsrichtung für das Reduzierventil 56a. 58a bewegt würde. Die Vorrichtung gewährleistet also, daß während des Füllvorganges die Drücke in den Speicherkammern Vt und V₂ gleich sind und in gleichem Maße steigen.

Wenn der Druck in den beiden Membrankammern ein bestimmtes Maß überschreitet, überwiegt die von den Steuermembranen 54, 60 ausgeübte Kraft die Anzugskraft des Magneten 70, so daß nunmehr das Lager 63 und damit die Wippe 59 in die obere Endlage gedrückt wird.

Dabei werden die Reduzierventile 56, 58, 56a, 58a unter der Wirkung der Druckfedern 57,57a geschlossen, während die Absperrventile 65 bis 68 geöffnet werden, da sich die Ventilkegel von den nach oben ausweichenden Ventilsitzen abheben. Einmal wird damit der Zustrom der Druckgase A und B durch die Leitungen 1 und 2 abgesperrt, während andererseits die in den Speicherkammern Vi und V₂ unter gleichem Druck stehenden Gase nunmehr über die Absperrventile 65 bis 68 in den Raum des Gehäuses 64 und über die Abgangsleitung 72 in den Gasmischbehälter 24 abströmen können.

Auch während dieses Abströmens über die Absperrventile 65 bis 68 wird durch die Einschaltung der Wippe 59 ein gleichmäßiger Druckabfall aus den Speicherkammern Vi und V₂ erreicht Wenn nämlich der Druck in der Differenzdruckkammer 53 des Druckminderers 52 schneller abfallen würde als in der Differenzdruckkammer 53a des Druckminderers 62, würde sich das Absperrventil 65, 67 in Schließrichtung bewegen während das Absperrventil 66, 68 weiter geöffnei würde. Derart wird erreicht, daß schon das Ausströmer der Druckgase A und B aus den Speicherkammem V, und V₂ unter gleichem Druckabfall und damit im gewünschten Mischungsverhältnis erfolgt, so daO bereits im Gehäuse 64 ein Gasgemisch des gewünschter Mischungsverhältnisses vorliegt

Wenn der Druck in den Differenzdruckkammern 53 53a ein bestimmtes Maß unterschritten hat, überwiegi die Anziehungskraft des Magneten 70, worauf die Wippe 59 wieder in die untere Endstellung gezoger wird. Der oben beschriebene Füllvorgang wiederhol! sich.

Das Mischungsverhältnis des Gasgemisches isi unabhängig vom Gegendruck und unabhängig von dei Strömungsgeschwindigkeit auf der Gasabgangsseite.

Hier/!] 3 l'.latt /eichnunncn

Claims (5)

17 5 Patentansprüche:

1. Gerät zum selbsttätigen kontinuierlichen Mischen zweier Druckgase im vorbestimmten ^ Mischungsverhältnis mit Membrangleichdruckregler, gekennzeichnet durch an dessen Differenzdruckkammern (13,14) angeschlossene, auf das gewünschte Mischungsverhältnis einstellbare Speicherkammern (V_t, V₂)sowie einen selbsttätigen ic Umschaltmechanismus (17, 25 bis 29, 59, 63, 65 bis 71) zum jeweiligen Verbinden der Speicherkammern mit einem Gasmischbehälter (24) und Wiederrückverbinden zu den Differenzdruckkammern.

2. Gerät zum selbsttätigen kontinuierlichen Mischen zweier Druckgase nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschaltmechanismus (17, 25 bis 29) durch ein Zeitglied umgeschaltet wird.

3. Gerät zum selbsttätigen kontinuierlichen 2c Mischen zweier Druckgase nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschaltmechanismus (17, 25 bis 29) durch ein Druckglied umgeschaltet wird.

4. Gerät zum selbsttätigen kontinuierlichen 2-. Mischen zweier Druckgase nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Leitungen (21, 22, 40, 41) zwischen den Speicherkammern (V\, V₂) und dem Gasmischbehälter (24) ein Membrangleichdruckregler (3) eingeschaltet ist. .v>

5. Gerät zum selbsttätigen kontinuierlichen Mischen zweier Druckgase nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Differenzdruckkammern (53, 53a), die von einem mit dem Gasmischbehälter (24) verbundenen Gehäuse (64) durch Steuermem- jts branen (54, 60) getrennt sind, die Absperrventile (65, 67 und 66,68) enthalten und die durch eine in einem Lager (63) bewegliche Wippe (59) verbunden sind, wobei die Absperrventile nach Bewegung des Lagers aus der einen, durch einen Magneten (70) oder eine: Vorrichtung mit Schnappcharakteristik unterhalb eines eingestellten Differenzdruckes gehaltenen Endlage — in der die Absperrventile geschlossen sind — durch einen über diesem liegenden Differenzdruck in die andere Endlage — zum öffnen der Ventile — gebracht werden.