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nDruckmindervorrichtung Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckminderventil,
das insbesondere zur Verwendung an Hochdruckgasbehältern, beispielsweise Sauerstoffiaschen,
geeignet ist.
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Wesentlicher Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines Druckminderers,
der einfacher und billiger in der Herstellung ist als bisher bekannte Druckminderer.
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Die Erfindung bezweckt ferner die Schaffung eines hochwirksamen gedrängten
Druckreglers, der beispielsweise zusammen mit einem Hochdrucksauerstoffbehälter
verwendbar ist, um die Kombination des Niederdruckelementes mit einem Gas, etwa
Azetylen, Propan oder mit anderen zum Schweißen, Löten und dergleichen geeigneten
Gasen zu ermöglichen. Durch die Erfindung sollen die Anschaffungskosten einer Schweiß-
oder Löteinrichtung so gesenkt werden, daß sie für den Heimwerker erschwinglich
sind.
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Es ist außerdem Ziel der Erfindung, ein Gerät zu schaffen, das einen
Druckregler und ein Hochdruck-AL>schluß-Fitting umfaßt, welches
als
Hals einer Druckflasche anbringbar ist, wobei der Druckregler dazu bestimmt ist,
mit dem Fitting so zusammenzuarbeiten, daß letzteres geöffnet wird, wenn der Regler
zur abgabe des Mediums bei einem vorbestimmten niederen Druck eingestellt wird.
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Die Erfindung bezweckt des weiteren die Schaffung einer Vorrichtung,
die für die Sauerstoff-Gasschweißungs-Einrichtung geeignet und in ihrer Druckregulierung
hinreichend genau ist, um den Anforderungen des gelegentlichen im Unterschied des
berufsmäßigen Benutzers zu genügen und die zugleich in Konstruktion und Arbeitsweise
hinreichend robust ist, um ihre Wiederverwendung an anderen Hochdruckbehältern mit
verschieden hohen Drücken ohne Gefährdung des Benutzers zu gewährleisten.
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Weitere Ziele und Vorteile sind in der nachstehenden Beschreibung
der Zeichnung erläutert, die ein Ansführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht.
Es zeigen: Fig. 1 in auseinandergezogenem Zustand den Hochdruck-Gas-Behälter, das
zugehörige Auslaßfitting mit Kappe und den mit dem Auslaßfitting verbindbaren Regler,
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 i zusammengesetzten Ärbeits-Zustand,
Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 2.
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Die Erfindung ist zur Verwendung an Hochdruckquellen, beispielsweise
der Druckgasflasche 1 bestimmt, die einen Hals 2 mit Innengewinde 3 besitzt. In
dieses ist das eine Ende eines Auslaßfittings 4 geschraubt, das eine zentrische
Bohrung 5 und koaxial dazu eine engere Bohrung 6 aufweist. Zwischen diesen Bohrungen
ist ein Sitz 7 für eine Kugel 8 vorgesehen, die von der Druckfeder 9 stets gegen
den Sitz 7 gedrückt wird. Das der Kugel 8 gegenüberliegende Ende der Druckfeder
9 stützt sich auf dem Nippel 10 ab,
der in das Einlaßende der Bohrung
5 eingeschraubt ist und einen mittigen Durchlaß 11 aufweist, durch welchen das Hochdruckmedium
aus der Druckgasflasche 1 in die Bohrungen 5, 6 gelangt.
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Innerhalb der engeren Bohrung 6 des Fittings 4 wird der zylindrische
Abstandstift 15, der einige tausendstel Millimeter enger im Durchmesser ist, gleitbeweglich
geführt. Er trennt die Kugel 8 von einer zweiten, dünneren Kugel 16, die am Sitz
17 anliegt.
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Vom Sitz 17 ausgehend ist eine noch engere Bohrung 18 vorgesehen,
durch welche das Druckmedium zu dem Druckregler 20 gelangt. Wie später erläutert
wird, ist das Hochdruckmedium in der Druckgasflasche 1 normalerweise durch die Kugeln
8, 16, welche durch die Feder 9 und den sehr hohen Druck in der Bohrung 5 gegen
ihre Sitze gepreßt werden, abgesperrt. Selbstverständlich muß der Abstandstift 15
genau abgelängt sein, um das gleichzeitige Anliegen beider Kugeln an ihren Sitzen
zu erreichen. Allerdings wird der ausserordentlich hohe Druck, der auf die Kugelsitze
ausgeübt wird, auch Jede Ungenauigkeit ausgleichen, insbesondere wenn die Kugeln
8, 16 und der Abstandstift 15 aus sehr hartem Material, wie gehärtetem Stahl, und
die Kugelsitze aus verhältnismäßig weicherem Material, wie Messing oder Aluminium,
gefertigt sind. Die Verwendung zweier Kugeln bewirkt ein starkes Ansteigen der Drosselung
innerhalb beschränkter Grenzen.
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Der Druckregler 20 weist ein längliches Gehäuse 21 auf, dessen Querschnitt
nicht kreisförmig, sondern beispielsweise sechskantig ist, um das Aufschrauben auf
das Fitting 4 zu erleichtern, das vorzugsweise ähnlichen Querschnitt für das Ansetzen
eines Schraubenschlüssels besitzt. Am Fitting 4 ist Außengewinde 23 vorgesehen,
über welches das Gehäuse 21 lösbar mit dem Fitting 4 verbindbar ist, wie dies Fig.
2 zeigt. Das mit dem Regler 20 zu verbindende Ende des Fittings 4 weist eine plane
StirnfLäche 24 auf, die im zusammengebauten Zustand der Teile 4 und 20 gegen den
Grund 25 der Gewindeausnehsung 26 sich anlegt, in der das Fitting 4 aufgenolon wird.
Zur Erzielung eines Dichtabschlusses
ist im Grund 25 des Reglers
21 eine kreisringförmige Nut 28 vorgesehen, in die ein 0-Ring 29 eingesetzt ist,
welcher die Verbindung gegen Leckverluste abdichtet.
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In axialer Flucht zur Außenbohrung 18 des Fittings 4 ist im Gehäuse
21 koaxial zur Zentralachse desselben eine etwas weitere Bohrung 30 vorgesehen.
Diese Bohrung 30 bildet einen zentrischen Durchlaß, der am inneren Ende in eine
erweiterte zylindrische Bohrung 31 übergeht, die einen Kolben 32 gleitbeweglich
aufnimmt. Kolbenleckverluste werden durch 0-Ringe 33, 34 verhindert.
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Am Außenende des Gehäuses 21 ist dieses mit einem Schraubkopf 36 versehen,
der in das freie Ende der Zylinderbohrung 31 eingeschraubt ist.
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Der Schraubkopf 36 weist eine zentrische Bohrung 40 auf, in die eine
Druckfeder 41 eingesetzt ist, welche den Kolben 32 in Richtung zum Fitting 4 drückt.
Die Druckfeder 41 stützt sich mit dem äußeren Ende an einem Zapfen 42 ab, der schraubend
über das Gewinde 43 Justierbar ist und vornehmlich einen Innensechskant zur Aufnahme
eines Schlüssels besitzt. Die von der Feder 41 auf den Kolben 32 ausgeübte Kraft
kann durch Verschrauben des Zapfens 42 eingestellt werden.
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Der Kolben 32 weist eine Verlängerung 46 auf, die vorzugsweise aus
gehärtetem Material, wie Stahl, besteht und gasdicht in den Kolben 32 eingesetzt
ist. Die Verlängerung 46 erstreckt sich in die Bohrung 30 und ist einige tausendstel
Millimeter schmaler im Durchmesser als die Bohrung 30, so daß im Ringraum, der die
Verlängerung 46 umgibt und in die Zylinderbohrung 31 führt, eine Drosselwirkung
entsteht. Am äußeren Ende ist die Verlängerung 46 im Durchmesser reduziert, so daß
ein freies Ende 47 entsteht, das mit unbehinderter Gleitbeveglichkeit in der Bohrung
18 des Fittings 4 aufgenoalnen wird. Durch Verschrauben des mit Gewinde 43 versehenen
Zapfens 42 kann die Kraft der Feder 41 so eingestellt
werden, daß
das aus den Teilen 8 und 16 gebildete Ventil geöffnet ist, wenn die Bewegung des
Kolbens 32 ausreicht, damit das freie Ende 47 der Verlängerung 46 auf die Kugel
16 drückt.
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Es sei noch festgehalten, daß die Ringräume um die Kugeln 8 und 16
ebenso wie der Ringraum zwischen dem Abstandstift 15 und der Bohrung 6 ein Drosseln
des Hochdruckgases bewirken.
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Zwischen den Enden der Bohrung 30 ist diese von einem Auslaß 50 (Fig.
3) angeschnitten, in welchen das gedrosselte Medium vom Ringraum zwischen der Verlängerung
und der Bohrung 30 gelangt.
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Der Auslaß 50 ist zur Bildung eines Sitzes 51 erweitert, der mit der
Nadelspitze eines Nadelventils 52 zusammenwirkt, das geschlossen sein möge. Dem
Nadelventil 52 gehört eine Schraube an, die über Gewinde in einer Muffe 53 gesichert
ist, die ihrerseits in einer Gewindeausnehmung 54 im Gehäuse 21 eingeschraubt ist.
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Das Gewinde an der Schraube 52 braucht sich nur über einen Teil ihrer
Gesamtlänge zu erstrecken, so daß das innere Schraubenende zylindrisch ist und über
einen 0-Ring 56 in der Muffe 53 abgedichtet wird.
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Mit dem erweiterten Teil des Auslasses 50 ist ein Auslaß 58 verbunden,
der als Auslaß für das druckgeminderte Medium dient und an welchen eine geeignete
Leitung 60 anschließt, die im Gehäuse 21 gesichert ist, wie am besten aus Fig. 3
ersichtlich ist. Die Leitung 60 führt das druckgeminderte Medium beispielsweise
an ein Schweißgerät oder an ein anderes mit ihr verbundenes Gerät.
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Es sei festgehalten, daß der Druck in der Zylinderbohrung 31 im wesentlichen
der gleiche ist wie im Auslaß 50, und es wäre möglich, das innere Ende der Zylinderbohrung
31 mit dem Auslaß zu verbinden. Die gezeigte Ausführung ist allerdings günstiger,
weil das zusätzliche Material des Gehäuses 21, das die Bohrung 30 umgibt, mehr Platz
zum Anbringen des Auslasses nach Fig. 3 bietet.
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Wenn das Niederdruckmedium ausgelassen werden soll, dann bedarf
es
nur des Einwärtsschraubens des Gewindezapfens 42, 43,bis das durch die Kugeln 8,
16 verschlossene Ventil geöffnet wird, so daß das Hochdruckmedium in die Bohrung
30 gelangt und der vorerwähnten Drosselwirkung unterworfen wird. Es sei vermerkt,
daß der Mediumsdruck auf den Kolben 32 gegen die Kraft der Feder 41 wirkt, die das
Auswärtsbewegen des Kolbens 32 bedingt, bis das Ventil und Fitting 4 schließen.
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Entnahme von Niederdruckgas durch Öffnen des Nadelventiles 51 wird
sich in einem leichten Druckrückgang in der Zylinderbohrung 31 auswirken, so daß
das Ventil im Fitting 4 wieder öffnen kann.
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Durch Justieren des Gewindezapfens 42, 43 kann Jedoch ein Gleichgewichtszustand
eingestellt werden, in welchem die Kugeln 8, 16 genügend weit von ihren Sitzen entfernt
sind, um die gewünschte Mediumsmenge zu liefern, die beim Drosseln auf den Kolben
32 so wirkt, daß dieser im Gleichgewicht gegenüber den nicht auf ihren Sitzen befindlichen
Kugeln 8, 16 bleibt.
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Wenn die Gasentnahme nicht mehr notwendig ist, bedarf es nur des Schließens
des Nadelventils 52, und die Einrichtung ist zu weiterem Gebrauch wieder bereit.
Wenn anderseits der Regler 20 und das Fitting 4 getrennt werden sollen, dann braucht
der Gewindezapfen 42, 43 nur zurückgeschraubt werden, was das Schließen des Ventils
im Fitting 4 bewirkt. Nach dem Abtrennen des Reglers 20 vom Fitting 4 befindet sich
noch eine kleine Menge Niederdruckmedium im Gehäuse 21. Da die beiden Teile aber
unverschraubt sind, liegt der O-Ring 29 nicht mehr auf der Stirnfläche 24 des Fittings
4, wodurch dem Gas ermöglicht wird, entlang des Gewindes 23 zu entweichen.
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Es kann noch eine Sicherung erreicht werden, indem das Gewinde 23
so lang bemessen wird, daß auch bei einen Unterlassen des Zurückdrehens des Gewindezapfens
42, 43 durch die Bedienungsperson beim Abschrauben des Reglers 20 vom Fitting 4
die Kugeln 8, 16 vor dem völligen Lösen des Gewindes 23 in ihre Schließlage gedrückt
werden.
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Es ist ersichtlich, daß die koaxiale Anordnung aller Teile zu einem
preisgünstigen robusten Druckminderer führt, der hinreichend einfach gestaltet werden
kann, um das Fitting 4 mit der Flasche 1 zusammenzuhalten, wenn dies gewünscht wird.
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Bevor das Druckregulierteil 20 mit dem Fitting 4 zusammengebaut wird,
kann dessen Außengewinde während des Transportes und der Handhabung mittels einer
Kappe 62 (Fig. 1) geschützt werden. In diesem Fall ist es günstig, zwischen der
Kappe 62 und dem Fitting 4 eine O-Ring-Dichtung für den Fall etwaiger Leckverluste
an den Kugeln 8, 16 vorzusehen.
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Wie zuvor ausgeführt wurde, ist zwischen der Verlängerung 47 und der
Bohrung 18 unbehinderte Freiheit vorgesehen, so daß beim Zusammenbau die Verlängerung
47 mit Sicherheit in die Bohrung 18 trotz des Spiels zwischen Gewinde 23 und Gewindeausnehmung
26 tritt. Aus diesem Grunde wird, wenn überhaupt, eine geringe Drosselung um die
Verlängerung 47 erfolgen. Die Drosselung, die stattfindet, ist daher nach den Kugeln
8, 16, dem Abstandstift 15 und der Verlängerung 46.
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Für das Ergebnis, das die Erfindung erbringt, ist die Verwendung zweier
Kugeln im Fitting 4 außerordentlich wichtig, weil eine verhältnismäßig hohe Drosselung
und eine große Druckminderung auf kleinem Raum erfolgen. Obwohl es den Anschein
hat, daß das gleichzeitige Anlegen und Abheben der Kugeln an ihre Sitze bzw.
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von ihren Sitzen herstellungsmäßig Schwierigkeiten macht, zeigt die
Praxis, daß sorgfältiges Messen und Anpressen der Kugeln mit relativ großer Kraft
doch verhältnismäßig einfach zu dem gewünschten Ergebnis führt. Wie bereits erwähnt
wurde, unterstützt dabei die Verwendung von relativ weichem Material, wie Messing
und Aluminium, für die Sitze das Erreichen des gewünschten Ergebnisses.
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Die beiden Kugeln 8, 16 und der dicht zwischen ihnen befindliche
Abstandstift
15 bilden gleichsam ein einziges Bauteil mit einer etwas komplexen Form, das ebenfalls
verwendet werden könnte, um die kombinierten Vorteile zu erhalten, die mehrere Sitzflächen
bilden,und um die Drosselvorteile mehrerer genau definierter Öffnungen und Ringräume
in Serien zu erhalten, die axial zwischen der Hochdruckquelle und dem für den Niederdruck
verantwortlichen Element liegen. Das funktionale Wesen ist, daß während des Mediumsdurchflusses
die Druckminderung an den Öffnungen verantwortlich ist für die Stellung des Niederdruck-Fühler-Elementes,
und die Druckminderung durch den unveränderlichen Ringraum ist verantwortlich für
den Durchflußanteil. Infolgedessen wird eine genaue Kontrolle einer großen Gesamtdruckminderung
mit einem verhältnismäßig kleinen Niederdruck-Fühlerelement erreicht. Die Durchflußmenge
für die dem Regler folgende Anwendung wird so leicht eingestellt und danach konstant
gehalten und zwar ohne weiteres Justieren des Gewindezapfens 42/43 oder des Nadelventils
52.
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Welches Venting auch immer für den Raum gefordert wird, in welchem
die Feder 41 aufgenommen wird, es wird durch Leckage hinter dem Gewinde des Schraubkopfes
36 und das Gewinde 43 ermöglicht.