DE2918791A1

DE2918791A1 - Umschaltvorrichtung

Info

Publication number: DE2918791A1
Application number: DE19792918791
Authority: DE
Inventors: Heinz Ginsberg; Gerhard Ing Grad Weber
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1979-05-10
Filing date: 1979-05-10
Publication date: 1980-11-13
Also published as: GB2050577A; DE2918791C2; NL8002482A; IT8021842A0; FR2456273A1; CH647310A5; AT381158B; IT1131437B; GB2050577B; FR2456273B1; ATA203980A

Description

üitischaltvorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Umschaltvorrichtung zur wechselweisen Entnahme eines flüssigen oder gasförmigen Mediums aus Flaschenbatterien, Behälter oder dergleichen, bei der die Umschaltung von dem einen auf dem anderen Mediumstrom durch das Medium selbst erfolgt, mit einer einen Kolben aufnehmenden Kammer, der Zuführkanäle sowie sich in einer gemeinsamen Leitung vereinigende Ausgangskanäle zugeordnet sind, sowie mit der Kammer verbundene Druckentlastungsventile und wenigstens einem Rückschlagventil.

Eine Umschaltvorrichtung gemäß der vorstehend genannten Gattung ist bereits aus der DE-PS 812 139 als bekannt zu entnehmen. Mittels einer solchen Umschaltvorrichtung kann aus einer Flasche (Flaschenbatterie, Behälter od. dgl.)

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Gas entnommen und einem Verbraucher zugeführt werden. Kurz vor der Entleerung dieser Flasche schaltet die Umschaltvorrichtung auf die in Reserve zu,geschaltete, gefüllte Flasche (Flaschenbatterie od. dgl.) um. Dadurch ist gewährleistet, daß ohne Betriebsunterbrechung ein kontinuierlicher Gasfluß zum Verbraucher erfolgen kann.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Umschaltvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches so zu konzipieren, daß die Umschaltung der Vorrichtung in Abhängigkeit vom Arbeitsdruck des Verbrauchers erfolgt, so daß dadurch eine stets optimale Entleerung der jeweils angeschlossenen Flaschenbatterie gewährleistet ist.

Zur Lösung der genannten Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß in der Ausgangsleitung ein Druckminderer angeordnet ist, dessen Hinterdruckbereich über eine Zweigleitung mit dem Druckentlastungsventil verbunden ist.

Gemäß der Erfindung ist hierbei vorgesehen, daß jede Zweigleitung über das Druckentlastungsventil mit einem der Ausgangskanäle verbunden ist.

Hierbei ist es von besonderem Vorteil, wenn der Ausgangskanal (Hinterdruckraum des Reglers) mit einem Ringraum verbunden ist, der zwischen einem Stutzen für den Zuführkanal und der Stirnseite des in seiner jeweiligen Schließstellung befindlichen Kolbens gebildet ist.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß die beiden Ausgangskanäle mit einer weiteren Kammer verbunden sind, in der ein Hilfs-

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kolben verschiebbar vorgesehen ist. Hierbei ist es von besonderem Vorteil, wenn der Hilfskolben als ein Rückschlagventil und zur Betätigung der Druckentlastungsventile ausgebildet ist.
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Schließlich ist es noch vorteilhaft, wenn zur Abdichtung sowohl des Kolbens als auch des Hilfskolbens Radialdichtungen vorgesehen sind.

Die nachstehende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Umschaltvorrichtung dient im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung der weiteren Erläuterung.

In der einzigen Zeichnung ist die erfindungsgemäße Umschaltvorrichtung mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet. Wie ersichtlich, besitzt diese Umschaltvorrichtung einen, bezogen auf die Vertikalachse, symmetrischen Aufbau, so daß es ausreichend ist, wenn nur eine Hälfte dieser Vorrichtung nachstehend beschrieben wird.

Wie in der Zeichnung dargestellt, weist die Umschaltvorrichtung 10 ein Gehäuse 12 auf, in deren oberen Bereich eine zylindrische Kammer 14 angeordnet ist. Die offene Endseite der Kammer 14 ist durch einen Stutzen 16 verschlossen, der in eine Gewindebohrung 18 des Gehäuses 12 gasdicht eingeschraubt ist. Der Stutzen 16 ist mit einer Gasleitung 20 verbunden, die zu der (nicht dargestellten) Flaschenbatterie oder einem sonstigen Gasbehälter führt. Die Flaschenbatterie ist symbolisch in der Zeichnung durch die Bezeichnung B I bzw. B II gekennzeichnet.

Die Gasleitung 20 und damit die Flaschenbatterie ( B I oder B II) steht über eine zentrische Durchgangsbohrung 22 im Stutzen 16 mit der Kammer 14 in Verbindung.

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Die von den beiden Stutzen 16 links und rechts im Gehäuse 12 begrenzte Kammer 14 dient zur Aufnahme und Führung eines Kolbens 24, dessen Verschiebeweg innerhalb der Kammer 14 durch die beiden Stutzen 16 definiert ist. 5

Um zu verhindern, daß das aus der Piaschenbatterie B I im Betrieb der Umschaltvorrichtung einströmende Gas in den der Flaschenbatterie B II zugeordneten Bereich der Kammer 14 gelangt, ist der Kolben 24 an seiner Peripherie mit radialen Dichtringen 26 ausgestattet, durch welche die Kammer 14 in zwei gegeneinander abgedichtete Kammerbereiche unterteilt wird.

An der Stirnseite 28 des Kolbens 24 ist zentrisch ein Zapfen 30 vorgesehen, der je nach Stellung des Kolbens 24 in der Kammer 14 von der entsprechenden Durchgangsbohrung 22 des Stutzens 16 (links oder rechts) gasdicht aufgenommen ist. In die Wandung der Durchgangsbohrung 22 eingelassene Radialdichtringe 32 gewährleisten bei der Eingriffsstellung des Zapfens 30 in der Durchgangsbohrung 22 eine gasdichte Absperrung der Gasleitung 20 gegenüber der Kammer 14.

Wie insbesondere durch die linke Stellung des Kolbens veranschaulicht, ist der Stutzen 16 an seiner Innenseite so gestaltet, daß dieser in Verbindung mit der Stirnseite 28 und insbesondere hier mit deren abgefasten Außenbereich einen Ringraum 34 bildet. Der Ringraum 34 steht über eine Ausgangsleitung 36 im Mittelabschnitt des Gehäuses 12 über einen weiteren Ringraum 37 mit einer Querbohrung 38 eines weiteren in das Gehäuse eingeschraubten Gewindestutzens 40 in Verbindung. Dieser Gewindestutzen dient zur Aufnahme eines Druckentlastungsventiles 42, welches an sich bekannten Aufbaues ist und in seinem Innenraum einen von einer Feder 44 belasteten

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Ventilkolbens 46 mit daran sich anschließender Ventilstange 48 aufweist. In Schließstellung des Druckentlastungsventiles sitzt der Ventilkolben 46 auf einem Ventilsitz 50 auf, wie dies rechts dargestellt ist.

Die Ventilstange 48 des Druckentlastungsventiles 42 ragt in eine Mittelbohrung 52 des Gewindestutzens 40. Diese Mittelbohrung ist in ihrem austrittsseitigen Bereich aus dem Gewindestutzen erweitert und dient zur Aufnahme eines Zapfens 54 eines Hilfskolbens 56, der in einer zweiten Kammer 58 des Gehäuses 12 gleitverschiebbar angeordnet ist.

Von der in ihrer Größe durch die Gewindestutzen 40 definierte zweite Kammer 58 gehen noch zwei Stichbohrungen 60 aus, die sich zur Bildung einer gemeinsamen Ausgangsleitung 62 vereinigen.

In dieser Ausgangsleitung 62 ist erfindungsgemäß ein Druckminderer 64 vorgesehen, durch den in an sich bekannter Weise der anliegende Flaschendruck (Vordruck) auf den erforderlichen Arbeitsdruck (Hinterdruck) des Verbrauchers V reduziert wird. In dem in Strömungsrichtung des Gases betrachtet, dem Druckminderer 64 nachgeordneten Teil 62a der Ausgangsleitung 62 ist eine Zweigleitung 66 vorgesehen, die gemäß der Erfindung mit den beiden Druckentlastungsventilen 42 verbunden ist.

In der gezeichneten Stellung der Umschaltvorrichtung ist die Flaschenbatterie B I an den Verbraucher V angeschlossen, wogegen die Flaschenbatterie B II in Reserve geschal tet ist. Das aus der Flaschenbatterie B I strömende Gas gelangt über die Durchgangsbohrung 22 und die Kammer 14 in die Ausgangsleitung 36 und von dort über Ringraum 37 und Querbohrung 38 (des Gewindestutzens 40) in die zweite

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die es über die Ausgangleitung 60 und 62 verläßt. Der Hilfskolben 56 steht in seiner linken Schließstellung und verhindert - als ein Rückschlagventil wirkend - ein Zurückströmen des Gases über die linke Stichbohrung 60 in den linken geschlossenen Schaltbereich der Umschaltvorrichtung 10. Die gasdichte Absperrung dieses linken Schaltbereiches erfolgt durch die Radialdichtringe 26, 32, die nicht nur dem Kolben 24, sondern auch dem Hilfskolben 56 zugeordnet sind.

Das dem Verbraucher V zugeführte Gas wird durch den Druckminderer 64 auf den erforderlichen Arbeitsdruck (=Hinterdruck) reduziert. Dieser Arbeitsdruck herrscht somit im Leitungsteil 62a und damit auch in der Zweigleitung 66 vor.

Erfindungsgemäß ist die Zweigleitung 66 mit dem Druckentlastungsventil 42 verbunden. Da im vorliegenden Falle das linke Ventil 42 geöffnet ist, gelangt das auf den Arbeitsdruck entspannte Gas über die Kanäle 52, 38, 36 in den Ringraum 34, so daß dort an der (linken)Stirnseite 28 des Kolbens 24 ebenfalls der Arbeitsdruck herrscht. Bedingt durch die Oberflächenbeschaffenheit der aneinander liegenden Stirnfläche des Stutzens 16 und der Stirnseite 28 des Kolbens gelangt auch Gas in diesen "Zwischenraum". Der im Bereich des Ringraumes 34 und des "Zwischenraumes" vorhandene Druck entspricht in seiner Größe dem in der Zweigleitung 66 herrschenden Arbeitsdruck (Hinterdruck). Die durch den Hinterdruck erzeugte Druckkraft entspricht nicht den\Wert P=p χ f sondern ist um den Faktor F (*^1) reduziert. Durch den Faktor F wird berücksichtigt, daß der Druck auf Grund der Oberflächenbeschaffenheit der Stirnfläche nicht auf der ganzen Stirnfläche angreifen kann und beinhaltet gleichzeitig Reibungskräfte. Je höher aber der Arbeits-

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druck gewählt wird, desto größer wird auch der Faktor F (-> 1) .

Wenn im Laufe der Zeit der Flaschendruck B I abnimmt, wird zu einem gewissen Zeitpunkt dann die Situation erreicht, in der die auf die rechte Seite des Ventilkolbens einwirkende Druckkraft kleiner wird als die auf der linken Seite des Ventilkolbens wirksame Druckkraft ( an der Sitnseite des Zapfens 30 angreifend), resultierend aus dem Flaschendruck B II, einschließlich der weiterhin an der Stirnseite 28 angreifenden Druckkraft, resultierend aus dem Arbeitsdruck/Hinterdruck. Beim überwiegen dieser Gesamtkraft erfolgt"also die Umschaltung von Flaschenbatterie B I auf B II. Durch das aus B II einströmende Gas wird nun der Kolben 24 und Hilfskolben in seine rechte Endstellung bewegt. Der Hilfskolben in rechter Endstellung, ebenfalls als Rückschlagventil wirkend, verhindert auch hier ein Zurückströmen des Gases in die rechten Kanäle 52,38,36. Das umschaltungsbedingt auf der rechten Seite verbleibende Restgas kann durch das vom Hilfskolben 56 geöffnete Druckentlastungsventxl 42 verlustfrei über die Zweigleitung 66 dem Verbraucher V zugeführt werden.

Mittels der erfindungsgemäßen Umschaltvorrichtung ist es in vorteilhafter Weise möglich, eine Flasche (Flaschenbatterie, Behälter od. dgl.) optimal zu entleeren, ehe die Umschaltung von der gerade geleerten auf die noch volle Flasche erfolgt.

Eine optimale Entleerung heißt in diesem Falle nicht, daß aus der Flasche das Gas fast völlig entnommen wird. Vielmehr ist das Maß der Entleerung abhängig vom Arbeitsdruck am Verbraucher (Hinterdruck) und vor allem auch von der benötigten Gasmenge/h.

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Um eine bestimmte Gasmenge dem Verbraucher zuzuführen, dies ist abhängig von der Durchgangsleitung des Druckminderers /Nm³/h), ist ein bestimmter Hinterdruck erforderlich, der - um die erforderliche Gasmenge bringen zu können - wieder um ein bestimmtes Maß kleiner sein muß, als der Vordruck, so daß der Druckminderer ein ausreichendes Druckgefälle von Vor- zu Hinterdruck aufweist.

Diese optimale Umschaltung von der einen Flaschenbatterie (B I) auf die andere (B II) soll nachstehend an zwei Beispielen erläutert werden:

Beispiel 1

Flaschendruck (Anfangsdruck): Durchmesser des Kolbens 24: 15 Durchmesser des Zapfens 30:

Hinterdruck am Druckminderer: gesucht: Umschaltdruck:

aus d₁ ergibt sich f₁ = 3,14 cm

20 aus d₂ ergibt sich f₂ = 0,19 cm

demzufolge ist die Fläche f., der Stirnseite 28 (= Ringfläche) f₃ = f-, - f₂ = 2,95 cm²

P₁ = P₁ χ f = 150 χ 3,14 =471,0 da N P₂ = p₂ χ f₂ = 150 χ 0,19 =28,5 da N

^PHD ^{= P}HD ^{X f}3 ^{xF= 4 x 2}'^{95 x} °'⁴ =⁴'⁷ da N

(Der Faktor F ist - wie bereits erwähnt - ein Erfahrungswert, der berücksichtigt werden muß, da der Hinterdruck P_HD nicht volx an der Stirnfläche 28 wirksam wird, da ja diese Stirnfläche am Stutzen 16 anliegt und auch Reibungskräfte auftreten. Der Faktor F wird bei größerem Hinterdruck ebenfalls entsprechend größer).

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^P1/2 -	150	bar
^d1 ⁼	2	cm
^d2 ⁼	0	,5 cm
^PHD ⁼	4	bar
	ρ	bar

Auf der "Umschaltseite" liegt demnach die Gesamtkraft

^Pg ^{= P}2 ^{+ P}HD ^{= 285 +} P = 332 N an.

Bedingung für die Umschaltung;

P = P₁ (P= 332 N = 33,2 da N )

(P- reduziert sich durch den sinkenden Flaschendruck P₁, ausgehend von seinem Ausgangswert = 4710 N, bis er den Wert P = 332 N unterschreitet = Umschaltung).

Hieraus ergibt sich gemäß P = ρ χ f

P 33,2 da N

^PU ⁼ Pi ⁼ ff- = ⁼ 10,6 bar

Die Flaschenbatterie B I kann also bei einem erforderlichen Hinterdruck von 4 bar bis auf einen Flaschendruck p_ö = 10,6 bar "leergefahren" werden, bis die Umschaltung erfolgt.

Beispiel 2 25

Die Werte P_1/?, d₁ und d~ bleiben unverändert. Nur der Hinterdruck p„ =16 bar; wobei sich auch der Faktor F auf 0,8 erhöht.

P_HD = p_HD x f₃ x F = 16 χ 2,95 x 0,8 = 37,7 da N

P = ρ + ρ = 285 + 377 (P-, am Beispiel 1) g Z HD ^

P = 66,2 da N

^Pg_ ,
^p1 ⁼ f7 ⁼ 3714

^Pg_ 66,2 da N _o1 , ⁼ f7 ⁼ 3714 - ^{= 21 bar}

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Bei einem Hinterdruck von 16 bar erfolgt nun die Umschaltung bei P₀ = 21 bar.

Aus den beiden vorstehenden Beispielen ergibt sich, daß bei steigendem Hinterdruck dessen Differenz zum Umschaltdruck geringer wird.

Durch die erfindungsgemäße Steuerung der Umschaltvorrichtung ist somit in vorteilhafter Weise sichergestellt, daß in Abhängigkeit vom jeweils gewählten bzw. erforderlichen Hinterdruck (=Arbeitsdruck am Verbraucher) die Umschaltung von der einen zur anderen Flaschenbatterie durch die Größe des Hinterdruckes "mitbestimmt" wird, so daß stets eine optimale Entleerung der Flasche od. dgl. bei den jeweils vorhandenen Bedingungen gewährleistet ist.

Ffm., 21.03.1979
St/Hi

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Claims

Patentansprüche

( 1. JUraschaltvorrichtung zur wechselweisen Entnahme eines flüssigen oder gasförmigen Mediums aus Flaschenbatterien, Behälter oder dergleichen, bei der die Umschaltung von dem einen auf den anderen Mediumstrom durch das Medium selbst erfolgt, mit einer einen Kolben aufnehmenden Kammer, der Zuführkanäle sowie sich in einer gemeinsamen Leitung vereinigende Ausgangskanäle zugeordnet sind, sowie mit der Kammer verbundene Druckentlastungsventile und wenigstens einem Rückschlagventil,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Ausgangsleitung (62) ein Druckminderer (64) angeordnet ist, dessen Hinterdruckbereich über eine Zweigleitung (66) mit dem Druckentlastungsventil (42) verbunden ist.
2. Umschaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß jede Zweigleitung (66) über das Druckentlastungsventil (42) mit einem der Ausgangskanäle (36) verbunden ist.
3. Umschaltvorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der Ausgangskanal (36) mit einem Ringraum (34) verbunden ist, der zwischen einem Stutzen (16) für den Zuführkanal (20) und der Stirnseite (28) des in seiner jeweiligen Schließstellung befindlichen Kolbens (24) gebildet ist.
4. Umschaltvorrichtung nach Anspruch 1, 2 und/oder 3 dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Ausgangskanäle (36) mit einer weiteren

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Kammer (58) verbunden sind, in der ein Hilfskolben (56) verschiebbar vorgesehen ist.
5. Umschaltvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß der Hilfskolben (56) als ein Rückschlagventil und zur Betätigung der Druckentlastungsventile (42) ausgebildet ist. 10
6. Umschaltvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdichtung sowohl des Kolbens(24) . als auch des Hilfskolbens (56) Radialdichtungen (32) vorgesehen sind.

Pfm., 21.03.1979 St/Hi MG 1182

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