DE2918791C2

DE2918791C2 - Umschaltvorrichtung

Info

Publication number: DE2918791C2
Application number: DE2918791A
Authority: DE
Inventors: Heinz 6233 Kelkheim Ginsberg; Gerhard Ing.(grad.) 6000 Frankfurt Weber
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1979-05-10
Filing date: 1979-05-10
Publication date: 1982-06-24
Also published as: CH647310A5; NL8002482A; IT8021842A0; ATA203980A; GB2050577A; GB2050577B; AT381158B; DE2918791A1; FR2456273A1; IT1131437B; FR2456273B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Umschaltvorrichtung zur wechselweisen Entnahme eines flüssigen oder gasförmigen Mediums aus Flaschenbatterien, Behältern oder dgl., bei der die Umschaltung von dem einen auf den anderer Mediumstrom durch da.s Medium selbst mit Hilfe eines beidseitig mit Ventilverschlußteilen versehenen Lmschaltkolbens erfolgt, der auf der Seite des geöffneten Ventils auf seiner ganzen Stirnseite und auf der Seite des geschlossenen Ventils nur auf dem Absperrquerschnitt dieses Ventils von dem Eingangsdruck belastet ist, wobei die den Umschaltkolben aufnehmende Kammer zu beiden Seiten des Umschaltkolbens mit Druckentlastungsventilen und über Rückschlagventile mit zu einer Ausgangsleitung sich vereinigenden Ausgangskanälen verbunden ist.

Eine Umschaltvorrichtung gemäß der vorstehend genannten Gattung ist bereits aus der DE-PS 8 12 139 als bekannt zu entnehmen. Mittels einer solchen Umschaltvorrichtung kann aus einer Flasche (Flaschenbatterie, Behälter od. dgl.) Gas entnommen und einem Verbraucher zugeführt Werden. Kurz vor der Entlee^ rung dieser Flasche schaltet die Umschaltvorrichtung auf die in Reserve zugeschaltete, gefüllte Flasche (Flaschenbatterie od. dgl.) um. Dadurch ist gewährleU stet, daß ohne Betriebsunterbrechung ein kontinuierlicher Gasfluß zum Verbraucher erfolgen kamt.

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 ίο Erfindung vorgeschlagen, daß in der Ausgangsleitur.g ein Druckminderventil angeordnet ist, dessen Hinterdruckbereich mit den beiden Druckentlastungsventilen leitend in Verbindung steht

Hierbei ist es von besonderem Vorteil, wenn der '5 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 Ausgangskanä-Ie mit einer weiteren Kammer verbunden sind, in der ein Hilfskolben verschiebbar vorgesehen ist. Hierbei ist es von besonderem Vorteil, wenn der Hilfskolben als ein Rückschlagventil und zur Betätigung der Druckentlastungsventile ausgebildet ist.

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

In der einzigen Zeichnung ist die erfindungsgemäße Umschaltvorrichtung mit dem Bezugszeichen IO gekennzeichnet. Wie ersichtlich, besitzt diese Umschaltvorrichtung einen, bezogen auf die Vertikalachse, π 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 Kamn.jr 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 St bzw. S11 gekennzeichnet.

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

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.

Um zu verhindern, daß das aus der Flaschenbatterie Bl im Betrieb der Umschaltvorrichtung einströmende Gas in den der Flaschenbatterie SII 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

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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 24 veranschaulicht, ist der Stutzen 16 an seiner Innenseite so gestaltet, da3 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 Miuelabschnitt des Gehäuses 12 über einen weiteren Ringraum 37 mit einer Querbohrung 38 eines weiteren in das Gehäuse eingesunraubten 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 Ventilkolbens 46 mit daran sich anschließender Ventilstange 48 aufweist. In Schließstellung des Dnickentlastungsventiles sitzt der Ventükolben 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. jo

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

In dieser Ausgangsleitung 62 ist erfindungsgemäß ein r, Druckminderer 64 vorgesehen, durch den in an sich bekannter Weise der anliegende Flaschendruck (Vordruck) auf den erforderlichen Arbeitsdruck (Hinter druck) des Verbrauchers V reduziert wird. In dem in Strömungsrichtung des Gases betrachtet dem Druckminderer ^r>4 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 BI an den Verbraucher V angeschlossen, wogegen die Fla^chenbatterie SII in Reserve geschaltet ist. Das aus der Flaschenbatterie BI strömende Gas gelangt Ober 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 Kammer 58, die es über di.^% Ausgangsleitdng 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 &o auch dem Hilfskolben 56 zugeordnet sind.

E>as 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.

Jede Zweigleitung 66 ist mit einem Druckentlastungsventil 42 verbunden, Di 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. Beqingt 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 dem Wert P = ρ χ /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 Arbeitsdruck gewählt wird, desto größer wird auch der Faktor F(- 1).

Wenn im Laufe der Zeit der Flaschendruck BI abnimmt, wird zu einem gewisse' Zeitpunkt dann die Situation erreicht, in der die aut <iie rechte Seite des Ventilkolbens einwirkende Druckkratt kleiner wird als die auf der linken Seite des Ventilkolbens wirksame Druckkraft (an der Stirnseite des Zapfens 3C angreifend) resultierend aus dem Flaschendruck BW, einschlie3!ich 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 ßll einströmende Gas wird nun der Kolben 24 und Hilfskolben 56 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 Druckentlastungsventil 42 verlustfrei über die Zweigleitung 66 dem Verbraucher V zugeführt werden.

Mittels der erfindungsgemäßen Umschaltvorrichtung H es in vorteilhafter Weise möglich, eine Hasche (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 Jiesem 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.

Um eine bestimmte Gasmenge dem Verbraucher zuzuführen — diese ist abhängig von der Durchgangs leistung des Druckminderers (NmVh) — ist eit bestimmter Hinterdrurk erforderlich, der — um die erlorderliche Gasmenge bringen zu können — wiede^r um ein bestimmtes Maß kleiner sein muß, als der Vordruck, so daß der Druckminderer ein ausreichende¹ Druckgefälle von Vor- zu Hinterdruck aufweist.

Diese optimale Umschaltung von der einen Flaschen batterie (BI) a: '. die andere (BW) soll nachstehend an zwei Beispielen erläutert werden:

Beispiel 1

Flaschendruck (Apfangsdruck): p\/₂ — 150 bar
Durchmesser des Kolbens 24: d\ — 2 cm

Durchmesser des Zapfens 30: di — 0,5 cm

IO

Hinterdruck am Druckminderer: pno = 4 bar gesucht: Umschaltdruck: pit = ? bar

aus Ji ergibt sich f\ = 3,14 cm² aus di ergibt sich h = 0,19 cm²

demzufolge ist die Fläche h der Stirnseile 28 ( = Ringfläche h = Λ - h = 2,95 cm²

P₁ =p, x /, = 150 x3,l4 = 471,0daN P₁ = P₂^ Fi= 150 χ 0,19 = 28,5 da N

Pud = Pud x /3 x F= 4 χ 2,95 χ 0,4 = 4,7 da N

(Der Faktor F ist — wie bereits erwähnt — ein Erfahrungswert, der berücksichtigt werden muß, da der Hinterdruck pn_D nicht voll an der Stirnfläche 28 wirksam wird, da ja diese Stirnfläche am Stutzen 16 anjiegt und auch Reibungskräfte nuftreten. Der Faktor F wird bei größerem Hinterdruck ebenfalls entsprechend größer).

Auf der »Umschaltseile« liegt demnach die Gesamtkraft

Beispiel 2

Die Werte p\n, d\ und di bleiben unverändert. Nur der Hinlefd?uckp//D= 16 bar; wobei sich auch der Faktor F auf 0,8 erhöht.

Php = Pun*AXF= 16X2,95X0,8 = 37,7 da N P_t = P₂+ Pud = 285+377 (P₁ am Beispiel 1)
P_t = 66,2 da N

P. 66,2 da N

Pe= P₂+ Pud = 285 + 47
P_g = 332 N

Bedingung für die Umschaltung: P₁ = P₁ (P_s = 332 N s 33,2 da N)

(Pt reduziert sich durch den sinkenden Flaschendruck p\, ausgehend von seinem Ausgangswert = 4710 N, bis er den Wert P_g = 332 N unterschreitet = Umschaltung). Hieraus ergibt sich gemäß P = ρ χ /

35

Pi = Px

/1

33,2 da N .„,. —'- τ- = 10,6 bar

Λ 3.14 cm^J

= 21 bar

25

30

3,14 cm

40

Die Flaschenbatterie Bl kann also bei einem erforderlichen Hinterdruck von 4 bar bis auf einen Flaschendruck pu = 10,6 bar »leergefahren« werden, bis die Umschaltung erfolgt

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

Aus den vorstehenden Beispielen ergibt sich, daß bei steigendem Hinlerdruck 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 vorh?ndenen Bedingungen gewährleistet ist.

Zusammenfassung

Umschaltvorrichtungen (10) dienen dazu, z. B. zwei Flaschenbatterien (Bl. BU) parallel zu schalten und nach der Entleerung der ersten Batterie (B 1) automatisch und ohne Unterbrechung auf die andere Batterie (B II) umzuschalten, so daß ein stetiger Gasfluß zum Verbraucher (V) gewährleistet ist. Aufgabe der Erfindung ist es, die Umschaltvorrichtung (10) so zu konzipieren, daß diese erst bei optimaler Leerung der Flaschenbatterie (Bl) umschaltet Dies wird dadurch gelöst, daß der Hinterdruckbereich des in der Ausgangsleitung (62) vorgesehenen Druckminderers (64) mit der Umschaltvorrichtung (10) rückverbunden ist Auf diese Weise wird der Umschaltdruck in Abhängigkeit vom Arbeitsdruck des Verbrauchers (V) gesteuert, so daß dadurch eine stets optimale Entleerung der Flaschenbatterie (B I, BII) erhalten wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Umschaltvorrichtung zur wechselweisen Entnahme eines flüssigen oder gasförmigen Mediums aus Flaschenbatterien, Behältern od. dgl_n bei der die Umschaltung von dem einen auf den anderen Mediumstrom durch das Medium selbst mit Hilfe eines beidseitig mit Ventilverschlußteilen versehenen Umschaltkolbens erfolgt, der auf der Seite des geöffneten Ventils auf seiner ganzen Stirnseite und auf der Seite des geschlossenen Ventils nur auf dem Absperrquerschnitt dieses Ventils von dem Eingangsdruck belastet ist, wobei die den Umschaltkolben aufnehmende Kammer zu beiden Seiten des Umschaltkolbens mit Druckentlastungsventilen und über Rückschlagventile mit zu einer Ausgangsleitung sich vereinigenden Ausgangskanäle verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ausgangsleitung (62) ein Druckminderventil (64) angeordnet ist, dessen Hinterdruckbereich mit den beiden Drückcntlastungsvcntücn (42) leitend in Verbindung steht.

2. Umschaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangskanal (36) mit einem Ringraum (34) verbunden ist, der zwischen einem Stutzen (16) für den 7uführkanal (20) und der Stirnseite (28) des in seiner jeweiligen Schließstellung befindlichen Kolbens (24) gebildet ist.

3. Umschaltvorrichtung nach Anspruch 1 und/ oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ausgangsl -Miale (36) mit einer weiteren Kammer (58) verbunden sind, in der ein die Rückschlagventile (54) tragender Hilfskolben (36) verschiebbar vorgesehen ist.

4. Umschaltvorrichtung naen einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskolben (56) zur Betätigung der Druckentlastungsventile (42) ausgebildet ist.