DE3000949A1

DE3000949A1 - Einrichtung und verfahren zur erzeugung eines eichgasgemisches sowie ventilanordnung hierfuer

Info

Publication number: DE3000949A1
Application number: DE19803000949
Authority: DE
Inventors: Donald P Mayeaux; Paul H Mayeaux
Original assignee: BI M INSUTRUMENT CO
Current assignee: BI M INSUTRUMENT CO
Priority date: 1979-01-26
Filing date: 1980-01-12
Publication date: 1980-08-28
Also published as: GB2040715A; NL8000500A; GB2103951A; FR2447222A1; GB2103951B; FR2447222B1; GB2040715B

Description

Dipt. ing. B. KOJLSSH

-aa-YiltliSER - 02IiAiSSB I4

SDOO AUOSBUIiG

5Ι64Ϊ6

KE-i:x bus r, ο a p-.:ci α

P. 130

Augsburg, den 3. Januar 198θ

Bi-M Instrument Co., Inc.

Post Office Box 42283 Houston, Texas 77042, V.St.A.

Einrichtung und Verfahren zur Erzeugung eines Eichgasgeraisches sowie Ventilanordnung hierfür

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren sowie eine Ventilanordnung zur Erzeugung eines Eichgasgemisches bestimmter Zusammensetzung aus einer Anzahl von jeweils gesondert zugeführten Gasen, insbesondere für analytische Instrumente.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aus einer

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Anzahl von jeweils gesondert in genau abgemessenen Mengen zugeführten Gasen ein Eichgasgemisch herzustellen, wooei die Zuführung und Abmessung sowie die Mischung der Gemiscnkomponenten leicht automatisierbar sein soll_o

Dabei soll sich die Einricntung durch verhältnismäßig einfache und billige Konstruktion auszeichnen und die Zuführung der zu mischenden Gase in vorwählbaren Mengen gestatten, wobei die eingeleiteten Gasmengen leicht steueroar und überwachbar sein sollen»

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe weist eine Einrichtung der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen grundsätzlichen komponenten auf, nämlich einen als Mischkammer dienenden üruckbenälter, der vorzugsweise eine große Masse im Vergleich zu dem darin aufzunehmenden und zu mischenden Gasvolumen hat, weiter einen Druckwandler zur Messung des Gasdruckes in der Mischkammer bzw. in der Einrichtung und zur Erzeugung eines entsprecnenden Ausgangssignals, ferner eine Zirkulationspumpe, die über entsprechende Leitungen in einem geschlossenen Kreis in Reihe mit der Mischkammer angeordnet ist und dazu dient, das Gasgemisch zwecks Homogenisierung umzuwälzen, und eine Anζan1 von Ventilkomponenten, vorzugsweise in Form einer Ventil-

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anordnung nach Anspruch 5, die ebenfalls in den geschlossenen Kreis geschaltet ist. Die von den Ventilkomponenten zu erfüllenden Funktionen sind Herausspülen von Gas aus der Einrichtung, jeweils gesondertes Zuführen der einzelnen Gemischkomponenten aus diese Gase unter Druck speichernden Vorratsbehältern, Mischen der Gase zur Herstellung eines homogenen Gasgemisches, vollständiges oder portionsweises Abgeben des fertigen Gasgemisches und Entlüften der Einrichtung.

Vorzugsweise bildet eine Ventilanordnung nach Anspruch den Kern der erfindungsgemäßen Einrichtung. Die Ventilanordnung besteht grundsätzlich aus einem Gehäuse, in welchem vorzugsweise ein oder mehrere EntlüftekanäIe, durch welche Gase aus der Einrichtung abgelassen werden können, weiter ein Sammelkanal, in welchen die einzelnen Gemischkomponenten eingeleitet werden können und durch welchen das Gasgemisch beim Mischen hindurchzirkuliert werden kann, sowie Ventilsitze aufweisende Ventilöffnungen gebildet sind, welchen die einzelnen Ventile zugeordnet sind, deren Spindeln oder Kolben jeweils quer durch einen Eritlüftekanal hindurch in Richtung zum Sammelkanal verlaufen. Bei den Ventilen handelt es sich um ein Mischventil, ein Gemischauslaßventil, ein Entlüfteventil und eine Anzahl von Einlaßventilen für die einzelnen Gemischkomponenten, und diese Ventile können jeweils wahlweise und unabhängig von-

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einander geöffnet und geschlossen werden, insDesondere unter der Steuerung von Steuersignalen, die ihnen in programmierter Folge von einem Rechner jeweils gesondert zugeführt werden. Durch diese Ventilanordnung strömen die üase sowohl während des Spülens der Einrichtung, als auch während des Mischens der einzelnen, aus den Vorrats behältern eingeleiteten Gemischkomponenten und beim Entlüften von Gasen im Falle verschlissener Ventile oder Störzuständen, in welchen ein zu noher druck in der Einrichtung entstanden ist.

Das Gehäuse ist vorzugsweise als länglicher Gehäuseblock ausgebildet, in welchem die Entlüftekanäle und der οamme1-kanal als parallele, mit gegenseitigem seitlicnem Abstand in Längsrichtung durch den Gehäuseblock hindurch verlaufende Kanäle gebildet sind, die alle an der gleichen Stirnseite des Gehäuseblockes ausmünden. Dabei bildet ein mittiger Kanal den Sammelkanal, und die Entlüftekanäle, von denen vorzugsweise zwei vorgesehen sind, sind beiderseits des Sammelkanals derart angeordnet, daß die Achsen aller Kanäle in einer gemeinsamen Ebene liegen, so daß auf beiden Seiten des Gehäuseblockes Ventile in Verbindung mit Ventilöffungen angeordnet werden können, die als seitliche Bohrungen in dem Gehäuseblock gebildet sind und jeweils durch einen Entlüftekanal hindurch in den Sammelkanal verlaufen.

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Die Ventile können vorzugsweise von elektrischer oder pneumatischer Bauart sein, oder sie können, was noch zweckmäßiger ist, jeweils aus einer elektrischen Komponente und einer pneumatischen Komponente bestehen. Zweckmäßigerweise findet ein einziges Mischventil Anwendung, welches die Verbindung zwischen dem Sammelkanal der Ventilanordnung und der Mischkammer der Einrichtung öffnet oder schließt bzw. Sammelkanal und Mischkammer miteinander verbindet oder voneinander trennt. Außerdem ist ein einziges Gemischauslaßventil vorgesehen, das am Gehäuseblock derjenigen Ventilöffnung zugeordnet ist, die mit der zum Gas ge misch-Verbraucher führenden Gemischabgabeleitung verbunden ist. Ferner ist ein einziges Entlüfteventil am Gehäuseblock angeordnet und einer an einem Ende des Sammelkanals befindlichen Ventilöffnung zugeordnet, um das Totvolumen klein zu halten. Das Entlüfteventil verbindet den Sammelkanal mit einem Entlüftekanal. Außerdem ist am Gehäuseblock eine Anzahl von Gaseinlaßventilen für die einzelnen Gemischkomponenten angeordnet, die jeweils einer Ventilöffnung zugeordnet sind und jeweils über eine Gaszuleitung mit dem zugehörigen Gasvorrat sbehälter verbunden sind. Im Schließzustand eines Ventils verschließt dessen Ventilkolben die zwischen dem Sammelkanal und einem in der betreffenden Ventilöffnung gebildeten Ventilsitz verlaufende Bohrung, um den Gaszustrom aus dem betreffenden Gasvorratsbehälter in den Sammelkanal

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abzusperren, während in der Offenstellung des Ventilkolbens die betreffende Geraischkomponente aus dem unter Druck stehenden Vorratsbehälter in den Samraelkanal einströmen kann.

Die erfindungsgemäße Einrichtung kann demgemäß in einem Arbeitszyklus betrieben werden, bei welchem die Einrichtung zunächst entleert wird, indem das Entlüfteventil geöffnet wird und alle anderen Ventile geschlossen werden und sodann die Pumpe eingeschaltet wird, um Gas aus der Einricntung herausζupumpen. Danach kann das Entlüfteventil wieder geschlossen und die Pumpe ausgeschaltet werden«, Sodann wird eines der Einlaßventile für die Gemisehkomponenten geöffnet, um die Einrichtung mit einer Gemischkomponente zu füllen» Dieses Entleeren und Füllen der Einrichtung mit der einen Gemisehkomponente wird einige Male wiederholt, um alle Verunreinigungen aus der Einrichutng herauszuspülen. Nachdem das Gas nach dem letzten Spülvorgang aus der Einrichtung abgelassen worden ist, kann das Entlüfteventil wieder geschlossen werden, und sodann werden die einzelnen Gemisehkomponenten der Reihe nach in die Einrichtung eingeleitet, indem die betreffenden Einlaßventile nacheinander geöffnet und wieder geschlossen werden. Nachdem die letzte Gemischkomponente eingeleitet und das betreffende Einlaßventil

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wieder geschlossen worden ist, wird das Gemischventil wieder geöffnet und die Pumpe eingeschaltet, um die Gase durch die Einrichtung zu zirkulieren und dadurch zu einem homogenen Gasgemisch zu mischen. Danach kann das Gemischauslaßventil geöffnet werden, um das fertige Gasgemisch an den Verbraucher abzugeben bzw. nach Bedarf portionsweise zu entnehmen.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Einlaßventile für die einzelnen Gemischkomponenten jeweils paarweise am Gehäuseblock angeordnet, wobei jeweils ein Einlaßventil jedes Paares zum Einleiten der betreffenden Gemischkomponente mit großem Durchsatz und das andere Einlaßventil dieses Paares zum feindosierten Einleiten der gleichen Gemischkomponente in die Einrichtung dient. Für jede Gemischkomponente ist ein Einlaßventilpaar vorgesehen und die beiden Einlaßventile jedes Paares sind beiderseits des Gehäuseblockes angeordnet. Dadurch ist es möglich, bei der Einleitung der einzelnen Gemischkomponenten in die Einrichtung zur Herstellung des Gasgemisches zunächst schnell eine verhältnismäßig große Menge der betreffenden Gemischkomponente mittels des erstgenannten Einlaßventils des Ventilpaares einzuleiten, bis ein vorgewählter maximaler Druckpegel in der Einrichtung erreicht wird. Wenn das Gas dann abkühlt und der Druck bis auf oder unter einen eingestellten

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minimalen Druckpegel abfällt, werden zusätzliche kleine Gasmengen der betreffenden Gemischkomponente durch das zweitgenannte Einlaßventil des Ventilpaares zugegeben. Auf diese Weise werden zusätzliche Gasmengen jeweils bis zum Wiedererreichen des vorgewählten maximalen Druckpegels zugegeben, bis schließlich die Gaszugabemenge so klein geworden ist, daß der Gasdruck in der Einrichtung nach dem Abkühlen des Gases im wesentlichen dem eingestellten maximalen Druckpegel entspricht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben. Dabei sind in allen Zeichnungsfiguren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, die, wenn jeweils mehrere gleichartige Komponenten vorhanden sind, zusätzlich mit Indizes versehen sind. Wenn im folgenden Beschreibungstext Bezugszeichen ohne Indizes verwendet sind, beziehen sich diese stets auf die betreffenden gleichartigen Komponenten allgemein.

In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1: eine schematische Gesamtdarstellung

einer Gasmischeinrichtung nach der Erfindung,

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Fig. 2 eine erfindungsgemäße Ventilan

ordnung, für eine einrichtung nacn Fig. I,

Fig. J» eine Stirnansicht der Ventilan

ordnung auf die in Fig. 2 untere Stirnseite,

Fig. 4 eine Seitenansicht von rechts auf

die Ventilanordnung,

Fig. 5 in isometrischer Darstellung einen

Schnitt durch die Ventilanordnung längs aer Schnittlinie 5-5 in Fig. 2,

Fig. 5 a in größerer Darstellung eine Einzel

heit aus Fig. 5 y und

Fig. 6 die in eine schematisch dargestellte

Gasmischeinrichtung eingeschaltete Ventilanordnung nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine digital gesteuerte Gasmischeinrichtung, die grundsätzlich eine Pumpe 10, einen Mischbehälter 20, bei

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welchem es sich zweckmäßigerweise um einen massiven kugeligen Druckbehälter handelt und der über eine Leitung 11 mit der Pumpe verbunden ist, sowie Leitungen 12, 13 und 14 aufweist, die zusammen mit dem Mischbehälter, der Pumpe unü der Leitun_ö einen geschlossenen Kreis bilden, in welchem der Mischoenäl^er und die Pumpe in Reihe angeordnet sind» Weiter weist die einrichtung eine Anzahl von Einlaßventilen 15 (IS₁ ois I5 ) auf, die jeweils einem der miteinander zu mischenden Gase zugeordnet sind und an eine das betreffende Gas unter Druck speichernden Vorratsbehälter angeschlossen sind» Jind also beispielsweise vier verschiedene Gase miteinander zu miscnen, finden vier derartige Einlaßventile Anwendung, die jeweils an einem das betreffende Gas enthaltenden, nicht aargestellten Vorratsbehälter angeschlossen sind. Über die Einlaßventile gelangen die einzelnen, zu mischenden Gase in die Leitung Id der Gasmischeinrichtung. Außerdem enthält die Einrichtung drei weitere Ventile, nämlich ein in der Leitung 14 angeordnetes Mischventil lö, ein Entlüfteventil 17, das in einer zwischen den Leitungen 13 und 14 aus dem Kreis abzweigenden Leitung 14' angeordnet ist, und ein Gemischauslaßventil lb_s das in einer zwischen den Leitungen 12 und 13 aus dem Kreis abzweigenden Gemischaus leitung 12· angeordnet ist.

Die Einrichtung weist außerdem einen elektrischen Druckwandler 19 oder ein anderes geeignetes uruckmeßgerät

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zur genauen und kontinuierlicnen überwachung des ADsolutgasdruckes im Mischbehälter 20 auf. Das Ausgangssignal des Druckwandlers wird an Bxnen nicht dargestellten Rechner übermittelt. Vorzugsweise ist der Druckwandler unmittelbar in die Wand des Mischbehälters 20 eingesetzt, um den Totraum zwischen dem Druckfühler des Druckwandlers und der Miscnkammer des Druckbehälters 20 klein zu halten. Geeignete Druckwandler sind an sich bekannt; diesbezüglich wird beispielsweise auf die US-Patentschriften 3 195 028, 3 271 669 und 3 318 153 Bezug genommen. Das Ausgangssi&nal des Druckwandlers ist vorzugsweise ein Gleichspannungsoder Gleichstromsignal, das mit dem Druck im Druckbehälter 2ü in linearem Zusammenhang steht und über elektrische Leitungen an den Rechner üoermittelt wird. Die erwähnten Ventile der Einrichtung werden jeweils durch vom Rechner übermittelte oteuersignale entsprechend einem vorgegebenen Programm gesteuert.

Der Druckbehälter 20 muß als Wärmeableiter bzw. Temperaturstabilisator zur schnellen Ableitung der während des GasmischVorgangs erzeugten Wärme wirken. Zu diesem Zweck kann der Druckbehälter mit einem Kühlmantel, der von einem mit den im Druckbehälter befindlichen Gasen in Wärmeaustausch stehenden Kühlmedium durchströmt ist, oder mit irgend-

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einem anderen geeigneten Wärmetauscher bekannter Bauart ausgestattet sein. Zweckmäßigerweise hat jedoch der Druckbehälter 20 eine im Verhältnis zur Masse der darin befindlichen Gase ziemlich große Masse, um die Gastemperatur während des Mischvorgangs im wesentlicnen stabil zu halten. Grundsätzlich beträgt die Masse des Druckbehälters 20 mindestens etwa 10 kg , und bei einem Druckbehälter mit einem innenvolumen von 20 1 liegt die Masse des Druckbehälters vorzugsweise im Bereich von etwa 15 kg bis 21 kg und ist bei größerem Innenvolumen dazu proportional größer. Zweckmäßigerweise hat der Druckbehälter 20 eine Kugelform und ist aus Metall, beispielsweise rostfreiem Stahl, hergestellt. Die Pumpe 10 bewirket das erforderliche Umwälzen der Gase zum Zweck ihrer Durchmischung, wobei die dabei entstehende Wärme durch die Wände des Druckbehälters 20 abgeleitet wird. Das herzustellende Gasgemisch kann aus einer Vielzahl verschiedener Gase bestehen, beispielsweise aus Gemischkomonenten A, B, C und D, die jeweils aus gesonderten, nicht dargestellten Vorratsdruckbehältern zugeführt werden. Die gewünschte prozentuale Zusammensetzung des herzustellenden Gasgemisches bzw. die einzelnen prozentualen Anteile der Gemischkompnenten A, B, C und D im herzustellenden Gemisch wird über eine Eingabetastatur oder dgl. Rechner eingegeben, der sodann die Einleitung der verschiedenen Gemischkomponenten steuert, indem er jeweils das betreffende Einlaßventil in Abhängigkeit

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von den Aus gangs Signalen des Druckwandlers 19 öffnet und schließt. Die Einleitung einer Geraischkoraponente in die Leitung 12 der zuvor durchgespülten Einrichtung erfolgt jeweils, wenn der Druck unterhalb eines vorgewählten minimalen Druckpegels liegt, und das betreffende Einlaßventil wird jeweils geschlossen, wenn der Druck im Druckbehälter einen bestimmten vorgewählten maximalen Druckpegel erreicht. Die einzelnen Geraischkomponenten werden auf diese Weise nacheinander in die zuvor durchgespülte Einrichtung eingeleitet.

Ein Betriebszyklus der Einrichtung umfaßt grundsätzlich folgende Schritte: Durchspülen der Einrichtung, Evakuieren der Einrichtung, Einleiten der einzelnen Gemischkomponenten in die Einrichtung und Mischen der Gase zu einem homogenen Gemisch, wonach das fertige Gemisch nach Bedarf an den Verbraucher oder in einen Vorratsbehälter abgegeben werden kann. Zum Durchspülen der Einrichtung, insbesondere des die Mischkammer bildenden Druckbehälters 20, findet grundsätzlich das die Gemischkomponente mit dem größten Anteil bildende Gas als Spülgas Anwendung. Das Spülgas wird in die Einrichtung eingeleitet, um verunreinigendes Gas zu verdrängen, wonach die Einrichtung wieder evakuiert wird, bis der Druck im Druckbehälter auf einen vorgegebenen Minimalpegel abgefallen ist. Danach wird die erste Gemischkomponente in den Druck-

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behälter 20 eingeleitet. Die Einleitung der einzelnen Gemiscnkomponenten erfolgt vorzugsweise in der Reihenfolge inres Gemisch an te ils, indem jeweils die Geiaischkomponente mit dem größten Anteil zuerst eingeleitet wird» Entsprechen also die Anteile von vier Gemischkomponenten eines herzustellenden Gemisches der Beziehung A > ti > C >D, erfolgt die Einleitung dieser vier Gemischkomponenten in der Weise, daß zuerst die Komponente A, sodann die Komponente B₅ sodann die Komponente C und schließlich die Komponente D eingeleitet wird. Dabei wird jeweils die Einleitung einer Geinischkomponente vollständig abgeschlossen, bevor mit der Einleitung der nächsten Komponente begonnen wird« Die erste Gemsichkomponente wird solange eingeleitet_s bis der Absolutdruck im Druckbehälter auf einen der ersten Gemischkomponente zugeordneten ersten vorgegebenen Pegel angestiegen ist; danach wird die zweite Gemischkomponente solange in den Druckbehälter eingeleitet, bis der Absolutdruck im Druckbehälter auf einen zweiten vorgegebenen Pegel angestiegen ist; sodann wird die dritte Gemischkomponente solange in den Druckbehälter 20 eingeleitet, bis der Absolutdruck weiter bis auf einen dritten vorgegebenen Pegel angestiegen ist. Diese aufeinanderfolgende Einleitung der einzelnen Gemischkomponenten wird fortgesetzt, bis um alle Gemischkomponenten in die Einrichtung eingeleitet worden sind. Sodann werden die in der Ein-

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richtung befindlichen Gase durch Einschalten der Pumpe 10 durch die Einrichtung zirkuliert und dabei umgewälzt, bis ein homogenes Gasgemisch entstanden ist.

Ein typischer Arbeitszyklus der Einrichtung bei der Herstellung eines Gasgemisches aus vier Gemischkomponenten A, ß, C und D wird nachstehend, beginnend mit der Phase des Durchspülens der Einrichtung, unter Bezugnahme auf Fig. 1 mehr im einzelnen beschrieben:

Phase 1: Das Mischventil 16, das Gemischauslaßventil und alle Einlaßventile 15 sind geschlossen und das Entlüfteventil 17 ist geöffnet. Die Pumpe 10 wird eingeschaltet, um das im Druckbehälter 20 befindliche Gas durch die Leitungen 11, 12, 13 und 14¹ durch das Entlüfteventil herauszupumpen. Danach wird, wenn der Absolutdruck im Druckbehälter 20 einen vorgewählten niedrigen Pegel von beispielsweise 0,35 bar oder darunter erreicht hat, das Entlüfteventil 17 wieder geschlossen und die Pumpe 10 abgeschaltet.

Phase 2: Das Mischventil 16 wird geöffnet. Danach wird das Einlaßventil IS₁, an welches ein nicht dargestellter, das den größten Gemischanteil ausmachende Gas enthaltender Vorratsbehälter angeschlossen ist, ebenfalls geöffnet. Die

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Gemischkomponente wird in die Einrichtung eingeleitet, bis ein vorgewählter Druckpegel von beispielsweise 1,0 bar bis 3»5 bar erreicht worden ist. Dieses Gas füllt die Einrichtung aus, indem es zunächst durch die Leitungen 12, und 14 in den Druckbehälter 20 und danach auch in die Leitung 11 einströmt. Danach werden das Einlaßventil IS₁ und das Mischventil 16 geschlossen, und das Entlüfteventil 17 wird wieder geöffnet und die Pumpe 10 eingeschaltet, um das Gas durch die Leitungen 11, 12, 13 und 14' erneut aus dem Druckbehälter 20 herauszupumpen. Sodann wird das Entlüfteventil 17 geschlossen und das Mischventil Ib und das Einlaßventil 15. werden wieder geöffnet, um die Einrichtung nochmals mit der Gemischkomponente A zu füllen. Danach werden das Mischventil 16 und das Einlaßventil 15., geschlossen und das Entlüfteventil 17 geöffnet, um den Druckbehälter und die gesamte Einrichtung wiederum zu evakuieren. Der Zyklus des Füllens der Einrichtung mit der Gemischkomponente A und des anschließenden Evakuierens wird mehrere Male, zweckmäßigerweise etwa viermal wiederholt, bis im wesentlichen alle Spuren anderer Gase außer der Gemischkomponente A aus der Einrichtung herausgespült worden sind. Wenn die Spülung der Einrichtung beendet und die Einrichtung auf einen niedrigen Druck von beispielsweise 0,35 bar oder darunter evakuiert worden ist, ist die Einrichtung für das Einleiten

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der ersten Gemischkomponente, nämlich der Komponente A, vorbereitet.

Phase 3: Das Ms cn ventil 16 ist geöffnet; das Entlüfteventil 17j das Gemxschauslaßventxl 18 und die Einlaßventile 15p usw. sind geschlossen; und das Einlaßventil 15. ist geöffnet, so daß die Gemischkomponente A in die Einrichtung und den Druckbehälter 20 einströmen kann, bis der erwähnte erste vorgewählte Druckpegel von beispielsweise 3,5 bar erreicht ist. Das Gas erwärmt sich dabei etwas, und, während sich das Gas im Druckbehälter wieder abkühlt, fällt der Gasdruck wieder unter den gewählten Pegel ab. Demzufolge erfolgen weitere Zugaben der Gemxschkomponente A, wobei diese weiteren Zugaben immer kleiner werden, bis schließlich der Gasdruck nach dem Abkühlen des Gases auf dem vorgewählten Druckpegel bleibt· Nach dem Einleiten der letzten Zugabe der Gemsichkomponente A in die Einrichtung und nach Eintritt des thermischen Gleichgewichtszustandes wird das Einlaßventil 15. geschlossen.

Phase 4: Nunmehr wird das Einlaßventil 15₂ geöffnet, während das Mischventil 16 ebenfalls geöffnet ist und das Entlüfteventil 17 und das Gemxschauslaßventxl 18 sowie die übrigen Einlaßventile 15 geschlossen sind, so daß nunmehr

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die Gemischkomponente B in die Einrichtung einströmt, bis ein zweiter vorgewählter Druckpegel von beispielsweise 4,9 bar erreicht wird. Nach Einstellung des Gleichgewichtszustandes nach der letzten Zugabe der Gemischkomponente ti wird das Einlaßventil 15₂ geschlossene

Phase 5: Während das Entlüfteventil 17 und das Gemischauslaßventil 18 sowie die übrigen Einlaßventile 15 geschlossen sind und das Mischventil l6 geöffnet ist, wird nunmehr das Einlaßventil 15, geöffnet und die Gemiscnkomponente C strömt in die Einrichtung ein_s bis ein dritter vorgewählter Druckpegel von beispielsweise 5,6 bar erreient worden ist. Nach Einstellung des Gleichgewichtszustandes nach der letzten Zugabe der Gemischkomponente C wird das Einlaßventil 15, geschlossen.

Phase 6: Das Mischventil 16 Dleibt geöffnet und das Entlüfteventil 17 und das Gemischauslaßventil 18 geschlossen. Während die übrigen Einlaßventile geschlossen sind, wird nun das Einlaßventil 15h geöffnet und die Gemischkomponente D in die Einrichtung eingeleitet, bis ein vierter vorgewählter Druckpegel von beispielsweise 6,0 Dar erreicht ist. Nachdem sich nach der letzten Zugabe der Gemischkomponente D der Gleichgewichtszustand eingestellt hat, wird das Einlaß-

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ventil 15u wieder geschlossen. Sodann wird die Pumpe 10 eingeschaltet und das in der Einrichtung befindliche Gemisch aus den Komponenten A, B, C und D durch die Einrichtung hindurchzirkuliert, bis durch die Gasumwälzung ein sehr homogenes Gemisch entstanden ist. Danach kann entweder der Druckbehälter 20 als Vorratsbehälter für das fertige Gasgemisch verwendet werden oder das fertige Gemisch kann zwecks späterer Verwendung in einen anderen Speicherbehälter geleitet werden.

Phase J: Falls das fertige Gasgemisch in einem anderen Speicherbehälter abgeleitet werden soll, wird nunmehr das Gemischauslaßventil 18 geöffnet, während sämtliche Einlaßventile 15, das Mischventil 16 und das Entlüfteventil 17 geschlossen sind, und das aus den Komponenten A, B, C und D bestehende homogene Gasgemisch wird durch die Leitungen 12 und 12* als Produkt aus der Einrichtung abgepumpt.

In den Druckbehälter 20 können außerdem eine flüssige Gemischkomponente oder mehrere flüssige Gemischkomponenten in vorgebbaren Mengen eingeleitet werden, indem die flüssige Komponente bzw. Komponenten durch einen nicht dargestellten Einlaß in der Wand des Druckbehälters unmittelbar in den Druckbehälter oder durch eines der Einlaßventile in die

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Einrichtung eingespritzt wird bzw. werden. In der Mischkammer wird die Flüssigkeit umgewälzt und homogen verteilt bzw. in den gasförmigen Gemischkomponenten verdampft. Die in die Mischkammer eingeleitete Flüssigkeit bildet dann einen Bestandteil des Gasgemisches und das Volumen der Flüssigkeitskomponente kann durch Veränderung des Druckes in der Mischkammer mit dem Gesamtvolumen des Gasgemisches in Beziehung gebracht werden.

Die erwähnten Ventilfunktionen können am vorteilhaftesten von einer Ventilanordnung wahrgenommen werden, die eine Anzahl von Einlaßventilen, ein Mischventil, ein Entlüfteventil und ein Gemischauslaßventil aufweist, die alle in einem einzigen gemeinsamen Ventilgehäuse angeordnet sindo Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer solchen Ventilanordnung, die den wesentlichen Vorteil bringt, daß sie an einer vom Druckbehälter 20 entfernten Stelle angeordnet sein kann, wird nachstehend mit Bezug auf die Figuren 2 bis 6 im einzelnen beschrieben.

Zunächst wird auf die Figuren 2 bis 4 Bezug genommen. Diese zeigen eine bevorzugte Ausführungsform einer Ventilanordnung 100, die alle mit Bezug auf Fig. 1 beschriebenen Ventilfunktionen ausführen kann. Die Ventilanordnung 100 weist

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ein Gehäuse 110 auf, an dessen beiden Seiten elektromechanische Zweiwege-Ventile angeordnet sind, deren Steuerung durch von einem Rechner zugeführte Signale erfolgt und die zum Öffnen und Schließen von im Gehäuse 110 gebildeten Ventilöffnungen dienen, um die für die oben beschriebene Gasgemischherstellung erforderlichen Punktionen zu erfüllen. Auf der einen Gehäuseseite sind ein Mischventil, ein Gemischauslaßventil und eine der größtmöglichen Anzahl von zu mischenden Gemischkomponenten entsprechende Anzahl von Einlaßventilen angeodnet. Auf der anderen Gehäuseseite ist an einem Gehäuseende ein Entlüfteventil und im übrigen eine weitere Anzahl von Einlaßventilen angeordnet, welche der Anzahl der bereits erwähnten, auf der einen Gehäuseseite angeordneten Einlaßventile entspricht. Die Einlaßventile einer der beiden an den Gehäuseseiten angeordneten Einlaßventilgruppen dienen zum Einleiten jeweils verhältnismäßig großer Volumen der einzelnen zu mischenden Gaskomponenten, während die Einlaßventile der anderen Einlaß ventilgruppe zum zusätzlichen Einleiten weiterer kleinerer Zugaben der einzelnen Gemischkomponenten dienen. Jeder zu mischenden Gaskomponente ist ein Einlaßventilpaar zugeordnet, von denen ein Ventil der genannten einen Gruppe und das andere Ventil der genannten anderen Gruppe angehört.

Das Gehäuse 110 besteht aus einem länglichen massiven Gehäuseblock, in dessen Mitte ein in Längsrichtung durch den

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Gehäuseblock hindurchverlaufender Sammelkanal 111 geoildet ist., Beiderseits dieses SammeIkanals und mit gleicnen Abständen parallel dazu verlaufen zwei Entlüftekanäle 112. und 112. eDenfalls in Längsrichtung durch den Gehäuseblock hindurcn» Außerdem ist in dem Gehäuseblock eine Anzahl von seitlichen Ventilöffnungen 113 (U^₁ bis 113g und 113„ bis 113_n) gebildet, die jeweils mit gleichen gegenseitigen Abstänuen angeordnet sind und jeweils gleiche form und Größe haben, bie Ventilöffnungen sind an beiden Seiten des Genäuseblockes jeweils mit gleichen gegenseitigen Abständen angeordnet und verlaufen jeweils von der betreffenden Seitenfläche (linke und rechte Seite in Fig. 2) des Gehäuseblockes aus, indem sie den betreffenden Entlüftekanal 112₁ bzw„ 112₂ rechtwinklig schneiden, nach innen zu einem Ventilsitz und von diesem aus in Form einer engen Ventilbonrung weiter bis zum Sammelkanal 111, in welchen sie ausmünden. An der üoerseite des Gehäuseblockes 110 sind gemäß Fig. 2 Gaseinlässe IA, 2A, 3B, 4b, 5C, 6C, 7D, 8U gebildet, die an die Vorratsbehälter für die einzelnen zu mischenden Gase (beispielsweise die Gemischkomponenten A, B, C und U eines herzustellenden Gasgemisches) anschließbar sind und durch welche diese Gase über die betreffenden Ventile in den Sammelkanal einleitbar sind. Diese Gaseinlässe münden jeweils in eine der Ventilöffnungen 113^ bis H)_n, und zwar jeweils nahe aem in der betreffenden Ventilöffnung gebildeten Ventilsitz

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vorderhalb der vom Ventilsitz in den Sammelkanal führenden engen Ventilbohrung, so daß mittels eines mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden Ventilkolbens, wie nachstehend noch näher beschrieben ird, die üaszuströmung aus der Gaseinlaßöffnung durch die Ventilbohrung in den Sammelkanal wahlweise freigegeben oder unterbrochen werden kann. Außerdem sind an der Gehäuseblockoberseite ein Zirkulationsanschluß und ein Gemischauslaß gebildet. Der Zirkulationsanschluß ist über der dem Mischventil zugeordneten Ventilbohrung 113.. _A angeordnet und gestattet, wenn der zugehörige Ventilkolben vom zugehörigen Ventilsitz abgehoben ist, die Zirkulation der Gase zum Zwecke ihrer homogenen Mischung, und der Gemischauslaß ist über der dem Gemischaulaßventil zugeordneten Ventilbohrung 113_?« angeordnet und gestattet die Entnahme des fertigen Gasgemisches aus der einrichtung. Die dem Entlüfteventil zugeordnete Ventilöffnung 113y ist Vorbehalt der zwischen dem Ventilsitz und dem Sammelkanal verlaufenden Ventilbohrung 113_Vfl so erweitert, daß sie beim Abheben des Ventilkolbens vom Ventilsitz eine Strömungsverbindung von der Ventilbohrung zum Entlüftekanal 112p bildet, um Gas aus dem Sammelkanal in diesen Entlüftekanal austreten zu lassen.

Die Entlüftekanäle 112. und 112_? dienen außer ihrer normalen Entlüftefunktion auch als Sicherheitsmaßnahme für den Fall, daß infolge irgendeiner Störung oder Fehlfunktion ein

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unzulässiger Überdruck in der üinrichtung entsteht, oolite aus irgendeinem Grund ein unzulässig hoher Überdruck in aer Einrichtung entstehen, bricht eine den Sammelkanal 111 an dem in Fig. 2 obenliegenden Gehäuseblockende abschließende, als Sollbruchstelle dienende Membran 120, so daß der Druck aus dem Sammelkanal in einen mit den beiden Entlüftekanälen 112. und 112₂ in Verbindung stehenden Raum 12 4 entweichen kann, der als kreisförmige, durch eine Stirnwand lly verschlossene Vertiefung in dem genannten Gehäuseblockende gebildet ist. Die Membran 120 ist hutartig ausgebildet und liegt mit ihrem Rand an einer Sitzfläche an, die durch die Endfläche einer erweiterten, mit dem Sammelkanal 111 konzentrischen und mit innengewinde versehenen Bohrung 121 gebildet ist. Das Anpressen des Membranrandes an die Sitzfläche erfolgt mittels einer Ringscheibe 122, die ihrerseits durch eine in das Innengewinde der Bohrung 121 eingeschraubte Mutter 12 3 gegen den Membranrand gepreßt wird. Der mittlere Teil der hutförmigen Memo ran ist nach außen gewölbt und gibt, wenn er bei einem unzulässigen Überdruck bricht, einen Entweichweg für den Überdruck über die Kammer 124 in die Entlüftekanäle 112₁ und 112p frei.

Die Entlüftekanäle 112^ und 112p dienen außerdem als Sicherheitsgas ableitung für den Fall, daß wegen verschlissener O-Ringe der Ventilkolben Gas auslecken sollte. Dies ist besonders bei der Verwendung schädlicher oder gefährlicher

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Gase wichtig. Ein Entweichen der Gase in die Umgebungsluft wird verhindert, indem die Entlüftekanäle Ii^₁ und 112p auf Atmosphärendruck gehalten werden, so daß die Gase leicht aus dem Arbeitsbereich zu einer sicheren Speicher- oder Beseitigungseinrichtung abströmen können. In manchen Fällen können die Gase auch durch einen hohen Kamin in die Außenluft abgeleitet werden.

Die Ventile der Ventilanordnung 100 sind vorzugsweise als elektromechanische Ventileinheiten ausgebildet, die in zeitgesteuerter Reihenfolge durch von den bereits erwähnten, nicht dargestellten Rechner zugeführten Steuersignalen betätigt werden können. Die elektrische Komponente einer elektromechanischen Ventileinheit ermöglicht ein sehr schnelles Ansprechen auf ein elektrisches Steuersignal und dient ihrerseits zur Betätigung einer pneumatischen Ventilkomponente zum öffnen und Schließen des betreffenden Ventils. Als Miscnventil, Entlüfteventil und Geraischauslaßventil finden Zweiwege-Ventile mit jeweils einer elektrischen Komponente und einer pneumatischen Komponente Anwndung. Im wesentlichen gleichartige Ventileinheiten sind paarweise zur Steuerung der Zufuhr der zu mischenden Gase vorgesehen. Mit anderen Worten, jeweils eine elektromechaniscne Zweiwege-Ventileinheit dient als Mischventil, als Entlüfteventil und als Gemischauslaßventil und jeweils zwei elektromechanische Zweiwege-Ventil-

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einheiten dienen zur Zufuhrsteuerung jeder einzelnen Gemischkomponente. Ein Ventil des einer Gemischkomponente zugeordneten Ventilpaares dient dabei, wie schon erwähnt, zur Einleitung jeweils einer verhältnismäßig großen Gasmenge in die Einrichtung, insbesondere beim Durchspülen der Einrichtung oder bei der erstmaligen Zugabe einer Gemsichkomponente während eines Gemischvorganges, und das zweite Ventil dieses Ventilpaares dient zur Zugabe weiterer kleiner Mengen der betreffenden Gemischkomponente während des Mischvorgangs in verhältnismäßig kurzen Intervallen»

Die einzelnen Ventileinheiten sind nebeneinander an einem Druckluft- bzw. Druckgasverteiler 125 bzw» 126 montiert, der an der betreffenden üeite des Gehäuseülockes angeordnet ist. Jede Ventileinheit ist mittels einer T-förmigen Halterung 127 (127. bis 127.,) fest gehaltert, die oben an den Druckluft- bzw. Druckgasverteilern 125 und 126 festgeschraubt sind und sich an den hnden und zwischen den pneumatischen Ventilteilen der Ventileinheiten-Keihen befinden. Die einzeln angeordneten Zweiwe^e-Ventile sina das Mischventil 128 mit einem elektrischen Teil 128 und einem pneumatischen Teil 1282, das Gemischauslaßventil 129 mit einem elektrischen Teil 129^ und einem pneumatischen Teil 129_? und das Jntlüfteventil 13O mit einem elektrischen Teil 13U₁ und einem

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pneumatischen Teil 13Op. Die paarweise angeordneten Zweiwege-Ventileinheiten, die als Einlaßventile dienen, sind jeweils mit CV unter Zusatz der Bezugsziffer des zugehörigen Gaseinlasses und des die jeweils einzuleitende Gemischkomponente (A, B, C und D) kennzeichnenden Buchstabens bezeichnet. Von diesen als Einlaßventilen dienenden Ventileinheiten sind die Einheiten CV-IA, CV- JB, CV-5C und CV-7D am Gas verteiler angeordnet und dienen jeweils der Einleitung großer Gasvolumen der betreffenden Gemischkomponenten A, B, C und D, und die Einheiten CV-2A, CV-4B, CV-6C und CV-8D sind am Druckgasverteiler 125 angeordnet und dienen jeweils der Zugabe kleiner weiterer Gasvolumen der betreffenden Gemischkomponenten. Die als Einlaßventile dienenden Ventileinheiten weisen wiederum jeweils einen elektrischen Teil und einen pneumatischen Teil auf, der in Fig. 4 mit dem Index 1 bzw. 2 bezeichnet ist. Die beiden Ventile jedes Einlaßventilpaares sind hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Funktion identisch und sie unterscheiden sich nur dadurch voneinander, daß die Ventilbohrung, durch welche das zuzuführende Gas in den Sammelkanal 111 eingeleitet wird, bei dem zur Einleitung großer Gasvolumen dienenden Einlaßventil größer und bei dem zur Zugabe kleiner zusätzlicher Gasvolumen dienenden Einlaßventil kleiner ist.

Die Arbeitsweise der elektromechanischen Ventileinheiten 030035/0621

ist derart, daß ein vom Rechner zugeführtes Steuersignal die elektrische Ventilkomponente betätigt, was bewirkt, daß Druckluft oder Druckgas aus dem Verteiler 125 bzw. 126 durch eine entsprechende Bohrung in die Ventileinheit einströmt und im pneumatischen Teil der Ventileinheit einen Ventilkolben betätigt, der das Ventil öffnet oder schließt.

Der elektrische Teil jeder Ventileinheit enthält typischerweise einen Elektromagneten, der, wenn er von einem vom Rechner zugeführten Steuersignal erregt wird, einen · Kolben betätigt, so daß dieser Druckluft bzw. Druckgas zum pneumatischen Teil der Ventileinheit einströmen läßt. Zweckmäßigerweise handelt es sich bei diesem Kolben um einen einfachwirkenden Kolben, der mittels einer Feder in Schließrichtung vorgespannt ist, um auch im Falle eines Ausfalls der elektrischen Energie oder im Falle einer anderen Störung Betriebssicherheit zu gewährleisten. Die bei Betätigung des elektrischen Teils in den pneumatischen Teil der Ventileinheit einströmende Druckluft drückt den Ventilkolben nach hinten, so daß er von dem in der betreffenden Ventiloffnurig gebildeten Ventilsitz abhebt und einen Strömungsweg freigibt, durch welchen die betreffende Gemischkomponente in den Sammelkanal einströmen kann. Bei Entregung des Elektro-

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magneten des elektrischen Teils der Ventileinheit wird die Druckluftzufuhr zum pneumatischen Teil abgesperrt und dieser über eine geeignete Entlüfteöffnung in die Außenluft entlüftet, wonach eine Feder den pneumatisch betätigten Ventilkolben wieder in seine Schließstellung zurückdrängt. Elektrome chanische Ventile dieser Bauart sind an sich bekannt.

Der pneumatische Betätigungskolben des pneumatischen Teils jeder Ventileinheit ist mit dem in die betreffende Ventilöffnung 113 des Gehäuseblockes 110 hineinragenden Ventilkolben verbunden, wie am besten aus den Fig. 5 und 5a hervorgeht. Fig. 5 zeigt das Entlüfteventil 130 mit seinem elektrischen Teil 13O₁ und seinem pneumatischen Teil 130p, dessen pneumatischer Betätigungskolben 130^ mit dem Ventilkolben 130n verbunden ist. Fig. 5 zeigt außerdem die Kolbenanordnung des Gemischauslaßventils 129 mit dem pneumatischen Betätigungskolben 129^ und dem damit verbundenen Ventilkolben 129n» Der Ventilkolben 129/, bzw. 130h ist mit dem pneumatischen Betätigungskolben 129^ bzw. 130-, mittels einer Kupplungsmuffe 129₇ bzw. 130„ verbunden, die mit den beiden Kolbenenden mittels um 90 ° gegeneinander versetzt angeordneten Stiften 129,- und 129g bzw. 13O₅ und 130g verstiftet ist.

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In Pig. 5a ist einer der Ventilkolben_s die alle gleicn ausgebildet sind₃ nämlich der Ventilkolben 129j._s mehr im einzelnen dargestellte Der Ventilkolben weist einen verhältnismäßig dicken Schaft auf₉ der an seinem Ende mit einer zur Aufnahme des bereits erwähnten Stiftes 129g dienenden ^uerbonrung versehen ist_o In seiner Mitte und an seinem vorderen r,nde weist der Ventilkolben jeweils zwei Ringbünde 129o und 129 , sowie 129^/-) und 129^₁ auf_a zwischen denen Dichtungen, beispielsweise Lippendichtungen oder vorzugsweise O-Ringe 129_1? und 129^, angeordnet sind«, An seiner vorderen Stirnseite weist aer Ventilkolben einen kleinen Ansatz 129-,/, in Form eines umgekehrten Kegelstumpfes auf_s der eine weitere O-Ringdichtung 129-,-trägt, dessen Querschnittsdurchmesser so groß ist_s daß er nach vorne über die Stirnfläche des Ansatzes 129,, ^ vorragt» Infolge dieser Konstruktion kann der O= Ring 12 9-,t- straff gegen den Ventilsitz bzw« den Rand der im Durchmesser Kleineren Ventilbohrung gedrängt werde_sn₃ um diese gasdicht zu verschließen» Wenn der Ventilkolben 129m einwärts in Ricntun& zum Sammelkanal 111 gedrängt wird, liegt also der O-hing 129₁ straff am Ventilsitz vor der Ventilbohrung 113„_Δ an, so αaß kein Gas aus dem Sammelkanal 111 in den unmittelbar über dem Ringbund 129_1:1 gelegenen Gemischauslaß gelangen kann_s aessen Durchmesser so weit verringert ist, daß seine in die Ventilöffnung mündende Öffnungsfläche innerhalb des Bereicnes zwiscnen den O-Ringen 129*-, und 129^- liegt. Beim Zurückziehen des

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Ventilkolbens 129^ wird der O-Ring 129^₁- vom Ventilsitz abgehoben, so daß die Ventilbohrung HL. freigegeben wird und Gas aus dem Sammelkanal 111 zum Gemischauslaß und zum Verbraucher austreten kann. Der hinter dem O-Ring gelegene O-Ring 129*-? verhindert unerwünschte Gasleckströme durch die Ventilöffnung, die zu Störungen in der Einrichtung führen würden. Aus Sicherheitsgründen ist die Anordnung aber so getroffen, daß im Störungsfall trotzdem an dem O-Ring 129.,^ vorbei ausleckendes Gas in den Entlüftekanal 112., gelangt und demzufolge abgeleitet wird. Der hinterste O-Ring 129*2 dient schließlich dazu, das Auslecken von Gas aus dem Entlüftekanal 112. in die Außenluft bzw. in die Umgebung der Ventilanordnung zu verhindern. Aufbau und Wirkungsweise der Ventilkolben aller Ventile der Ventilanordnung 100 sind, wie schon erwähnt, gleich, wobei es keine Rolle spielt, daß die Gaseinlaßventile der Einleitung von Gas aus einer äußeren Gasquelle in die Einrichtung dienen, während das Entlüfteventil der Entlüftung des Sammelkanals 111 in den Entlüftekanal 112₂ dient.

Die Konstruktion aller Gaseinlaßventile ist, wie ebenfalls schon erwähnt, mit derjenigen beispielsweise des Gemischauslaßventils 129 gleich. Ihre Arbeitsweise ist ebenfalls gleich,

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wie sich beispielsweise aus den Fig. 1 und 4 ergibt, und ihre Wirkungsweise unterscheidet sich nur dadurcn von derjenigen der anderen Ventile, daß beim Abheben des Ventilkolbens vom Ventilsitz der Ventilkolben den betreffenden, mit dem zugehörigen Vorratsbehälter verbundenen Gaseinlaß freigiDt, so daß das unter Druck stehende Gas in den Raum zwischen den beiden vorderen O-Ringen des Ventilkolbens eintreten und durch die unverschlossene Ventilbohrung in den Sammelkanal 111 eintreten kann. Der einzige Unterschied in der Wirkungsweise der Ventilkolben der beiden Einlaßventile eines Einlaßventilpaares, beispielsweise der Einlaßventile CV=IA und CV-2A liegt darin, daß beim Einlaßventil CV-IA der in die Ventilöffnung H3o führende Gaseinlaß IA und die in den Sammelkanal 111 führende Ventilbohrung H3g_A stärker gedrosselt sind, um die Menge des Gaszustroms pro Zeiteinheit in den Sammelkanal 111 zu begrenzen

Obwohl die vom Entlüfteventil 130 zu erfüllende Funktion das Ablassen von Gas aus dem Sammelkanal 111 in den üntlüftekanal 112« ist, braucht die Konstruktion des Ventilkolbens 130|, nicht anders als bei den anderen Ventilkolben zu sein_o Das Entlüfteventil kann jedoch insoweit abgewandelt werden_s daß es eine vergrößerte Öffnung 113_? (Figo 5) aufweist, um den hinter dem vordersten O-Ring 130..,- angeordneten O-Ring

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zu umgehen, der bei den anderen Ventilkolben die Ventilöffnung abdichtet. Dieser O-Ring kann natürlich beim Entlüfteventil auch ganz weggelassen werden. In der Schließstellung des Entlüfteventils 130, in welcher ein Ventilkolben 130h einwärts gedrängt ist, liegt der O-Ring 15 straff am Rand der Ventilbohrung 113_7fl an und verschließt diese, so daß der Sammelkanal und der Entlüftekanal 112p voneinander getrennt sind. Beim Abheben des Ventilkolbens 13Oj, vom-Ventilsitz wird die Ventilbohrung H3_7A freigegeben und es kann Gas aus dem Sammelkanal 111 durch die erweiterte Ventilöffnung 113„ in den Entlüftekanal 112p ausströmen.

Die Wirkungsweise der Ventilanordnung 100 innerhalb der Gasmischeinrichtung ist außerdem in schematischer Weise in Fig. 6 dargestellt. Ein typischer Arbeitszyklus der Ventilanordnung bei der Herstellung eines Gasgemisches wird nachstehend, beginnend mit der Spülphase, im einzelnen beschrieben:

Phase 1: Das Entlüfteventil 130 ist geöffnet und alle anderen Ventile (d. h. die Einlaßventile CV-2A, CV-4B, CV-6C, CV-8D, CV-IA, CV-3B, CV-5C und CV-7D, das Mischventil 128 und das Gemischauslaßventil 129) sind geschlossen. Die Pumpe 10' wird eingeschaltet und pumpt durch die Leitung II¹ Gas aus dem Druckbehälter 20' durch die Leitungen 12' und 13' in den

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Sammelkanal 111, aus welchem es über die Ventilbohrung 113_7ü in den Entlüftekanal 112p (Figo 5) gelangt und abströmt»

Phase "2: Nachdem der Druckbehälter 20° und die gesamte Einrichtung evakuiert worden sind_s wird das Entlüfteventil geschlossen und das Mischventil 128 geöffnet» Außerdem wird nunmehr das Einlaßventil CV=IA geöffnet und das die Gemischkomponente mit dem größten Anteil in dem herzustellenden Gemisch bildende Gas A strömt mit verhältnismäßig großem Durchsatz durch den Gaseinlaß IA in den Sammelkanal 111 ein₃ aus welchem es durch das Mischventil 128 und die Leitung 14' in den Druckbehälter 20⁵ gelangt» Danach wird das Mischventil 128 wieder geschlossen und das Entlüfte ventil 130 wieder geöffnet_s die Pumpe 10⁸ erneut eingeschaltet und der Druckbehälter 20· und die Einrichtung wieder evakuiert» Der Zyklus des Füllens des Druckbehälters 20' mit dem Gas A und das anschließende Evakuieren wird mehrere Male durchgeführt, bis im wesentlichen alle Spuren gasförmiger Verunreinigungen außer dem Gas A aus der Einrichtung herausgespült worden sind. Nach Beendigung dieses Spülvorgangs wird das Entlüfteventil 130 wieder geschlossen. Die auf einen niedrigen DrucK von beispiesweise 0,35 bar evakuierte Einrichtung ist nun für die Aufnahme der ersten Gemischkomponente, nämlich des

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Gases A, vorbereitet.

Phase 3: Das Mischventil 128 wird wieder geöffnet. Sodann wird das Einlaßventil CV-IA geöffnet und das Gas A strömt in den Sammelkanal 111 ein und von diesem durch das Mischventil 128 und die Leitung 14' in den Druckbehälter 20', bis der vorgewählte Druckpegel von beispielsweise 3*5 bar erreicht ist, wonach das Einlaßventil CV-IA wieder geschlossen wird. Das Gas erwärmt sich dabei etwas und beim nachfolgenden Abkühlen des Gases sinkt der Gasdruck im Druckbehälter 20' wieder etwas unter den gewählten Druckpegel ab. Demzufolge wird weiteres Gas A durch das Einlaßventil CV-2A zugegeben, bis der Druck den vorgewählten Druckpegel wieder erreicht hat. Nach dem Schließen des Einlaßventils CV-2A fällt der Druck infolge der Abkühlung des Gases im Druckbehälter wiederum unter den gewählten Druckpegel ab, weshalb noch einige Male immer kleiner werdende zusätzliche Mengen des Gases A durch das Ventil CV-2A eingeleitet werden, bis schließlich der Gasdruck nach dem Abkühlen des Gases auf dem vorgewählten Druckpegel bleibt. Sodann wird das Einlaßventil CV-2A geschlossen.

Phasen 4 bis 6: Sodann werden nacheinander die Gase B, C und D durch entsprechende Betätigung der Ventile CV-3B und

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CV-4B, der Ventile CV-5C und CV-6C, und der Ventile CV~7D und CV-8D eingeleitet. Nachdem sich nach der letzten Zugabe der letzten Gemischkomponente D der Gleichgewichtszustand eingestellt hat, wird das Einlaßventil CV-8D geschlossen und die Pumpe 10^f eingeschaltet, um das aus den Komponenten A, B, C und D bestehende, noch inhomogene Gemisch durch die Einrichtung und den Druckbehälter 20⁹ hindurchzuzirkulieren, bis das Gemisch vollständig homogen ist. Dabei zirkuliert die Pumpe 10' die Gase durch die Leitungen 12· und 13'_s den Sammelkanal 111 der Ventilanordnung 100, das geöffnete Mischventil 128, die Leitung 14', den Druckbehälter 20^s und die Leitung 11' wieder zurück zur Pumpe 10Ό Nach vollständiger Homogenisierung des Gasgemisches wird die Pumpe wieder abgeschaltet.

Phase 7: Nunmehr kann das Gemischauslaßventil 129 geöffnet werden und, während das Mischventil 12 8 geöffnet ist und alle anderen Ventile geschlossen sind,, kann das fertige Gasgemisch aus den Gasen A, B, C und D als Produkt mittels der Pumpe 10' abgezogen werden.

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Claims

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Patentansprüche

' 1.) Einrichtung zur Erzeugung eines Eichgasgemisches bestimmter Zusammensetzung aus einer Anzahl von jeweils gesondert zugeführten Gasen, insbesondere für analytiscne Instrumente, gekennzeichnet durch folgende Komponenten:

a) einen Druckbehälter (2O)₉ der eine Gasmischkammer bildet und außerdem als Wärmeableiter wirKt, um die Uastemperatur während des Mischens der Gase im wesentlichen konstant zu halten,

b) eine Pumpe (10), die über eine Leitung (11) mit dem Druckbehälter verbunden ist,

c) ein Mischventil (Ib)₉ das über entsprecnencte Leitungen (12, 13, 14) in einem geschlossenen Kreis mit der Pumpe und dem Druckbehälter in Reihe geschaltet ist und das zum Homogenisieren des mittels der Pumpe durcn den xvreis hindurchzirkulierten Gasgemisches dient_s

d) ein Entlüfteventil (17)₉ das stromab des Druckbenälters und des Mischventils an den Kreis angeschlossen ist und zum Entleeren des Druckbenälters mittels der Pumpe bei geschlossenem Mischventil dient,

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e) einen Druckwandler (19)* der den Gasdruck im Druckbehälter mißt und ein entsprechendes Ausgangssignal liefert,

f) eine Anzahl von Einlaßventilen (15) für die zu mischenden Gase, die jeweils einerseits an eine entsprechende Gasquelle und andererseits an den Kreis angeschlossen sind, und

g) ein Produktaus laßventil (18) zur Entnahme des fertigen Gasgemisches.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse des Druckbehälters (20) groß mit Bezug auf die Masse der aufzunehmenden Gase ist und bei einem Druckbehältervolumen von 20 1 mindestens 10 kg oeträgt und bei größerem Druckbehältervolumen dazu proportional größer ist.
3. Verfahren zum Herstellen eines Eichgasgemisches mittels einer Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Durchspülen der Mischkammer unter Verwendung einer ersten Gemischkomponente als Spülgas zur Beseitigung von Verunreinigungen aus der Mischkammer,

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b) Evakuieren der Mischkammer auf einen vorgegebenen niedrigen Anfangs druck,

c) Einleiten der ersten Gemischkomponente in die Miscnkammer, bis der Gasdruck in der Mischkammer auf einen ersten vorgegebenen Druckpegel angestiegen ist_s

d) Einleiten einer zweiten Gemischkomponente in die Mischkammer, bis der Gasdruck in der Mischkammer auf einen vorgegebenen zweiten Druckpegel weiter angestiegen ist,

e) Umwälzen der Gase in der Mischkammer zur herstellung eines homogenen Gasgemisches, und

f) Entnahme des fertigen Gasgemisches aus der Mischkammer.,
4. Verfahren nach Anspruch 2₉ gekennzeichnet durcn folgenden zusätzlichen Verfahrensschritt:

dl) Einleiten einer oder mehrerer weiterer Gemiscnkomponenten in die Mischkammer, indem jede weitere Gemischkomponente gesondert eingeleitet wird, bis der absolute Gasdruck in der Mischkammer bis auf einen entsprechenden höheren Druckpegel angestiegen ist.

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5· Ventilanordnung für eine Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgende Komponenten:

a) Ein Gehäuse (110) in Form eines länglichen Gehäuseblockes, in welchem gebildet sind:

al) Ein in Längsrichtung durch den Gehäuseblock hindurchlaufender Entlüftekanal (112), der in einem an einem Ende des Gehäuseblockes angeordneten Auslaß endigt,

a2) Ein Sammelkanal (111), der ebenfalls in Längsrichtung durch den Gehäuseblock hindurch und parallel zum Entlüftekanal verläuft sowie in einer an dem genannten einen Ende des Gehäuseblockes angeordneten Anschlußöffnung endigt, und

a3) Eine Anzahl von mit gegenseitigen Abständen angeordneten, jeweils mit einem Ventilsitz versehenen Ventilöffnungen (II3), die jeweils von einer Seitenfläche des Gehäuseblockes aus quer durch den Entlüftekanal hindurch verlaufen und in den Sammelkanal ausmünden,

b) Ein Mischventil (128), das einer der Ventilöffnungen zugeordnet ist und wahlweise geöffnet und geschlossen

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werden kann, um den S amme Ik an al in oder außer Verbindung mit einer dem Mischventil zugeordneten Anschlußöffnung zu bringen,

c) Ein Gemischauslaßventil (129), das einer weiteren Ventilöffnung zugeordnet ist und wahlweise geöffnet und geschlossen werden kann, um den Sammelkanal in oder außer Verbindung mit einem dem Cremischauslaßventil zugeordneten Gemischauslaß zu bringen,

d) Ein Entlüfteventil (13O)₃ das ebenfalls einer der Ventilöffnungen zugeordnet ist und wahlweise geöffnet una geschlossen werden kann, um den Sammelkanal in oder außer Verbindung mit dem Entlüftekanal zu bringen, und

e) Eine Anzahl von Einlaßventilen (CV)₃ die jeweils einer der übrigen Ventilöffnungen zugeordnet sind und unabnängig voneinander wahlweise geöffnet und geschlossen werden können, um einen dem betreffenden Einlaßventil zugeordneten (Jaseinlaß (1 bis 8) in oder außer Verbindung mit dem Sammelkanal zu bringen«,
6. Ventilanordnung nach Ansprucn 5 _s dadurch gekennzeichnet, daß zwei beiderseits des Sammelkanals (111) verlaufende Entlüftekanäle (112) vorgesehen sind, die jeweils

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an dem genannten einen Ende des Gehäuseblockes (110) in einem Auslaß endigen, und daß die Ventilöffnungen von beiden Seiten des Gehäuseblockes aus jeweils quer durch einen der beiden Entlüftekanäle hindurchverlaufen und in den Sammelkanal ausmünden.
7. Ventilanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß an dem anderen, von der Anschlußöffnung des Sammelkanals (111) abgewandten Ende des Gehäuseblocks (110) eine durch eine Stirnwand (119) abgeschlossene Kammer (124) gebildet ist, die mit dem Entlüftekanal (112) bzw. den Entlüftekanälen in Verbindung steht und durch eine bei unzulässigem Überdruck im Sammelkanal brechende Membran (120) von dem von der Anschlußöffnung ab gewandten Ende des Sammelkanals getrennt ist.
8. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß das Mischventil (128), das Gemischauslaßventil (129), das Entlüfteventil (130) und die Einlaßventile (CV) jeweils einen mit dem Ventilsitz der zugehörigen Ventilöffnung (113) zusammenwirkenden Ventilkolben aufweisen.
9. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßventile (CV) für jedes ■

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zu mischende Gas ein Einlaßventilpaar (z.B, CV-IA, CV-2A) aufweisen, wobei das eine Einlaßventil (CV-IA) dieses Ventilpaars für die schnelle Einleitung großer Gasvolumen und das andere Einlaßventil (CV-2A) des Ventilpaars für die feindosierbare Einleitung kleinerer Gasvolumen ausgelegt ist.
10. Ventilanordnung nach Anspruch 9_S dadurch a^eicenn~ zeichnet, daß die beiden Einlaßventile der jeweils einem der zu mischenden Gase zugeordneten Einlaßventilpaare beiderseits des Gehäuseblockes (110) angeordnet sind»

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