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B e s c h r e i b u n g
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Die vorliegende Erfindung ist auf eine Sicherheitsvorrichtung zum
Schutze der Gasleitungen von Schweiß-, Schneid- und Lötgeräten vor Explosionen,
Gasrücktritten und Gasgemischbildungen bezogen. Anlagen, in welchen Brenngase mit
Druckluft oder Sauerstoff verbrannt werden, sind grundsätzlich explosionsgefährdet
und unterliegen strengen Sicherheitsbestimmungen. Durch Gasrücktritte können in
den Zuleitungen und sogar in den Gasspeichern und Gaserzeugungsanlagen zündfähige
Gasgemische entstehen.
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Zum Schutze gegen diese Gefahren sind Sicherheitsvorrichtungen bekannt,
in welchen Druckentlastungsventile den durch Gasrücktritte entstehenden Gegendruck
begrenzen, während druckgesteuerte Selbstschlußventile bei einem kritischen Gegendruck
die Gasleitung in Betriebsströmungsrichtung versperren und die Wiederöffnung der
Gaszuleitung nach dem Druckabfall mittels eines Handgriffs ermöglichen. Ferner gibt
es temperaturgesteuerte Selbstschlußventile, welche bei Überschreitung der höchstzulässigen
Temperatur in der Gasleitung den Gasweg in der Sicherheitsvorrichtung derart verschließen,
daß diese nicht mehr benutzt werden kann, sondern ausgetauscht und an den Hersteller
zurückgesandt werden muß.
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Die bisher bekannten Sicherheitsvorrichtungen weisen jedoch erhebliche
Nachteile auf. Das bekannte, an dem Gasaustrittskanal der Sicherheitsvorrichtung
angeschlossene Druckentlastungsventil darf sich nur bei einem abnorm starken Überdruck
öffnen, nicht aber bei einem
stark erhöhten Betriobsdruck. Hieraus
ergibt sich, daß die Ventilföder sehr stark sein muß, da der Betriebsdruck oft erhebliche.
Schwankungen aufweist. Ganz abgesehen davon, daß dadurch die Dichtscheibe des Ventilkolbens
in der Ruhestellung (bei druckloser Anlage) mit großer Kraft an den Ventilsitz herangedrückt
und dadurch stark abgenutzt und deformiert wird, muß ein Gasrücktrittsdruck schon
eine erhebliche Größe aufweisen, um das Druckentlastungsventil in Funktion zu setzen.
Noch nachteiliger ist die Tatsache, daß das Ventil wegen des starken Federdrucks
schnell wieder schließt, lange bevor der Gasrücktrittsdruck wirklich ausgeglichen
worden ist. Der Druckausgleich ist daher unvollständig. Nach einem Gasrücktritt
mit anschliessender Explosion bleibt von dem verbrannten Gemisch zu viel in der
Sicherheitsvorrichtung zurück, weil das Druckentlastungsventil vorzeitig schließt.
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Dieser Nachteil verringert die Effektivität der Selbstschlußeinrichtung.
Die unvollständige Druckentlastung am Druckentlastungsventil führt dazu, daß im
System Caseinlaßventil-Gasrückströmventil auch nach Wirksame werden des Druckentlastungsventils
ilniner noch ein Rücktrittsdruck herrscht, der höher ist als der Betriebsdruck.
Der Anmelder der DE-AS 12 38 412 hat diesen Nachteil in seiner Bedeutung erEannt
und läßt das Druckentlastungsventil nach dessen Öffnung mittels eines federbelastetej
Sperrbolzens schnappartig verriegeln.
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Diese Maßnahme löst aber das Problem nur unvollständig, denn der Schweißer
muß entriegeln, und zwar noch bevor das Frischgas aus dem Druckentlastungsventil
entweicht. Zudem steht die Schnappverriegelung unter sehr hoher Federspannung.
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Vor allem aber ist der Übelstand nicht beseitigt worden, daß nur ein
großer Rücktrittsdruck imstande ist, daß Ventil überhaupt zu öffnen, so wenig wie
die deformierende Wirkung der starken Ventilfeder auf die Dichtscheibe des Ventilkolbens.
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Zum Stand der Technik wird auf die DE-PS 15 29 121 und DE-OS 24 53
078 sowie auf den Aufsatz KARLOFF "Sicherheitseinrichtungen für Azetyleneinzelflaschenanlagen"
Der Praktiker, 10/1979, hingewiesen. Bei diesen bekannten Vorrichtungen wird bei
Gasrücktritten und Explos ionen der druckgesteuerte Selbstachluß mechanlisch arretiert
(Kugelsperre); nach dem Druckausgleich muß die mechanische Sperre von Hand beseitigt
werden, indem gegen den Frischgasdruck und die Federbelastung der Kugeln ein Handhebel
zu bedienen ist. Bei einem hohen Frischgasdruck ist dies nicht möglich; der Schweißer
muß mithin vorher den Zuströmdruck drosseln.
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Gasrücktritte sind jedoch manchmal zeitraubend. Wenn mit langen Schläuchen
gearbeitet wird, wie z.B. an einem Schiffsrumpf, war der Schweißer bisher gezwungen,
bei jedem Gasrücktritt zu der Sicherheitsvorrichtung hinzugehen, gegebenenfalls
über eine längere Leiter; das kostete Arbeitszeit und Nerven.
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Stellt sich in einer Sicherheitsvorrichtung ein Nachbrand ein, wird
mit Hilfe eines temperaturgesteuerten .Selbstschlußventils eine Barriere zwischen
dem Nachbrand und dem Frischgas errichtet, indem die überhöhte Temperatur im Nachbrandbereich
einen Schmelzkörper zum Schmelzen bringt und damit den Weg für den federbelaeteten
Ventilschluß freigibt. Zur Erneuerung des
Schmelzkörpers war es
bisher erforderlich, nach einem solchen Vorgang die gesamte Sicherheitsvorrichtung
auszutauschen und sie an den Hersteller zurückzusenden.
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Um dieses zu vermeiden, ist es neuerdings vorgeschlagen worden (DE-OS
29 20 397), in die Sicherheitsvorrichtung einen aus einem Hartwachs bestehenden
Ausdehnungskörper einzubauen, dessen Schmelzpunkt zwischen 1000 und 2500C liegt,
und der sich nur in Schließrichtung des Gasrücktrittsventils (Text der Vorveröffentlichung
'tRückschlagventils") ausdehnen kann. Unter dem Einfluß eines Nachbrandes erfolgt
eine so starke Ausdehnung des Hartwachses, daß das Gasrücktrittventil über einen
zwischen Ausdehnungskörper und Ventil zwischengeordneten Kolben geschlossen wird.
Nach Abkühlung zieht sich der Ausdehnungskörper wieder zusammen; das Gerät ist wieder
verwendbar. Dieses Gerät arbeitet also vollautomatisch.
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Die Verwendung eines Ausdehnungskörpers als Sicherungsglied ist an
sich schon problematisch, da der Dehnweg bei den hier in Frage kommenden Dehnkörpergrößen
sehr kurz ist. Die Öffnungsweite des Ventils ist entsprechend begrenzt. Entscheidender
ist, daß die hier beschriebene Automatik cllne sehr große Gefahr darstellt, weil
das automatische Ventil sich selbsttätig wieder öffnet, wenn der Ausdehnungskörper
sich im Zuge der Abkühlung zusammengezogen hat. Dann nämlich strömt das Gas ungehindert
wieder durch das Ventil, und, da ein Nachbrand in den meisten Fällen die Folge eines
Schlauchbruchs#ist, durch den gerissenen oder abgerissenen Schlauch in den Raum
hinaus. Inzwischen wartet der Schweißer, der auf sein automatisches Sicherheitsgerät
vertraut, daß der
Schweißbrenner wieder funlcEloniert. Wonn nadh
e ! nJ ger Zeit nichts geschieht, geht er zu dem Sicherheitsgerät zurück, um nachzusehen.
In der Umgebung des Sicherheitsgeräts kann sich aber in der Zwischenzeit ein explosionsfähiges
Gasgemisch gebildet haben, das von irgend einer tündquelle veranlaßt, zur Explosion
gebracht werden kann; gegebenenfalls sogar vom Schweißer selbst durch elektrostatische
Entladung seiner Bekleidang oder durch Funkenbildung auf anderer Art, z.B.
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durch Hantierung mit Werkzeugen.
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Die vorliegende Erfindung hat #ur Aufgabe, erstens ein empfindlicheres
Druckentlastungsventil zu schaffen, das auf kleinere Unterschiede zwischen Betriebsdruck
und Rücktrittsdruck anspricht, ohne aber auf Betriebs druckschwankungen zu reagieren,
selbst wenn diese erheblich sind. Das Druckentlastungsventil soll nach Öffnung ndch
hinreichend lange offen bleiben, bis ein Druckausgleich tatsächlich erreicht ist.
Zum anderen aber soll die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglichen, daß der Selbstschluß
nach einem Gasrücktritt oder einer Explosion selbsttätig aufgehoben wird, also ohne
Mitwirkung des Schweißers.
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Schließlich soll es ermöglicht werden, nach einem temperaturgesteuerten
Selbstschluß auf der Grundlage leichtschmelzender Schmelzkörper der den Schmelzkörper
enthaltende Bauteil -an Ort und Stelle auszutauschen, ohne die Sicherheitsvorrichtung
ausbauen zu müssen.
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Hierbei darf nur der Selbstschluß automatisch erfolgen, während die
Wiederingangsetzung der Sicherheitsvorrichtung grundsätzlich ausschließlich von
Hand zu geschehen hat.
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Diese Erfindungsaufgaben werden dadurch gelöst, daß der Druckentlastungsventilkolben
im Kolbenzylinder über eine Hilfsflammensperre unmittelbar vom Betriebsgasdruck
beaufschlagt ist, während auf der Kolbenfläche am Ventilsitz der im Gasaustrittskanal
der Sicherheitsvorrichtung herrschende Druck ruht, wobei die wirksame Kolbenfläche
im Kolbenzylinder größer ist als der durch den Ventilsitz eingegrenzte wirksame
Kolbenquerschnitt, und die Kolbenfeder auch im drucklosen Zustand der Sicherheitsvorrichtung
den Ventilkolben gegen den clungswiderand der Kolbendichtung an den Ventilsitz herandrückt.
Gleichzeitig ist der Kolben des Gaseinlaßventils als ein nach beiden Enden hin offener,
zylindermantelförmiger Schieberventilkolben ausgebildet, welcher einen ringförmigen
Zwischenraum zwischen dem Gaseinlaßkolbenzylinder und der Wand des Vorrichtungsgehäuses
ventilartig öffnet und schließt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Gaseinlaßventilkolbenzylinder
in der Gestalt einer Zentralhülse an einer das Vorrichtungsgehäuse in eine Erste
Ventilkammer und eine Zweite Ventilkammer aufteilende Zwischenwand ausgebildet,
die ringförmig um den Kolbenzylinder angeordnete Gasdurchlaßbohrungen sowie einen
diese einschließenden Dichtsitz aufweist, wobei von mindestens einer der Gasdurchlaßbohrungen
eine Drosselbohrung unter den Dichtsitz zur Oberfläche der Zwischenwand führt.
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Eine andere günstige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung
sieht vor, daß das in die Zweite Ventilkammer hineinragende Ende des als Gas ein
laßventilkolben
wirkenden Schieberventilkolbens eine innenseitige, als Ventilsitz für den Gasrückströmventilkolben
ausgebildete Auskragung und eine nach außen gerichtete, mittels einer Dichtmembrane
gegen die ZwiSchenwand abgedichtete Auskragung besitzt, wobei der zylindermantelförmige
Schieberventilkolben den Gasrückströmventilkolben aufnimmt und mit Abstand umschließt,
welcher mit seinem Dichtring von einer Druckfeder an den Ventilsitz herangedrückt
ist und mit seiner Kolbenstange auf einem im Korpus der Hauptflammensperre verankerten
Schmelzkörper niedrigen Schmelzpunkts abstützt, wogegen eine zwischen der Hauptflammensperre
und der inneren Auskragung des Schieberventilkolbens eingespannte Druckfeder bestrebt
ist, den Schieberventilkolben weiter in die Erste Ventilkammer vorzuschieben.
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Die Hauptflammensperre kann zweckmäßig trichterförmig ausgebildet
sein und an der Trichterspitze einen Haltebecher tragen, in welche: der für die
thermische Steuerung zuständige Schmelzkörper eingesteckt es, und welcher die Kolbenstange
des Gasrückströmventilkolbens aufnimmt. An der der Hauptflammensperre zugewandten
Seite des Schieberkolbens kann ein mit Gasdurchgangsöffnungen versehener Kunststoffring
befestigt sein, um zu vermeiden, daß etwa eine funkenbildende Metallberührung zustande
kommt, wenn der Gaseinlaßventilkolben seine flammensperrennächste Position erreicht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine mit der
Kolbenstange gleichaxiale, dem Gasausgang der Zweiten Ventilkammer gegenüber liegende
Wand des
VorrichtungsgehEuses angeordnete Bohrung ein gegen die
Gehäusewand gasdicht abgedichtetes rohrförmiges Schmelzkörperelement eingeführt
und in eine an der Hauptflammensperre angeordnete, durch diese hindurch führende
Hülse eingeschraubt ist und eine Verlängerung der von dem Gasrückstromventilkolben
abgetrennten und in der Betriebssituation lediglich an diesem anliegenden Kolbenstange
aufnimmt, welche ebenfalls in der Betriebssituation bis zum äußeren Ende des Schmelzkörperelements
reicht, wobei die verlängerte Kolbenstange in demjenigen Teil des rohrförmigen Schmelzkörperelement,
der sich über den Gasausgang und dem Gasaustrittskanal befindet, mittels leichtschmelzenden
Lots in der Betriebsstellung fixiert ist.
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An dem Teil der verlängerten Kolbenstange, der sich in der Betriebssituation
gesehen über dem Gasausgang und dem Gasaustrittskanal befindet, kann ein mit Rundumnuten
versehener becherförmiger Befestigungskolben angeordnet sein, der mittels leichtschmelzenden
Lots an den Rundumnuten, dem Kolbenboden und dem Kolbenrand an der Zylinderwand
des Schmelzkörperelements festgelötet ist.
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Besonders günstig ist die Anordnung einer in der Betriebssituation
gesehen etwa über die Längsachse des Gasaustrittskanals befindlichen Einschnürung
am Schmelzkörperelement, deren offener Querschnitt gerade ausreicht, um den Durchgang
der verlängerten Kolbenstange reibungslos zu ermöglichen, wobei der Schmelzkörper
aus einem Hohlzylinder aus leichtschmelzenden Lot besteht, dessen Außenquerschnitt
dem offenen Querschnitt des
des Schmelzkörperelements und dessen
offenen Querschnitt dem Querschnitt der verlängerten Kolbenstange entsprechen.
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Die verlängerte Kolbenstange weist vorzugsweise mindestens eine Rundumausnehmung
auf, welche in der Betriebssituation gesehen unmittelbar an der Einschnürung des
Schmelzkörperelements anfängt und sich etwa in. der Länge des Selbstschlußweges
in Richtung Flammensperre erstreckt. Dabei kann der offene Querschnitt des hohlzylinderförmigen
Schmelzkörpers dem Querschnitt des verjüngten Teiles der verlängerten Kolbenstange
entsprechen und entlang von Mantellinien in zwei Halbzylinderteile aufgeteilt sein.
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Um einen Nachbrand auch ohne ausbaubares Schmelzkörperelement zu signalisieren,
kann in einer am Gasaustrittskanal des Vorrichtungsgehäuses, dem den Schmelzkörper
tragenden Haltebecher gegenüber angeordnete Bohrung ein federbelasteter Anzeigebolzen
mit einem Anzeigekragen angeordnet und gegen den Federdruck einer Druckfeder mittels
eines Befestigungslots aus bei niedriger Temperatur schmelzendem Lotmetall befestigt
sein.
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Aus führungsbeispiel In der Folge wird anhand der Zeichnungen ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und erläutert.
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Es zeigen: Figur 1 die erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung (Längsschnitt)
in der Ruhestellung, d.h. nicht unter Gasdruck, Figur 2 die Sicherheitsvorrichtung
Fig. 1 unter Betriebsdruck, Figur 3 die Sicherheitsvorrichtung Fig. 1 unter der
Einwirkung eines Gasrücktritts bzw. einer Explosion (druckgesteuerter Selbstschluß),
Figur 4 die Sicherheitsvorrichtung Fig. 1 in abgesperrtem Zustand nach kritischer
Überhitzung (thermischer Selbstschluß), Figur 5 die Sicherheitsvorrichtung unter
Betriebsdruck(Fig. 20 mit ausbaubarem Schmelzkörperelements Figur 6 die Sicherheitsvorrichtung
unter der Einwirkung eines Gasrücktritts bzw.
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einer Explosion, vgl. Fig. 3, ebenfalls mit ausbaubarem Schmelzkörperelement,
Figur
7 die Sicherheitsvorrichtung mit ausbaubarem Schmelzkörperelement nach einem Nachbrand,
Figur 8 eine andere Ausführungsform des ausbaubaren Schmelzkörperelements, in einem
Längs schnitt, Figur 9 eine vergrößerte Darstellung des innerhalb des gestrichelten
Kreises befindlichen Teils des Schmelzkörperelements Fig. 8, jedoc#h mit einem längsgeschnittenem
zylindermantelförmigen Schmelzkörper, vor der montagebedingten Erwärmung des Schmelzkörpers,
Figur 10 den auf Fig. 9 gezeigten Teil des Schmelzkörperelements nach der montagebedingten
Erwärmung des Schmelzkörpers und entsprechenden Verlötung der Kolbenstange an der
Innenwand des ~Schmelzkörperelements, Figur 11 einen in zwei Halbzylindermäntel
aufgeteilten Schmelzkörper in perspektivischer Sicht, Figur 12 eine vergrdßerto
Teilansicht des Schtnulzkörperelements Figuren 8 und 10 nach einem Nachbrand,
Figur
13 eine vergrößerte Teilansicht des Schmelzkörperelements Fig.8 mit auf die verlängerte
Kolbenstange aufschraubbarer Positionierungsscheibe, Situation nach einem Nachbrand
und Figur 14 eine vergrößerte Teilansicht des Schmelzkörperelements Fig.8 mit auf
der verlängerten Kolbenstange fest angeordneter Positionierungsscheibe und in Richtung
Flammensperre hin verschobener Einschnürung, wobei sich die Lötstelle zwischen Einschnürung
und Sechskantkopf befindet.
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Die auf den Figuren aufgeführten Bezugsziffer zeigen an:
Vorrichtungsgehäuse
Gasfilter am Gehäuseeingang Zweiggaskanal zum Druckentlastungsventil 6,8 Hilfsflammensperre
am Druckentlastungsventil 6,8 Kolbenzylinder des Druckentlastungsventils 6,8 Druckentlastungsventilkolben
Ventilfeder des Druckentlastungsventils 6,8 Dichtscheibe des Druckentlastungsventilkolbens
6 Gasaustrittskanal des Vorrichtungsgehäuses 1 Ventilsitz des Druckentlastungsventils
6,8 Stoßdämpferring am Druckentlastungsventilkolben 6 Gasauslaßöffnung im Kolbenzylinder
5
Hauptgaskanal im Vorrlchtungsgehäuse l Erste Ventilkammer des
Vorrichtungsgehäuses 1 Zweite Ventilkammer des Vorrichtungsgehäuses 1 Zwischenwand
des Vorrichtungsgehäuses Gaseinlaßkolbenzylinder (Zentralhülse an der Zwischenwand
16) Gasdurchlaßbohrungen in der Zwischenwand 16 Dichtsitz an der Zwischenwand 16
Dichtmanschette an der Zwischenwand 16, die Gasdurchlaßbohrungen 18 überdeckend
Drosselbohrung mit Kapillarröhre Zylindertopf am Vorrichtungsgehäuse 1 Kolbenstange
des Kolbentellers 24 Kolbenteller im Zylindertopf 22 Haube, über den Zylindertopf
22 gestülpt Druckfeder im Zylindertopf 22 Dichtbalg im Zylindertopf 22 kegelstumpfförmige
Ringe an der Kolbenstange 24 kegelstumpfförmige Ringe an der Buchse 30 Buchse, am
Boden des Zylindertopfes 22 ausgebildet Verjüngung am Hals des Zylindertopfes 22
Ringnut am Zylindertopf 22 O-Ring in der Ringnut 32 Schieberventilkolben des Gaseinlaßventils
17,34 Gasrückströmventilsitz am Schieberventilkolben 34 Auskragung (äußere) am Schieberventilkolben
34
Dichtmembrane am Schieberventilkolben 34 ringförmiger Gasraum
zwischen Dichtmembrane 37 und Zwischenwand 16 Umfangsnut am Schieberventilkolben
34 O-Ring in der Umfangsnut 39 Gasausgang der Zweiten Ventilkammer 15 Hauptflammensperre,
trichterförmig Haltebecher in der Trichteröffnung der Hauptflammensperre 42 Schmelzkörper
mit niedrigem Schmelzpunkt Druckfeder zwischen Schieberventilkolben 34 und Hauptflammensperre
42 Gas durchgänge am Kunststoffring 47 Kunststoffring am Schieberventilkolben 34
Kolbenstange des Gasrückströmventilkolbens 49 Gasrückströmventilkolben, becherförmig
Ventildichtung des Gasrückströmventilkolbens 49 Druckfeder zwischen Gasrückströmventilkolben
49 und Kolbenteller 24 Bohrung für Anzeigebolzen 54 Führungsbuchse. für Anzeigebolzen
54 Anzeigebolzen Befestigungslot für Anzeigebolzen 54 Kragen des Anzeigebolzens
54 Druckfeder des Anzeigebolzens 54
ringförmiger Zwischenraum zwischen
Oberkante Schieberventilkolben 34 und Vorrichtungsgehäusewand Gasdurchgang zwischen
Gasrückströmventilkolben 49 und Schieberventilkolben 34 (nur Fig. 2) Schmelzkörperelement
für die Aufnahme der verlängerten Kolbenstange 48 , als Hohlzylinder Gewindestutzen
des Halterohrs 60, in Hülse 62 der Flammensperre 42 einschraubbar Hülse an der Trichterspitze
der Flammensperre 42 Dichtung zwischen Schmelzkörperelement 60 und Hülse 62 Bohrung
im Gshune II für das Schme lzkörpere lement 60' Sechskantkopf am Schmelzkörperelement
60 Dichtring zwischen Schmelzkörperelement 60 und Gehäuse 1 Zentralbohrung im Sechskantkopf
65 becherförmiger Befestigungskolben an der verlängerten Kolbenstange 48 Rundumnuten
am Außenumfang des Befestigungskolbens 68 Schmelzlot in den Rundumnuten 69 sowie
zwischen dem Kolbenboden 68 und der Zylinderwand des Schmelzkörpers 60 Begrenzungsscheibe
an der Kolbenstange 48 Endstück der Kolbenstange 48, mit,Farbsiqnal Einschnürung
am Schmelzkörperelement 60
Rundumausnehmungen an der verlängerten
Kolbenstange 48 Schmelzkörper, zylindermantelförmig innere Rundnuten am Schmelzkörper
75, wenn dieser in zwei Hälften aufgeschnitten ist Zwischenstück der Kolbenstange
48 zwischen zwei Rundausnehmungen 74 Positionsmarkierung an der verlängerten Kolbenstange
48 Gewinde am äußeren Ende der verlängerten Kolbenstange 48 Positionsscheibe am
Außenende der Kolbenstange 48 Zentralausnehmung am Sechskantkopf 65, zur Aufnahme
der Positionsscheibe 80
Fig. 1 zeigt die Sicherheitsvorrichtung
in der Ruhestellung, also druckneutral. Am Gasanschluß des Vorrichtungsgehäuses
1 ist ein Gasfilter 2 angeordnet.
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Von dort führt ein Zweiggaskanal 3 über eine Hilfsflammensperre 4
in den Innenraum eines Kolbenzylinders 5, in welchem ein Druckentlastungsventilkolben
6 gegen die Federkraft eines Ventilfeders 7 längsverschiebbar angeordnet ist und
mit einer Dichtscheibe 8 auf einem im Gasaustrittskanal 9 des Vorrichtungsgehäuses
1 ausgebildeten ringförmigen Ventilsitz 10 aufliegt. Hierbei ist der von dem ringförmigen
Ventilsitz 10 eingefaßte Kolbenquerschnitt kleiner als der im Kolbenzylinder 5 wirksame
Querschnitt des Druckentlastungsventilkolbens 6. An dem der Hilfsflammensperre 4
zuqewandten Ende des Kolbenzylinders 5 ist ein Stoßdämpferring 11 befestigt. Alrl
Ventilsitz 10 weist der Kolbenzylinder 5 eine Gasauslaßöffnung 12 auf, welche mit
einem großen Querschnitt ins Freie führt.
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Vom Gasfilter 2 führt ein Hauptgaskanal 13 in eine Erste Ventilkammer
14 des Vorrichtungsgehäuses 1.
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Zwischen der Ersten Ventilkammer 14 und der Zweiten Ventilkammer 15
ist eine Zwischenwand angeordnet, welche eine in die Erste Ventilkammer 1.4 hineinragende
zentrale, als beiderseitig offene Ga#einlaßventilzylinder ausgebildete Zentralhülse
17 aufweist. Um die Hülse 17 herum reiht sich in ringförmiger Anordnung eine Anzahl
Gasdurchlaßbohrungen 18, die von einem Dichtsitz 19 eingeschlossen sind. Auf dem
ringförmigen Dichtsitz 19 liegt eine an der Zentralhülse 17 befestigte
und
die Gasdurchlaßbohrungen 18 überlagernde Dichtmanschette 20 auf. Von einer Gasdurchlaßbohrung
18 führt eine enge Drosselbohrung 21 unter den Dichtsitz 19 in die Erste Ventilkammer
14 hinein; in die Drosselbohrung 21 ist ein Glaskapillarrohr (auf der Zeichnung
angedeutet) eingesteckt.
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In die Erste Ventilkammer 14 mündet eine als Zylindertopf 22 ausgebildete
Verlängerung des Vorrichtungsgehäuses 1 ein. Im Zylindertopf 22 ist eine mit einer
Kol} nsl-angca 23 versehener Kolbenteller 24 längsversclli<~bllcl# tlncaobracht.
An dem Ende der Kolbenstange 23, die durch eine Bohrung im Zylindertopfboden heraustritt,-
ist eine über den Zylindertopf übergestülpte.
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Haube 25 befestigt. Zwischen dem Boden des Zylindertopfes und dem
Kolbenteller ist eine Druckfeder 26 auf die Kolbenstange 23 aufgesteckt, die ferner
von einem elastischen Dichtbalg 27 umschlossen ist. Am Kolbenteller 24 weist die
Kolbenstange 23 zwei kegelstumpfförmige Ring 28 auf; am Zylindertopfboden ist eine
mit gleichen kegelstumpfförmigen Ringen versehene, die Bohrung für die Kolbenstange
23 enthaltende Buchse 30 aus--gebildet. Die kegelstumpfförmigen Ringe dienen zur
Befestigung des Dichtbalgs 27. Am Übergang zum Vorrichtungsgehäuse l weist der Zylindertopf
22 eine Verjüngung 31 auf, welche eine rote Färbung aufweist.
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Der Kolbenweg des Kolbentellers 24 ist durch den-Anschlag der Haube
25 auf den Boden des Zylindertopfes 22 begrenzt.
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An seinem kolbenstangenfernen Teil ist der Kolbenteller 24 als flacher
Kegelstumpf ausgebildet. Im Korpus des
Vorrichtungsgehäuses 1 ist
gegenüber dieser kegelstumpfförmigen Ausbildung eine Ringnut 32 eingearbeitet, in
welcher ein O-Ring 33 angeordnet ist, dessen Umfang geringfügig aus der Ringnut
heraus ragt.
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Von der Zweiten Ventilkammer 15 heraus ist ein als Gaseinlaßventilkolben
dienender, beiderseits offener zylindermantelförmiger Schieberventilkolben 34 in
die Zentralhülse 17 (den Gaseinlaßkolbenzylinder) eingesteckt, in welcher er sich
- zunächst ohne jegliche Dichtungen - bei geringem Roibungs wi der stand lring,-axial
verschieben kann. Der Gaseinlaßventilkolben wird der Übersichtlichkeit wegen in
der Folge stets als "Schieberventilkolben 34" bezeichnet, auch um die grundsätzliche
Bedeutung des Schieberprinzips für die Erfindung zu betonen.
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Der Schieberventilkolben 34 weist an seinem in der Zweiten Ventilkammer
15 befindlichen Teil eine nach innen ausgerichtete, als Gasrückströmventilkolbensitz
35 ausgebildete Auskragung und eine nach außen hin ausgerichtete Auskragung 36 auf,
welche über eine Dichtmembrane 37 gegen die Vorrichtungsgehäusewand ~ünd der Zwischenwand
16 abgedichtet ist.
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Zwischen der Dichtmembrane 37, dem Schieberventilkolben 34 und der.
Zwischenwand 16 befindet sich ein ringförmiger Gasraum 38, der über die Drosselbohrung
21 in ständiger Verbindung mit der Ersten Ventilkammer 14 steht. Eine Verbindung
über die Gasdurchlaßbohrungen 18 und der Zwischenwand 16 ist nur dann qeqeben, wenn
der Druck im Gasraum 38 den Druck in der Ersten Ventilkammer 14 übersteigt und die
Dichtmanschette 20 von dem Dichtsitz 19 abhebt. Als Teil des Gasraumes 38 erscheint
eine in
den Schieberventilkolben 34 eingearbeitete Umfangsnut 39,
welche einen O-Ring 40 aufnimmt, dessen Umfang geringfügig in den Gasraum 38 hineinragt.
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Die Zweite Ventilkammer 15 weist einen trichterförmigen Gasausgang
41 zu dem Gasaustrittskanal 9 des Vorrichtungsgehäuses 1 auf. In diesen Trichter
hinein ragt mit Abstand die ebenfalls trichterförmige, an der Innenwand des Vorrichtungsgehäuses
befestigte Hauptflammensperre 42, die in sonst bekannter Weise aus Sintermetall
(gesintertem Chromnickelstahl) gefertigt ist. In die Trichterspitze ist ein Haltebecher
43 aus Metall eingelassen, in dessen Bodenteil ei.n Schmelzkörper 44 aus einer schnellschmelzenden
Melallegierung (Schntolzpunkt ca. 900C) eingesteckt ist.
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Der Bodenteil des Haltebechers 43 ragt über die Hauptflammensperre
42 hinaus in die Trichteröffnung des Gasausganges 41 hinein.
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Zwischen der Hauptflammensperre 42 und dem Gasrückstromventilsitz
35 (Innenauskragung am Schieberventilkolben 34) ist eine Druckfeder 45 eingespannt.
An dem der Flammensperre 42 zugewandten Teil des Schieberventilkolbens 34 ist ein
mit Gas durchgängen 46 ausgerüsteter Kunststoffring 47 vorgesehen, welcher verhindert,
daß zwischen dem Schieberventilkolben 34 und der Hauptflammen-.
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sperre 42 eine Berührung Metall auf Metall stattfindet, die eine Funkenbildung
zur Folge haben könnte.
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In den Haltebecher 43 hinein ist mit Spiel die Kolbenstange 48 des
Gasrückströmventilkolbens 49 eingesteckt, die dort auf den Schmelzkörper auftritt.
An seinem anderen Ende trägt die Kolbenstange 48 den Gasrückströmventilkolben 49,
der becherfärmig ausgebildet ist und
einen viereckigen Außenquerschnitt
aufweist, wobei die Kanten des Viereckprismas an der Innenwand des Schieberventilkolbens
34 anliegen. Auf den Figuren 1 bis 4 ist die eine Seite des Viereckprismasdem Beschauer
zugekehrt; der für die Funktion erforderliche Freiraum zwischen Schieberventilkolben
34 und Gasrückströmventilkolben 49 ist an beiden Seiten des Gasrückströmventilkolbens
49 erkennbar. An dem Kolbenboden des Gasrückströmventilkolbens 49 ist ein Ventildichtring
50 verankert, welcher auf dem am Innenausgang des Schieberventilkolbens 34 ausgebildeten
Gasrückströmventils itz 35 aufliegt.
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Zwischen dem Kolbenboden des becherförmigen Gasrückströmventilkolbens
49 und dem Boden des Kolbentellers 24 ist eine Druckfeder 51 eingespannt, welche
die Kolbenstange 48 gegen den im Haltebecher 43 befindlichen Schmelzkörper herandrückt.
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Im Gasaustrittskanal 9 des Vorrichtungsgehäuses 1 ist gegenüber dem
trichterrohrförmigen Gasausgang 41 der Zweiten Ventilkammer 15 von außen her eine
Bohrung 52 angeordnet, in deren Mitte eine Führungsbuchse 53 ausgebildet ist. In
die Führungsbuchse 53 ist ein Anzeigebolzen 54 eingesteckt und an seinem dem Gasaustrittskanal
9 zugewandten Ende mit einem Lot 55 aus einer leicht schmelzenden Metallegierung
(Schmelzpunkt ca.
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90 C) an der Wand des Gasaustrittskanals 9 befestigt.
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Der Anzeigebolzen weist einen Kragen 56 auf, der von einer in der
Bohrung 52 eingelassenen Druckfeder 57 belastet ist. In der festgelöteten Position
fällt die Außenebene des Kragens 56 mit der Ebene der Außenwand
des
Vorrichtungsgehäuses 1 zusammen. Schmilzt das Lot, drückt die Feder 57 den Anzeigebolzen
aus dieser Ebene heraus.
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Figur 2 zeigt die Positionen der Vorrichtungselemente unter Betriebsdruck.
Das Betriebs gas - auch als Frischgas bezeichnet - wird durch das Gasfilter 2, den-Zweiggaskanal
3 und die Hilfsflammensperre 4 in den Kolbenzylinder 5 des Druckentlastungsventils
5,6,8 eingeleitet und drückt den Druckentlastungsventilkolben 6 über dessen Dichtscheibe
8 gegen den Ventilsitz 10. Gleichzeitig strömt das Gas durch den Hauptkanal 13 in
die Erste Ventilkammer 14 und weiter durch den ringförmigen Zwischenraum 58 zwischen
Kolbenteller 24 und Rand des Gaseinlaßkolbenzylinders(Zentralhülse) 17 in die offenen
Hohlräume des Schieberventilkolbens 34 und des Gasrückströmventilkolbens 49 hinein.
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Während der Gasrückströmventilkolben 49 dabei unbeweglich bleibt,
wird der Schieberventilkolben 34 gegen den Widerstand der Druckfeder 45 in Richtung
Hauptflammensperre 42 bewegt und gibt am Ventilsitz 35 einen ringförmigen Gasdurchgang
59 frei. Das Gas kann weiter an die Hauptflammensperre 42 heran und durch diese
hindurch in den Gasaustrittskanal 9 herausströmen.
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Auch strömt das Gas durch die Drosselbohrung 21 in den rlnqförrniq,on
Gasraum zwischen Dichtmembrane 37 und Zwi-:cllenwanc1 16 ein und wirkt zusätzlich
öffnend auf den Schieberventilkolben 34.
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Im Gasaustrittskanal 9 erzeugt das Gas einen Druck auf den Kolbenboden
des Druckentlastungsventilkolbens 6; dieser Druck ist - spezifisch in kp/cm2 gemessen
und von den Strömungswiderständen abgesehen - stets dem
spezifischen
Druck auf der anderen Kolbenseite gleich, und zwar auch bei Betriebsdruckschwankungen.
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Da der von dem ringförmigen Ventilsitz 10 eingerahmte Kolbenquerschnitt
kleiner ist als der wirksame Kolbenquerschnitt im Kolbenzylinder 5, drückt der Betriebsdruck
den Ventilkolben 6 gegen den Ventilsitz.
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Hierbei wird er von der Ventilfeder 7 unterstützt, die jedoch nur
so viel Federkraft besitzt, daß sie im drucklosen Zustand den Ventilkolben 6 gegen
den Widerstand der Kolbendichtungen zuverlässig an den Ventilsitz 10 heranbringt.
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Die im Druckentlastungsventilkolbenzylinder 5 erzeugte Druckkraft
(in kp) zusammen mit der Kraft der relativ schwachen Ventilfeder 7 ist mithin stets
eine unmittelbare Funktion des jeweils herrschenden Betriebsdrucks und wird an der
anderen Kolbenseite her von demselben Betriebsdruck entgegengewirkt. Der Vorteil
bei dieser Ventileinrichtung ist, daß der Druckentlastungsventilkolben 6 und dessen
Dichtscheibe 8 sowohl in der Betriebsstellung als auch in der drucklosen Ruhestellung
nur geringfügig belastet sind; die Dichtscheibe 8 wird nicht deformiert, und es
bedarf lediglich eines geringen, dem jeweiligen Betriebsdruck in genau demselben
Verhältnis überwindenden Rücktrittsüberdruck, um das Ventil zu öffnen. Umgekehrt
bleibt das Ventil so lange offen, bis das Druckverhältnis auf den Ausgangswert reduziert
worden ist, d.h. der Druckausgleich ist praktisch vollständig.
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Bei einem starken Gasrücktritt oder einer Explosion verhalten sich
die Vorrichtungselemente wie auf Figur 3 dargestellt. Der Druck trifft auf die Dichtscheibe
8
des Druckentlastungsventilkolbens 6 und hebt diesen gegen einen
relativ geringen Widerstand vom Ventilsitz ab. Der bei einer Explosion entstehende
harte Schlag des Druckentlastungsventilkolbens 6 auf den Kolbenzylinderboden wird
von dem Stoßdämpferring 11 soweit gemildert, daß keine Deformation eintritt. Die
Gasauslaßöffnung 12 gibt den Weg für den Überdruck frei, und der Druck fällt ab.
Wegen der geringen Federbelastung am Ventilkolben 6 bleibt das Drucken lastungsventil
solange offen, bis das normale Betriebsdruckverhältnis wiederhergestellt ist.
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Zurücktretende Gase passieren die Flammensperre 42 und drücken den
Schieberventilkolben 3,4 weiter in den Gaseinlaßventilzylinder 17 hinein, und zwar
bis zum Anschlag an dem Kolbenteller 24. Der Gasraum 38 zwischen Membrane 37 und
Zwischenwand 16 wird zusammengedrückt; das darin befindliche Gas entweicht durch
die Gas durch laßbohrungen 18 in die Erste Ventilkammer 14, indem der Gasdruck die
Dichtmanschette 20 von dem Dichtsitz 19 abhebt.
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Bei der Verschiebung des Schieberventilkolbens 34 wird erst der O-Ring
40 zwischen dem Schieberventilkolben 34 und der InnenWand des Gaseinlaßventilzylinders
17 dichtend eingeklemmt, dann erreicht der Schieberventilkolben 34 den O-Ring 33
und drückt diesen dichtend in die Rundnut 32 hinein. Der Schieberventilkolben 34
schiebt nun gegen den Widerstand der Druckfeder 26 den Kolbenteller 24 vor sich
her, und die Haube 25 verschiebt sich entsprecllend nach außen. Der Verschiebungsweg
des Schieberventilkolbens 34 endet dadurch, daß die äußere Auskragung 36 des Schieberventilkolbens
34 an die Zwischen-
wand 16 anschlägt. In dieser Position sperrt
der Schieberventilkolben 34 jeden Gasdurchgang zwischen der Ersten und der Zweiten
Ventilkammer 14,15, und zwar in jeder Richtung.
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Am Hals des Zylindertopfes 22 ist der Zugang zum Innenraum des Schieberventilkolbens
34 gasdicht versperrt; die Gasdurchlaßbohrungen 18 sowie die Drosselbohrung 21 sind
an der äußeren Auskragung 36 zugeschlossen, und zwar gasdicht, weil die Auskragung
selbst über die Dichtmembrane 37 abgedichtet ist.
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Zusammen mit dem Schieberventilkolben 34 wird der von ihm getragene
Gasrückströmventilkolben 49 verschoben, wobei die Druckfeder 51 zusätzlich. aufgespannt
wird.
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Die Kolbenstange 48 des Gasrückströmventilkolbens 49 hebt entsprechend
von dem Schmelzkörper 44 ab.
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Bei Explosionen wird der vorstehend beschriebene Verschluß durch
den Druck des heißen Gasgemisches bewirkt, welches jedoch von der Flammensperre
unter die Zündtemperatur des eingangsseitig anstehenden Gases abgekühlt worden ist.
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Nach einer Explosion muß die Frischgaszufuhr solange geschlossen bleiben,
bis sich die in der von der Explosion betroffenen Leitung befindlichen heißen Gase
oder glühenden Rußpartikel unter die Zündtemperatur abgekühlt haben, da sonst ein
Nachbrand entsteht.
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~Die erfindungsgemäße Vorrichtung trägt diesem Umstand Rechnung,
indem das Druckfedersystem des Schieberventilkolbens 34 und des Gasrückströmventilkolbens
49 entsprechend abgestimmt ist. Der Frischgasdruck wirkt nicht sogleich mit, denn
die Einwirkung des Frischgasdrucks auf den Schieberventilkolben 34 ist gleich Null,
da dieser
Druck radial auf die Kolbenwand auftritt. Die Definition
der Federkräfte der Druckfeder 26,45 und 51 ist wie folgt: die Druckfeder 26 muß
so stark sein, daß die Kolbenstange 23 des Kolbenteller 24 vom maximalen Betriebsdruck
nicht bewegt wird. Andererseits dürfen die Druckfedern 26 und 51 im gespannten Zustand
nicht imstande sein, von sich allein den Reibungswiderstand der O-Ringe 33,40 zu
überwinden, wenn der Schieberventilkolbn 24 von einem Gasrücktritt oder einer Explosion
in die Verschlußstellung gemäß Figur 3 geschoben worden ist. Dabei hat sich die
Feder 45 entspannt.
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Der Reibungswiderstand der O-Ring 33,40 wird erst überwunden, wenn
sich der Betriebsdruck über die Kapillare 21 unter zeitlicher Verzögerung im Raum
38 aufgebaut hat. Zum Verschieben des Schieberventilkolbens gegen die schwache Kraft
der Feder 45 in die Offenstellung ist also der Betriebsdruck erforderlich. Sollte
dieser extrem niedrig sein und seine Kraft trotz der großen beaufschlagten Fläche
der Membrane 37 nicht zum Verschieben des Schieberventilkolbens 24 ausreichen, kann
man durch Daumendruck auf die Haube 25 nachhelfen. Im Normalfall braucht der Schweißer
aber seinen Brenner nicht zu verlassen.
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Im Tempo der Auffüllung des Raumes 38 bewegt sich der Schieberventilkolben
34 weiter in Richtung Hau#tflammensperre 42, geschoben von dem Gasrückströmventilkolben
49, der wiederum von der Kraft der Druckfeder 51 bewegt wird. Dabei bleibt die Dichtung
35,50 geschlossen; das Frischgas kann in der Folge zwar aus der Ersten Ventilkammer
14 in den Hohlraum des Schieberventilkolbens 34 hinein, jedoch nicht weiter.
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Dieser Zustand verbleibt, bis die Kolbenstange 48 des Gasrückströmventilkolbens
49 auf den Schmelzkörper 44 auftritt. Dann steht der Gasrückströmventilkolben 49
fest; der Frischgasdruck in der Ersten Ventilkammer 14 treibt aber den Schieberventilkolben
34 weiter und öffflet den Gasdurchgang 58. Der Betrieb kann weitergehen.
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Die aus dem Gasrückströmventil und dem Gaseinlaßventil (Schieberventil)
gebildete Selbstschlußeinrichtung stellt mithin den Betriebszustand automatisch
wieder her, so lange der Schmelzkörper 44 intakt ist.
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Die automatische Wiederherstellung des Betriebszustandes nach einem
Gasrücktritt oder einer Explosion ist erfindungstypisch und nur deshalb möglich,
weil der in der Ersten Ventilkammer 14 herrschende Gasdruck zunächst keine in der
Verschiebungsrichtung wirkende Kraft auf den Schieberventilkolben 34 ausübt, sondern
radial auf dessen Zylinderwand einwirkt.
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Eine die Federn 26 und 51 unterstützende Kraft zum Verschieben des
Schieberventilkolbens 34 kann der Gasdruck erst entwickeln, wenn er über die Kapillare
21 allmählich im Raum 38 einen Druck aufgebaut hat.
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Es soll am Rande bemerkt sein, daß die ringförmige Öffnung 58 auch
anders gestaltet werden kann, z.B. indem der Gaseinlaßkolbenzylinder 17 bis zum
Anschlag auf die Wand des Vorrichtungsgehäuses 1 hochgezogen und am obe-#ren Teil
seines Umfanges mit Gasdurchgangsbohrungen versehen wird (nicht gezeichnet).
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Es geht aus der Beschreibung zur Figur 3 hervor, daß in Zukunft die
unvermeidlichen Gasrücktritte und Explosionen auch bei Anlagen mit langen Schläuchen
den Betrieb kaum aufhalten werden, da die Wiederherstellung
des
Betriebszustandes bei der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung automatisch erfolgt,
jedenfalls solange die Temperatur in der Vorrichtung die kritische Höchstgrenze
nicht überschreitet. Bei Überschreitung der höchstzulässiXen Temperatur tritt ein
Selbstschluß ein, der nicht automatisch zu beseitigen ist, weil der Schmelzkörper
44 ersetzt werden muß.
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Wie ein solcher Selbstschluß verläuft, ist auf Figur 4 därgestellt.
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Infolge der Übertemperatur schmilzt der Schmelzkörper t-4, und die
Druckfeder 51 schiebt den Gasrückströmventilkolben 49 und deren Kolbenstange 48
bis zum Anschlag auf den Boden des Haltebechers 43, wobei die geschmolzene Metallegierung
des Schmelzkörpers 44 in den Zwischenraum zwischen Haltebecherwand und Kolbenstange
abgedrängt wird.
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Der Gasrückströmventilkolben 49 schiebt über den Ventilsitz 35 den
Schieberventilkolben 34 vor sich her.
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Durch den Einfluß der Übertemperatur schmilzt auch das Befestigungslot
55, das den Anzeigebolzen 54 an der dünnen Bodenwand der Anzeigebohrung 52 festhält.
Unter der Einwirkung der Druckfeder 57 schnellt der Anzeigebolzen 54 aus der Bohrung
heraus und zeigt dem Schweisser den thermisch gesteuerten Selbstschluß an. Die Vorrichtung
ist unbrauchbar geworden und muß ausgetauscht werden.
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Wesentlich einfacher und auch billiger ist es, wenn der Schweißer
nach dem Erscheinen des Nachbrand-Signals nicht die gesamte Sicherheitsvorrichtung,
sondern lediglich den Teil der Sicherheitsvorrichtung austauschen muß, der den Schmelzkörper
enthält, und wenn er darüber
hinaus diesen Teil in der eigenen
Werkstatt wiederinstandsetzen kann. Ein solches Vorgehen setzt allerdings eine so
schnelle Reaktion auf den Nachbrand voraus, daß die Flammensperre nicht beschädigt
wird.
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Auf Figuren 5,6 und 7 ist eine Variante des Ausführungsbeispiels dargestellt,
welche ermöglicht, nach einem Nachbrand das Schmelzkörperelement (bisher Bezugsziffer
43#44,48) gesondert auszutauschen, ohne die gesamte Sicherheitsvorrichtung ausbauen
zu müssen.
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In dieser Version ist die Kolbenstange 48 des Gasrückströmventilkolbens
49 von diesem getrennt und liegt lediglich mit seinem einen Ende auf dessen Außenboden
auf. Die verlängerte Kolbenstange 48 wird an der Trichterspitze der trichterförmigen
Hauptflammensperre 42 in ein als Hohlzylinder ausgebildetes Schmelzkörperelement
60 eingeführt, das einen Gewindestutzen 61 aufweist, welcher in eine in der Trichterspitze
der Hauptflammensperre 42 befestigte Hülse 62 eingeschraubt und hier mittels einer
Dichtung 63 abgedichtet ist.
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Das Schmelzkörperelement 60 ist durch eine Bohrung 64 des Gehäuses
1 durchgesteckt; es weist einen Sechskantkopf 65 auf und ist mittels Dichtring 66
gegen das Gehäuse 1 gasdicht abgedichtet. Um das Schmelzkörperelement 60 aufzunehmen
und trotzdem Raum für den Gasdurchfluß zu schaffen, ist der Gasausgang 41 der Zweiten
Ventilkammer 15 entsprechend erweitert und besitzt einen größeren offenen Querschnitt
als der Gasaustrittskanal 9.
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Die Kolbenstange 48 ragt in eine Bohrung 67 des Sechskantkopfes 65
hinein und schließt in den auf Figuren 5 und 6 dargestellten Situationen bündig
mit diesem ab. Zwischen Sechskantkopf 65 und Gewindestut#en 61 ist an der Kolbenstange
48 eifl becherförmiger Befestigungskolben G8 angeordnet. Dieser Befestigungskolben
68 weist drei Rundumnuten 69 auf, an welchen der Befestigungskolben 68 mittels Schmelzlot
(Schmelzpunkt ca. 900C) an der Innenwand des Schmelzkörperelements 60 festgelötet
ist. Darüber hinaus ist der Kolbenaußenboden und der Kolbenrand mit Schmelzlot 70
an der Innenwand des Schmelzkörperelements befestigt.
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Das Schmelzkörperelement 60 bildet mit dem an ihm festgelöteten Kolben
68 und der verlängerten Kolbenstange 48 das austauschbare temperaturgesteuerte Selbstschlußelement.
Eine an der Kolbenstange 48 aufgesteckte und in der Betriebsstellung am Gewindestutzen
61 anliegende Begrenzungsscheibe 71 dient dazu, beim Löten die Lage des Befestigungskolbens
68 im Schmelzkörperelement 60 zu fixieren.
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Figur 7 zeigt die Situation bei einem Nachbrand. Die im Gasaustrittskanal
9 und im Gasausgang 41 der Zweiten Ventilkammer vorhandenen Flammen erwärmen das
Schmelzkörpe#relement 60 auf die kritische Temperatur und bringen das Schmelzlot
70 zum Schmelzen. Die Becherform des Befestigungskolbens 68 vermindert die Wärmeabsorption
durch die Metallmasse der verlängerten Kolbenstange 48 und e#rmöglicht eine entsprechend
schnelle Auslösung der Verschiebung der Kolbenstange.
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Unter der Einwirkung der Druckfeder 51 wird der Gasrückströmkolben
49 auf den Ventilsitz 35 gedrückt und unter-
bricht hier den Gasdurchfluß.
Nachdem die verlängerte Kolbenstange 48 nicht mehr die Bewegung des Gasrückströmventilkolbens
49 in Richtung Flammensperre verhindert, schiebt er über den Ventilsitz 35 den Schieberventilkolben
34 vor sich her bis zum Anschlag des Ringes 47 auf die Flammensperre 42. Die Trennung
der Ersten Ventilkammer von der Zweiten Ventilkammer ist vollständig.
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Diese Trennung wird aber nicht automatisch behoben; mithin ist ein
unbeabsichtigtes Ausströmen von Gas nicht möglich. Der Gasrückströmventilkolben
49 hat die nunmehr längsaxial beweglich gewordene verlängerte Kolbenstange 48 vor
sich hergeschoben, die mit ihrem rotgefärbten Endstück 72 aus der Bohrung 67 des
Sechskantkopfes 65 herausgetreten ist und dem Schweißer den temperaturgesteuerten
Selbstschluß der Sicherheitsvorrichtung anzeigt. Um die Sicherheitsvorrichtung wieder
zu aktivieren, stellt der Schweißer zunächst den Gasstrom ab. Danach schraubt er
das Schmelzkörperelement 60 an dessen Sechskantkopf 65 heraus und bringt ein neues
Schmelzkörperelement 60 ein. Der Schweißbetrieb kann weitergehen.
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Eine weitere Variante des austauschbaren Schmelzkörperelements 60
ist auf Figuren 8 bis 12 dargestellt. An dem Schmelzkörperelement 60, das die Kolbenstange
48 mit Abstand umschließt, ist in der Betriebsstellung etwa über der Mittelachse
des Gasaustrittskanal 9 eine Einschnürung 73 ausgebildet, deren engster Querschnitt
dem Querschnitt der verlängerten Kolbenstange 48 insoweit entspricht, daß die Kolbenstange
sich gerade reibungsfrei durch die Einschnürung verschieben läßt.
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Wie in dem vorherigen Beispiel ist die verlängerte Kolbenstange 48
von dem Gasrückströmventilkolben 49 getrennt und liegt in der Betriebsstellung lediglich
auf diesem auf. Ferner sind an der Kolbenstange 48 zwei Rundumausnehmungen 74 eingedreht,
die sich in der Betriebsstellung kurz vor der Einschnürung 73 befinden.
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Bei der Montage des Schmelzkörperelements 60 wird der Schmelzkörper
75, der in dieser Variante aus einer nach zwei Mantellinien aufgeschnittenen zylindrischen
Hülse besteht, unmittelbar während des Einsteckens der Kolbenstange 48 in das Schmelzkörperelement
60 in die Rundausnehmungen 74 eingelegt und im Zuge des Einsteckens in diesen festgehalten,
indem an der Innenwand des Schmelzkörpers befindliche Rundnuten 76 das zwischen
den Rundnutausnehmungen 74 an der verlängerten Kolbenstange 48 verbliebene Zwischenstück
77 aufnehmen.
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Wenn der hülsenförmige Schmelzkörper 75, dessen Querschnitt den offenen
Zylinderquerschnitt des Schmelzkörperelements 60 gerade verschiebbar ausfüllt, zum
Anschlag an die Einschnürung 73 gelangt, soll die Außenfläche des Sechskantkopfes
65 und die Endfläche der verlängerten.Kolbenstange 48 in der gleichen Ebene liegen.
Man stellt dann das Schmelzkörperelement senkrecht auf eine horizontale Fläche und
setzt eine Lötflamme an derjenigen Stelle des Schmelzkörperelements 60 an, die sich
unmittelbar neben der Einschnürung 73 befindet. Dabei schmilzt der Schmelzkörper
75 und lötet die verlängerte Kolbenstange 48 mit der Innenwand des Schmelzkörperelements
60 zusammen; diese Verlötung ist auf Figur 10 dargestellt.
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Wegen der Rundumausnehmungen 74 wird die Verlötung von der auf die
Lötverbindung einwirkenden, sehr beachtlichen Scherenkraft der Druckfeder 51 nicht
gefährdet. Außerdem schließt die Verlötung den zwischen Kolbenstange und Schmelzkörperelement
vorhandenen offenen zylindermantelförmigen Raum nach außen hin gasdicht ab.
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Figur 12 zeigt die Situation des Schmelzkörperelements 60 nach einem
Nachbrand. Beim Überschreiten der kritischen Temperatur schmilzt die Lötmasse und
gibt den Weg für die verlängerte Kolbenstange 48 frei, die unter der Einwirkung
des Federdrucks der Druckfeder 51 und des Betriebsdrucks nach außen getrieben wird.
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Die Rundumausnehmungen 74 vermindern die am Schmelzkörper 75 anliegende
Metallmasse und setzen die Wärmeabsorption durch die Masse der Kolbenstange 48 entsprechend
herunter.
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Das rotgefärbte Endstück 72 der verlängerten Kolbenstange 48 signalisiert
dem Schweißer den Nachbrand. Er stellt sofort die Gaszufuhr ab, schraubt das Schmelzkörperelement
60 aus und ein neues Schmelzkörperelement ein. Wenn ausnahmsweise kein solches mehr
im Betriebslager vorhanden sein sollte, kann das ausgeschraubte Schmelzkörperelement
notfalls in der betriebseigenen Werkstatt durch Erwärmung von den Lötresten befreit
und mit einem neuen Schmelzkörper 75 versehen werden.
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#Die Gasdichtheit des wiederh< rcjestelltet# Schmelzkörperelements
60 muß dann in jcdclm Pall mittels Luftdrucks in Wasser o.dgl. sorgfältig geprüft
werden.
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Der Zweck der auf Fig.11 dargestellten Zweiteilung des zylindermantelförmigen
Schmelzkörpers 75 ist, den
Schmelzkörper in den durch die Rundumausnehmungen
74 der verlängerten Kolbenstange 48 geschaffenen zylindermantelförmigen Raum formschlüssig
einbringen zu können. Demselben Zweck dienen die inneren Rundnuten 76 am Schmelzkörper
75, die das zwischen den Rundumausnehmungen 74 verbliebene Zwischenstück 77 aufnehmen.
Durch die Einbringung des Schmelzkörpers 75 in den von den Rundumausnehmungen 74
gebildeten Freiraum ist der Schmelzkörper formschlüssig mit der Kolbenstange verbunden.
Die Position des Schmelzkörpers im Schmelkörperelement 60 wird automatisch genau
fixiert, nämlich durch den Anschlag des in den Rundumausnehmungen fest eingebundenen
Schmelzkörpers an die Einschnürung 73.
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an kann aber auch den Schmelzkörper 75 als einfache beiderseits offene
Zylinderhülse gestalten, deren Außenquerschnitt den offenen Querschnitt des Schmelzkörperelements
60 und deren offenen Querschnitt dem Querschnitt der verlängerten Kolbenstange 48
entsprechen.
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Nach Einbringung des Schmelzkörpers in das Schmelzkörperelement 60
ist es jedoch erforderlich, mittels einer zwischen 5chmelzkörperelement und Kolbenstange
einzuführende rohrförmige Lehre die richtige Position des Schmelzkörpers an der
Einschnürung sicherzustellen. Nach der Verlötung des Schmelzkörpers 75 ist eine
Loslösung der Kolbenstange 48 durch die von der Druckfeder 51 ausgehenden Scherenkräfte
nicht mehr möglich, wie Figur 10 zeigt.
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Soweit die Federkraft der Druckfeder es erlaubt, kann man sogar auf
die Rundumausnehmungen 74 an der verlängerten Kolbenstange 48 verzichten; um die
immer noch dann vorhandene Scherenwirkung der Druckfeder 51 aufzufangen, ist es
zweckmäßig, die Kolbenstange 48 an der betreffende Stelle mit Querrillen zu versehen
oder zumindest aufzurauhen.
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Abschließend soll der Vollständigkeit halber vermerkt werden, daß
nach dem Einschrauben des Schmelzkörperelements 60 in die Hülse 62 (vgl Fig.8) das
am Gasrückströmventilkolben 49 anliegende Ende der Kolbenstange 48 eine stets gleiche
Position einzuhalten hat, d.h.
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der Abstand zwischen der Außenwand des Gehäuses 1 am Mittelpunkt der
das Schmelzkörperelement 60 aufnehmenden Bohrung 64 und dem Gasrückströmventilkolben
49 muß bei jedem neu eingeschraubten Schmelzkörperelement gleich groß sein.
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Obwohl die Druckfeder 51, die stärker ist als die Druckfeder 45, stets
den Gasrückströmventilkolben 49 an den Ventilsitz 35 herandrücken wird, bedeutet
eine zu lange oder zu kurze Kolbenstange 48 Änderungen an der Abstimmung des Ventilfedersystems,
die zwar bei kleineren Längenabweichungen praktisch wenig bedeuten, aber trotzdem
grundsätzlich zu vermeiden sind, da gerade diese Federabstimmung eine der Voraussetzungen
der automatischen Rückführung des Ventilkolben nach einem druckgesteuerten Selbstschluß
ist.
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Es gibt mehrere Möglichkeiten, um sicherzustellen, daß die Kolbenstange
48 nach Verlötung im Schmelzkörperelement 60 mit seinem innenseitigen Ende genau
in der vorgesehenen Position am Gasrückströmventilkolben 49 hinreicht.
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Am einfachsten ist es, an der Kolbenstange 48 eine Positionsmarkierung
78 zu setzen (vgl. Fig.8), und zwar dort, wo die Kolbenstange aus dem Gewindestutzen
61 des Schmelzkörperelements 60 heraustritt. Diese Markierung ist dann bei der Verlötung
der Kolbenstange zu beachten.
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Die allgemeine Tendenz geht aber dahin, die Einstellung bei solchen
Montagehandlungen wie dieser Verlötung, wo es um eine genaue Positionierung geht,
möglichst automatisch zu gestalten.
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Fig.13 zeigt eine Einrichtung zur automatischen Positionierung der
verlängerten Kolbenstange 48. Hier ist das Ende 72 der Kolbenstange mit einem Gewinde
79 versehen, auf welches eine Positionsscheibe oder -mutter 80 nach Einbringen der
Kolbenstange 48 in das Schmelzkörperelement 60 aufgeschraubt wird. In der Betriebsstellung
der Kolbenstange schließt die Außenfläche der Scheibe 80 mit der Außenfläche des
Sechskantkopfes 65 glatt ab, indem am Sechskantkopf eine entsprechende Ausnehmung
81 zur Aufnahme der Scheibe 80 ausgebildet ist. Wenn bei derVerlötung der Kolbenstange
48 im Schmelzkörperelement 60 das Schmelzkörperelement mit dem Sechskantkopf nach
unten senkrecht auf einer ebene Fläche aufgestellt ist, befindet sich das an den
Gasrückströmventilkolben 49 anzulegende Ende der verlängerten Kolbenstange 48 genau
in der richtigen Position. Die Senkrechthaltung während der Verlötung ermöglicht
dem geschmolzent Lotmetall 75 in die Einschnürung einzufließen.
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Wie auf Fig.14 dargestellt, kann man auch die Scheibe 80 fest an der
Kolbenstange 48 anordnen, muß aber dann die Einschnürung 73 entsprechend weiter
weg vom Sechskantkopf 65 anbringen, etwa kurz vor dem Gewindestutzen -61, vgl.
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Fig. 14. Der Schmelzkörper 75 wird dann vom Sechskantkopf
her
in das Schmelzkörperelement 60 eingebracht. Handelt es sich um einen hülsenförmiger
Schmelzkörper 75 ohne Rundnuten 76 an der Hülseninnenwand, wird der Schmelzkörper
auf die Kolbenstange 48 aufgesteckt, bevor diese in das Schmelzkörperelement 60
eingeführt wird. Der Anschlag des Schmelzkörpers 75 an der Einschnürung 73 kann
mittels einer halbzylindrischen Lehre festgestellt werden, die zwischen der Innenwand
des Schmelzkörperelements und der Kolbenstange 48 eingeführt wird. Die Einbringung
eines an den Rundumausnehmungen 74 angepaßten längs auf geschnittenen Schmelzkörpers
75 (Fig.11) erfolgt wie vorhin beschrieben (Seite 39).
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Bei der auf Fig. 14 dargestellten Version des Schmelzkörperelements
60 erfolgt die Verlötung der Kolbenstange 48 im Schmelzkörperelement, indem dieses
mit der Position scheibe 80 nach oben senkrecht gehalten wird, damit das geschmolzene
Lotmetall an die Einschnürung 73 heran und in diese hinein fließen kann. Wie auf
Fig. 14 gezeigt, ist die Einschnürung durchr-eine in bezug auf die Wirkung äquivalente
Verjüngung 73 ersetzt, die dadurch auch interessant ist, daß sie gleichzeitig eine
Verstärkung des Gewindestutzens 61 bedeutet. Sie ermöglicht es, das Schmelzkörperelement
60 schmäler zu bauen als bei den anderen Varianten des Ausführungsbeispiels.
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