DE3633660A1 - Sicherheitsvorrichtung bei membran-gasdruckreglern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung bei Membran-Gasdruckreglern, die auf Undichtig­ keiten der Reglermembran anspricht und bei Auftre­ ten von Undichtigkeiten die Gaszufuhr absperrt, insbesondere für die Gasversorgung eines Brenners bei der Atomabsorptions-Spektroskopie.

Ein Membran-Gasdruckregler enthält üblicherweise eine Reglermembran, die in einem Reglergehäuse eingespannt ist. Die Reglermembran ist auf einer Seite vom Ausgangsdruck und auf der anderen Seite von einer Feder belastet, deren Vorspannung den Sollwert des Ausgangsdruckes bestimmt. Die Regler­ membran ist mit einem Ventilteller eines Regelven­ tils verbunden. Das Regelventil drosselt den Gas­ strom stärker, wenn der Ausgangsdruck die Vorspan­ nung der Feder überwindet und öffnet weiter, wenn die Vorspannung der Feder größer ist als die von dem Ausgangsdruck auf die Membran ausgeübte Kraft.

Bei der Regelung von brennbaren oder giftigen Gasen kann erheblicher Schaden entstehen, wenn bei einem Membran-Gasdruckregler die Reglermembran bricht oder sonstwie undicht wird und das Gas in die Atmosphäre austritt. Es sind deshalb Sicherheits­ vorrichtungen bekannt, die auf einen solchen Gas­ austritt ansprechen und dann die Gaszufuhr ab­ sperren.

Die DE-PS 5 17 057 beschreibt einen Gasdruckregler mit Sicherung gegen Undichtigkeit der Membran. Bei diesem Gasdruckregler ist in dem "Atmungsraum", d.h. auf der dem Gas abgewandten Seite der Regler­ membran, eine Hilfsmembran angeordnet. Bei einer Undichtigkeit der Reglermembran führt die Hilfsmem­ bran infolge des dann auf die Hilfsmembran wirken­ den Gasdruckes einen Hub aus. Dadurch wird eine Sperrvorrichtung ausgelöst, welche entweder die Belastung der Reglermembran aufhebt oder aber das Regelventil in Schließstellung bringt und damit den Gasdurchfluß absperrt. Hierfür zeigt die DE-PS 5 17 057 mehrere, konstruktiv recht komplizierte Lösungen.

Die DE-OS 34 07 552 beschreibt eine Gasregelein­ richtung zur Regelung der Brenngas- und Oxidanszu­ fuhr zu einem Brenner bei einem Atomabsorptions- Spektrometer. Es ist dort je eine fest eingestellte Drossel für Brenngas und Oxidans vorgesehen. Jeder dieser Drosseln ist ein Druckregler in Form eines Membran-Gasdruckreglers für Brenngas bzw. Oxidans vorgeschaltet. Die Sollwerte der Druckregler sind durch je einen Stellmotor reproduzierbar einstell­ bar. Es ist eine Steuereinheit mit einer mikropro­ zessorgesteuerten Elektronik vorgesehen, durch welche die Stellmotore in reproduzierbarer Weise steuerbar sind. Dem Druckregler für das Brenngas ist dabei ein Magnetventil vorgeschaltet, welches durch die Elektronik gesteuert wird und die Brenn­ gaszufuhr bei Außerbetriebsetzen des Gerätes oder in bestimmten Gefahrenfällen absperrbar ist. Eine Sicherheit gegen Undichtigkeiten der Reglermem­ branen bei den Druckreglern ist dort nicht gegeben. Die Anwendung eines komplizierten Membran-Gasdruck­ reglers mit Sicherheitseinrichtung nach der DE-PS 5 17 057 verbietet sich hier aus Raum- und Kosten­ gründen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für solche und ähnliche Anwendungen eine raumsparende Sicherheitsvorrichtung zu schaffen, welche mit handelsüblichen, einfachen Membrandruckreglern zu arbeiten gestattet, wobei die Sicherungsfunktion durch ebenfalls handelsübliche oder einfach her­ zustellende zusätzliche Mittel erzielt wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß

• a) dem Membran-Gasdruckregler ein Magnetventil vorgeschaltet ist,
• b) auf der dem Gasdruck abgewandten Seite der Membran eine gegen die Atmosphäre im wesent­ lichen abgeschlossene Kammer gebildet ist,
• c) der Druck in der Kammer einen nicht-reversie­ renden Druckfühler beaufschlagt und
• d) das Magnetventil durch den Druckfühler im schließenden Sinne ansteuerbar ist.

Es kann dann ein normaler Gasdruckregler ohne auf­ wendige Sonderkonstruktionen benutzt werden. Die im wesentlichen abgeschlossene Kammer kann mit ein­ fachen Dichtmitteln wie O-Ringen aus der die Feder im Gehäuse des Membran-Gasdruckreglers enthaltenden Kammer hergestellt werden. Ein vorgeschaltetes Magnetventil ist in vielen Fällen, wie z. B. bei der DE-OS 34 07 552, sowieso vorhanden und kann so mehrfach genutzt werden. Nicht-reversierende Druckfühler, die bei einem Ansprechen nur nach Durchführung von Wartungsarbeiten wieder in ihren Betriebszustand zurückversetzt werden, sind ent­ weder handelsüblich erhältlich oder mit geringem Aufwand herzustellen. Es kann so eine preisgünsti­ ge, raumsparende und zuverlässige Sicherheitsvor­ richtung gegen Undichtigkeiten der Reglermembran bei Membran-Gasdruckreglern realisiert werden.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nach­ stehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine pneumatisches Schaltbild einer Gasregeleinrichtung.

Fig. 2 zeigt schematisch einen von einem Stellmotor verstellbaren Druckregler bei einer Gasregeleinrichtung nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine Abwandlung der Anordnung von Fig. 2.

Die Gasregeleinrichtung enthält einen ersten An­ schluß 10, an welchen ein erstes Oxidans in Form von Druckluft anschließbar ist, einen zweiten Anschluß 12, der mit einer Quelle von Lachgas als zweitem Oxidans verbindbar ist.

Ein dritter Anschluß 14 ist mit einer Quelle von Brenngas, vorzugsweise von Acetylen, verbindbar. Mit jedem der drei Anschlüsse 10, 12 und 14 ist ein Drucksensor 16, 18 bzw. 20 verbunden. Die Drucksen­ soren 16, 18, 20 signalisieren, ob Gasdruck an dem betreffenden Anschluß ansteht. Diese Signale sind über Signalleitungen 22, 24 bzw. 26 auf eine Steuer­ einheit 28 geschaltet. Die Steuereinheit 28 ist eine mikroprozessorgesteuerte Elektronik und ist in noch zu beschreibender Weise programmiert.

Dem ersten Anschluß 10 ist ein als Magnetventil ausgebildetes Absperrventil 30 nachgeschaltet, das über eine Steuerleitung 32 von der Steuereinheit 28 gesteuert und im stromlosen Zustand abgesperrt ist.

Ein 3/2-Wegeventil 34 ist als Magnetventil ausge­ bildet und über eine Steuerleitung 36 ebenfalls von der Steuereinheit 28 gesteuert. Das 3/2-Wegeventil 34 verbindet in seiner ersten Schaltstellung den ersten Anschluß 10 und das diesem nachgeschaltete Absperrventil 30 mit einer Leitung 38, während der zweite Anschluß 12 abgesperrt ist. In seiner zweiten Schaltstellung verbindet das 3/2-Wegeventil 34 den zweiten Anschluß 12 mit der Leitung 38, während die Verbindung zu dem Absperrventil 30 und dem ersten Anschluß 10 abgesperrt ist. Im strom­ losen Zustand befindet sich das 3/2-Wegeventil in seiner ersten Schaltstellung, wie in Fig. 1 dargestellt ist.

Von der Leitung 38 führt eine Zweigleitung 39 zu einem Zerstäuber. Zwischen dem Absperrventil 30 und dem 3/2-Wegeventil 34 ist ein Speichervolumen 41 angeschlossen.

Die Leitung 38 führt zu einem Druckregler 40. Der Ausgang des Druckreglers 40 ist über eine feste Drossel 44 mit einem Oxidansanschluß des Brenners verbunden. Der Druckregler 42 ist ein übliches Druckmindererventil, dessen Sollwert, wie unten unter Bezugnahme auf Fig. 2 noch beschrieben wird, über eine Stellspindel veränderbar ist. Die Stell­ spindel ist durch einen Stellmotor 46 verstellbar.

Der Stellmotor 46 oder geeignete Abgriffmittel geben Stellungssignale an die Steuereinheit 28. Der Stellmotor 46 wird dementsprechend von der Steuer­ einheit 28 gesteuert. Das ist durch eine Leitung 48 dargestellt.

Dem dritten Anschluß 14 ist ein als Magnetventil ausgebildetes Absperrventil 50 nachgeschaltet. Das Absperrventil wird über eine Leitung 52 von der Steuereinheit 28 gesteuert. Über das Absperrventil 50 ist der dritte Anschluß 14 mit einem Druckregler 54 verbunden. Der Druckregler 54 ist ebenfalls ein übliches Druckmindererventil wie der Druckregler 40. Eine Stellspindel des Druckreglers 54 zur Verstellung des Sollwerts ist durch einen Stell­ motor 56 verstellbar. Der Stellmotor 56 oder geeignete Abgriffmittel geben Stellungssignale an die Steuereinheit 28. Der Stellmotor 56 wird dementsprechend von der Steuereinheit 28 gesteuert. Der Ausgang des Druckreglers 54 ist über eine feste Drossel 58 mit einem Brenngasanschluß des Brenners verbunden.

Fig. 2 zeigt schematisch einen Druckregler, z. B. Druckregler 40. Der andere Druckregler 54 ist entsprechend aufgebaut. Der Druckregler 40 enthält ein Gehäuse 60 mit einem Einlaßanschluß 62 und einem Auslaßanschluß 64. Der Einlaßanschluß 62 mündet in einer Einlaßkammer 66. Der Auslaßanschluß 64 geht von einer Auslaßkammer 68 ab. In dem Ge­ häuse 60 ist eine Reglermembran 70 mit einem Membranteller 72 eingespannt. Die Reglermembran 70 trennt die Auslaßkammer 68 von einer mit der Atmosphäre in Verbindung stehenden Membrankammer 74. Die Einlaßkammer 66 ist von der Auslaßkammer 68 durch eine Zwischenwand 76 getrennt, die einen Ventildurchgang 78 mit einem der Einlaßkammer 66 zugewandten Ventilsitz 80 bildet. Durch den Ventil­ durchgang 78 hindurch erstreckt sich eine Ventil­ spindel 82, die mit dem Membranteller 72 verbunden ist und an ihrem Ende innerhalb der Einlaßkammer einen Ventilteller 84 trägt. Der Ventilteller 84 bildet mit dem Ventilsitz 80 ein Regelventil. Die Membran 70 und der Membranteller 72 sind von einer Druckfeder 86 belastet. Die Druckfeder 86 stützt sich an einem Widerlager 88 ab. Das Widerlager 88 ist eine Mutter, die auf einem Gewinde 90 einer Stellspindel 92 geführt ist. Die Stellspindel 92 ist von dem Stellmotor 46 antreibbar. Auf der Stellspindel 92 sitzen zwei Scheiben 96 und 98. Die Scheibe 96 ist auf einer Hälfte lichtdurchlässig und auf einer Hälfte lichtundurchlässig. Sie wird durch eine Lichtschranke 100 abgetastet. Die Scheibe 96 und die Lichtschranke 100 bilden zu­ sammen einen Lagesensor 102, der auf Lageab­ weichungen der Stellspindel 92 von einer Referenz­ lage anspricht und dessen Signale auf die Steuer­ einheit aufgeschaltet sind. Vorzugsweise entspricht die Referenzlage einer mittleren Stellung der Stellspindel 92. Die Scheibe 98 ist mit einer Umfangsverzahnung versehen. Der gezahnte Rand der Scheibe 98 ist durch eine Lichtschranke 104 abtast­ bar. Die Lichtschranke 104 bildet einen Fühler, der bei einer Drehung der Scheibe 98 Inkrementsignale liefert. Die Inkrementsignale sind auf die Steuer­ einheit 28 aufgeschaltet. Das Widerlager 88 ist geradgeführt, wie in der schematischen Fig. 2 durch einen in einem Schlitz geführten Stift 106 ange­ deutet ist. Bei einer Drehung der Stellspindel 92 wird daher das Widerlager 88 auf- oder abwärts verstellt. Dadurch wird die Vorspannung der Druck­ feder 86 und damit der Sollwert des Druckreglers 40 verändert. Die Reglermembran 70 und der Ventil­ teller 84 stellen sich in eine solche Stellung ein, daß der auf die Reglermembran wirkende Ausgangs­ druck der Vorspannung der Druckfeder 86 die Waage hält.

Insoweit entspricht die Anordnung derjenigen nach DE-OS 34 07 552.

Zur Erzielung einer Sicherheit gegen Undichtigkeit oder Bruch der Reglermembran wird die dem Gas abgewandte Membrankammer 74 mit geeigneten (nicht dargestellten) Dichtmitteln wie einem O-Ring an der Stellspindel 92 gegen die Atmosphäre abgedichtet. Über eine Leitung 110 ist die Membrankammer 74 mit einem nicht-reversierenden Druckfühler 112 ver­ bunden. Der Druckfühler 112 enthält ein Gehäuse 114, das durch eine sehr elastische Membran 116 in eine erste und eine zweite Membrankammer 118 bzw. 120 unterteilt ist. Die erste Membrankammer 118 ist über die Leitung 110 mit der Membrankammer 74 des Membran-Gasdruckreglers verbunden. Die zweite Membrankammer 120 steht über eine Leitung 122 mit der Atmosphäre in Verbindung.

Die Membran 116 besteht aus dünnem, gummielasti­ schen Material wie Gummi oder Kunststoff. Die Membran 116 hat eine Dicke von 0,1 mm. Auf diese Membran 116 ist in der zweiten Membrankammer 120 ein elektrischer Leiter 124 in Form eines dünnen Drahtes oder Metallstreifens aufgebracht. Die Enden dieses Leiters 124 sind als Kontakte 226 und 228 aus dem Gehäuse 114 herausgeführt.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist die Spannungs­ versorgung für das Magnetventil 50, das dem Druck­ regler 54 vorgeschaltet ist, über diesen Leiter 124 geführt.

Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt:

Wenn die Membran 70 undicht wird, steigt der Druck in der Membrankammer 74 und über Leitung 110 auch in der Membrankammer 188 des Druckfühlers 112 an. Die dünne Membran 116 dehnt sich. Dadurch bricht der Leiter 124. Hierdurch wird die Stromzufuhr zu dem Magnetventil 50 unterbrochen. Das Magnetventil 50 schließt und unterbricht die Gaszufuhr.

Das Magnetventil 50 ist dabei sowieso vorhanden und auch von der Steuereinheit steuerbar, solange der Leiter 124 intakt ist.

Eine Wiederinbetriebnahme ist erst nach Durchfüh­ rung von Wartungsarbeiten möglich.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist in eine Leitung 132 die von der Membrankammer 74 ausgeht, eine Drossel 134 eingebaut. Die Leitung 132 ist aus dem Gerät herausgeführt. Stromauf von der Drossel 134 ist an die Leitung 132 ein Druckfühler 136 in Form eines nicht-reversierenden Druckschalters angeschlossen.

Die Drossel 134 in der Leitung 132 gestattet eine geringe Gasströmung, ohne daß der Druckfühler 136 anspricht. Dabei ist die Drossel 134 so bemessen, daß bei dem Ansprechdruck des Druckfühlers 136 die austretende Gasströmung noch so gering ist, daß sich im Aufstellungsraum keine gefährliche Gaskon­ zentration aufbauen kann. Bei stärkerer Gasströmung wird der Druck vor der Drossel so groß, daß der Druckfühler anspricht.

Auch hier wird die Spannungsversorgung des Magnet­ ventils 50 über den Druckfühler 136 geführt.

Statt dessen kann der Druckfühler 136 auch ein Signal auf die Steuereinheit 28 geben.

Statt des Brenngases oder vorzugsweise zusätzlich zu diesem kann auch das Lachgas in entsprechender Weise gesichert sein.

Claims (5)

1. Sicherheitsvorrichtung bei Membran-Gasdruck­ reglern, die auf Undichtigkeiten der Regler­ membran (70) anspricht und bei Auftreten von Undichtigkeiten der Gaszufuhr absperrt, insbe­ sondere für die Gasversorgung eines Brenners bei der Atomabsorptions-Spektroskopie, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) dem Membran-Gasdruckregler ein Magnet­ ventil (50) vorgeschaltet ist,
• b) auf der dem Gasdruck abgewandten Seite der Membran (70) eine gegen die Atmosphäre im wesentlichen abgeschlossene Kammer (74) gebildet ist,
• c) der Druck in der Kammer (74) einen nicht­ reversierenden Druckfühler (112) beauf­ schlagt und
• d) das Magnetventil (50) durch den Druck­ fühler (112) im schließenden Sinne an­ steuerbar ist.

2. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) der Druckfühler (112) eine Membrankammer (118) enthält, die durch eine dehnbare, dünne Membran (116) abgeschlossen ist,
• b) auf der Membran (116) ein elektrischer Leiter (124) angebracht ist, der bei Dehnung der Membran (116) bricht,
• c) das Magnetventil (50) durch Bruch des elektrischen Leiters (124) im schließenden Sinne ansteuerbar ist.

3. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) das Magnetventil (50) im stromlosen Zu­ stand geschlossen ist und
• b) der Erregerstrom des Magnetventils (50) über den Leiter (124) auf der Membran (116) des Druckfühlers (112) fließt.

4. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (124) auf der dem Gas abgewandten Seite der Membran (116) angebracht ist.

5. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte abgeschlossene Kammer (74) einen gedrosselten Auslaß (132, 134) aufweist, über welchen eine geringe Menge von Gas austreten kann, ohne daß der Druckfühler (136) anspricht.