DE3806998C2 - Steuereinheit für unter Druck stehende Gase - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinheit zur Regulierung eines Gasstromes nach einem Verbrauchernetz hin, welche zumindest an einen Behälter für Druck- oder Flüssiggas sowie an einen solchen für Spülgas ange­ schlossen ist und eine bestimmte Anzahl Zubehörteile für die Steuerung, die Kontrolle und die Überwachung aufweist.

Obschon sie nicht darauf beschränkt ist, betrifft die Erfindung speziell eine Steuereinheit für hochreine Gase, wie sie zum Beispiel bei der Herstellung von optischen Fasern oder bei der Herstellung von Halb­ leitern, insbesondere zum Dotieren letzterer, verwandt werden. Diese Gase müssen eine quasi absolute Reinheit aufweisen, da schon die kleinste feste, flüssige oder gasförmige Verunreinigung den Dotierungsprozeß und die Herstellung dieser hochempfindlichen Werkstoffe stören kann. Diese Gase müssen insbesondere von der Gasfläche her durch Leitungen, Verbindungsstücke, Druckminderer, Ventile usw. im zustand ihrer ursprünglichen Reinheit am Verwendungsort ankommen, das heißt, daß darauf geachtet werden muß, daß das Gas beim Durchströmen der Steuereinheitleitungen durch seinen Kontakt mit diesen Leitungen, insbesondere durch Absorptions- oder Desorptionseffekte, sich nicht mit Feuchtigkeit auflädt oder mit organischen oder anorganischen Substanzen, welche bei der Verwendung dieser Gase eine verheerende Wirkung haben.

Die Gasvorratsbehälter oder -flaschen sind im allgemeinen unter Zwischenschaltung einer Steuereinheit mit dem Verteilernetz verbunden, wobei diese Steuer­ einheit aus einem Paneel besteht, auf welchem die verschiedenen Steuerkomponenten montiert sind, ins­ besondere die mittels Schraub- oder Schweiß­ verbindungen hintereinandergeschalteten Ventile, Druckminderer und andere Zubehörteile. Das Leitungs­ system muß desweiteren mit einer, ein neutrales Spül­ gas bereitstellenden Quelle, wie einer Flasche oder einem Gasnetz, verbunden sein, um zwischen jedem Gas­ flaschenwechsel das Leitungsnetz zwecks Entfernung der möglicherweise aus der umgebenden Atmosphäre einge­ drungenen Verunreinigungen gründlich durchspülen zu können. Das Leitungsnetz ist desweiteren vorzugsweise an eine Vakuumpumpe angeschlossen, um nach jedem Spül­ vorgang das Spülgas abziehen zu können.

Nun stellt aber der Aufbau einer solchen Steuer­ einheit aufgrund der zahlreichen Schraub- und Schweißverbindungen, der Leitungskrümmer und der Größe der Tot- oder Verlustvolumina ein über die zu­ lässige Grenze hinausgehendes Verseuchungsrisiko für die Gase dar.

Zur Verminderung dieses Risikos und um den immer strengeren von den Anwendern auferlegten Reinheits­ kriterien Rechnung zu tragen, schlägt die Erfindung eine neuartige Steuereinheit der in der präambel definierten Gattung vor, welche gekennzeichnet ist durch mindestens einen kompakten Einheitsblock mit, an dessen Außenflächen, Normanschlüssen, an welchen alle Zubehörteile dicht angeschraubt oder angeschweißt sind, wobei letztere unter sich in geeigneter und logischer Weise durch mittels einer spanenden Be­ arbeitung erzeugte Kanäle innerhalb des Blocks mitein­ ander verbunden sind.

Eine solcherart ausgelegte Steuereinheit weist keinerlei Schweißverbindung mehr auf, und die Ver­ bindungsdistanzen zwischen den verschiedenen aktiven Komponenten, das heißt die Totvolumina, sind auf ein Minimum reduziert. Desweiteren erfordert die Montage einer solchen Steuereinheit keine, oder so gut wie keine Rohrbiegungsoperation mehr, welche immer etwas heikel sind weil, wenn der zulässige Krümmungsradius nicht eingehalten wird, das Risiko einer Beschädigung der Leitungsinnenwände besteht.

Darüberhinaus baut die vorgeschlagene Steuerein­ heit wesentlich raumsparender als die bekannten Einheiten, auch ist ihre Montage einfacher und schneller.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung kann die Steuereinheit einen ersten Block zwischen dem Ver­ brauchernetz und dem Vorratsbehälter für das Druck- oder Flüssiggas aufweisen, und einen zweiten Block zwischen dem ersten Block und dem Vorausbehälter für das Spülgas.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung können diese beiden Blöcke auch in einen einzigen komplexen Block integriert werden.

Vorteilhafterweise werden dichte Verschlußmittel für die an jedem Block nicht verwendeten Anschlüsse und Kanäle vorgesehen. Dies ermöglicht die Fertigung von Standardblöcken sowie, bei der Montage, nach Bedarf den benötigten Schaltkreis dadurch zu realisieren, daß die überflüssigen Anschlüsse verschlossen werden.

Der an das Verbrauchernetz angeschlossene Block weist desweiteren vorzugsweise einen Anschluß auf für die Herstellung einer Verbindung mit einer Vakuumpumpe und/oder einen Anschluß für einen Leckdetektor.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1, eine schematische Ansicht einer her­ kömmlichen Anordnung zur Montage an einer Spülgas­ flasche;

Fig. 2, eine schematische Ansicht einer her­ kömmlichen Ordnung zur Steuerung des Stromes eines hochreinen Gases nach einem Verbrauchernetz;

Fig. 3, einen schematischen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Steuerblock;

Fig. 4, den Block nach Fig. 3 entlang der Schnittebene IV-IV;

Fig. 5, eine perspektivische Ansicht des Steuer­ blocks nach den Fig. 3 und 4;

Fig. 6, eine Ansicht, teilweise im Schnitt, einer weiteren Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Steuer­ blocks;

Fig. 7, den Steuerblock nach Fig. 6 entlang der Schnittebene VII-VII;

Fig. 8, eine perspektivische Ansicht der Ausge­ staltung des Steuerblocks nach den Fig. 7 und 8.

Die herkömmliche Anordiung gemäß Fig. 1 umfaßt einen Druckminderer 10, welcher stromaufwärts, über ein Ventil 12, an eine Flasche mit einem neutralen Spülgas angeschlossen ist, und stromabwärts über ein vor­ zugsweise pneumatisch betätigtes Ventil 14 an das zu spülende Netz. Dem Druckminderer 10 sind ein oder zwei Manometer 16, ein manometrischer Unterbrecher 18 und eventuell ein nicht gezeigtes Sicherheitsventil zuge­ ordnet. Die Montage geschieht an Ort und stelle mit Hilfe gerader Rohre, Knien 20 und gerader Ver­ bindungsstücken 22. Durch das Vorhandensein der Knie 20 ist es nicht notwendig die Rohre zu biegen, mit den damit verbundenen Risiken, jedoch erfordert jedes Knie­ verbindungsstück 20 an jeder Seite eine Schweißung. Alle die an dieser Anordnung notwendigen Ver­ schweißungen sind übrigens mit "S" bezeichnet, während alle Schraubverbindungen mit "V" bezeichnet sind.

Wie man feststellen kann ist bei der Schaltung nach Fig. 1, obschon sie relativ einfach ist, eine große Anzahl Schweiß- oder Schraubverbindungen not­ wendig, was, zusammen mit den durch die geraden und knieförmigen Verbindungsstücke sowie Verbindungsrohre gegebenen Totvolumina, die Verseuchungsrisiken, in diesem Falle der Spülgase, vergrößert, wodurch Ver­ unreinigungen in das zu spülende Netz eingeschleust werden.

Die ebenfalls bekannte Anordnung nach Fig. 2 dient zum Regeln und zur Überwachung des Stromes eines hochreinen Gases nach einem Verbrauchernetz hin. Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung ist, unter Zwischen­ schaltung eines Durchflußschalters an eine nicht dar­ gestellte Gasflasche angeschlossen. Dieses Gas wird durch ein Zweiwegeventil 26, welches im dargestellten Beispiel pneumatisch betätigt wird und in der Richtung des Pfeiles "A" geöffnet ist, einem Druckminderer 28 zugeführt. Das in 28 auf den Verbrauchsdruck ent­ spannte Gas wird sodann durch ein anderes, pneumatisch betätigtes Zweiwegeventil 30, welches in Richtung des Pfeiles "A" geöffnet ist, durch einen Filter 32 dem nicht dargestellten Verbrauchernetz zugeführt. Dem Ventil 26 sowie dem Druckminderer 28 können mano­ metrische Unterbrecherschalter 34 und 36 zugeordnet werden. Dem Druckminderer 28 ist desweiteren ein Sicherheitsventil 38 sowie ein Manometer 40 zur Über­ wachung des Druckes stromaufwärts und stromabwärts vom Druckminderer 28 zugeordnet.

Beim Ersetzen einer leeren Gasflasche muß eine Spülung des Netzes durchgeführt werden nachdem eine neue Flasche angeschlossen worden ist und bevor dieselbe angezapft wird. Zu diesem Zweck ist das Netz nach Fig. 2 stromaufwärts vom Kontaktgeber 24 am Ventil 14 des Spülleitungssystems in Fig. 1 ange­ schlossen. Das Spülgas nimmt den gleichen Weg wie den vorhin besprochenen, mit Ausnahme des Ventils 30, welches auf den durch den Pfeil "B" bezeichneten Weg eingestellt wird, und verhindert, daß Spülgas in das Verbrauchernetz eindringt.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist ein Leitungs­ system, bestehend aus zwei pneumatisch oder manuell gesteuerten Ventilen 42, 44 sowie einem manometrischen Unterbrecher 46, im Bereich der Zweiwegeventile und 30 parallel zum oben beschriebenen Leitungssystem ange­ schlossen. Diese Schaltung oder dieses Leitungssystem ist bei 48 an eine nicht dargestellte Vakuumpumpe ange­ schlossen und dient dazu, nach dem Spülvorgang die Spülgasreste im ganzen Leitungssystem dadurch zu evakuieren, daß die beiden Ventile 26 und 30 auf den durch den Pfeil "B" dargestellten Weg eingestellt werden. Nach dieser Evakuierung kann das Ventil der neuen Gasflasche geöffnet werden.

Die Erfindung schlägt vor, die den Fig. 1 und 2 entsprechende Steuereinheit durch kompakte Einheits­ blöcke zu ersetzen; die Fig. 3 bis 5 einerseits und die Fig. 6 bis 8 andererseits zeigen Beispiele einer Ausgestaltung von zwei Blöcken zum Ersetzen der Schaltkreise nach den Fig. 1 beziehungsweise 2.

Der in den Fig. 3 bis 5 dargestellte Block 79 weist einen in Fig. 4 in Strichlinien dargestellten Anschluß 50, zum Anschließen an eine Spülgasflasche auf. Von diesem Anschluß 50 aus durchströmt das Gas einen in Fig. 4 ebenfalls in Strichlinien darge­ stellten Kanal 52, um in den Einlaßkanal 54 (siehe Fig. 3) eines pneumatisch gesteuerten Ventils 56 ein­ zumünden, welch letzteres dicht in den Block 79 einge­ schraubt ist. Dieses Ventil 56 ist jedoch fakultativ und entspricht einem Ventil, welches in der Schaltung nach Fig. 1 zwischen dem Ventil 12 und dein Druck­ minderer 10 eingeschaltet wäre. Bei offener Stellung dieses Ventils 56 strömt das Gas in den Eintrittsraum 58 eines an sich bekannten Druckminderers, welcher ebenfalls am Einheitsblock 79 festgeschraubt ist. Beim Durchqueren dieses Druckminderers erfährt das Gas eine Entspannung deren Größe mit Hilfe eines Stellknopfes 62 eingestellt wird. Aus dem Austrittsraum 64 dieses Druckminderers 60 erreicht das Gas eine Bohrung 68 des Einheitsblocks 79, in welche ein weiteres pneumatisch gesteuertes Ventil 70 eingeschraubt ist, welches dem Ventil 14 in Fig. 1 entspricht. Der Austrittskanal 72 dieses Ventils 70 steht in direkter Verbindung mit einem Austrittsanschluß 74, welcher sich direkt neben dem Eintrittsanschluß 50 (siehe Fig. 4) befindet. Der Druck am Austritt des Druckminderes 60 kann mittels eines Manometers 78 überwacht werden, welches an einem Anschluß 76 angeschraubt ist; letzterer steht durch den Körper des Ventils 70 in direkter Verbindung mit dem Austrittsraum 64 des Druckminderers 60. Dieses Manometer 78 entspricht einem der Manometer 16 in Fig. 1. Es ist ebenfalls möglich, ein zweites, nicht darge­ stelltes Manometer zur Überwachung des Drucks am Ein­ tritt des Druckminderers 60 vorzusehen. Zu diesem Zweck genügt es, in den Block 79, neben dem Anschluß 74, einen weiteren Anschluß einzuarbeiten, welcher mit dem Eintrittsraum 58 des Druckminderers 60 in Ver­ bindung steht und in welchen man dieses zweite Mano­ meter einschrauben könnte.

Wie man feststellen kann, weist der in den Fig. 3 bis 5 dargestellte Block keine einzige Schweißstelle mehr auf und sämtliche Verbindungsrohre und Anschlüsse sind ersetzt durch mittels Bohren, Drehen oder Fräsen in den kompakten Block 71 eingearbeitete Kanäle oder Anschlüsse, wobei der Block 79 alle in Fig. 1 gezeigten Betätigungs- und Überwachungskomponenten aufweist. Desweiteren sind sämtliche Entfernungen auf ein Minimum reduziert und das Gas strömt auf dem kürzesten Wege vom Eintritt 50 nach dem Austritt 74.

Das Anbringen des Steuerblocks nach den Fig. 3 bis 5 ist einfach und schnell und erfordert weniger Geschicklichkeit als die Montage des Schaltkreises nach Fig. 1. Wenn das Ventil 56 nicht notwendig ist, wie zum Beispiel in Fig. 1, genügt es, den für dieses Ventil vorgesehenen Anschluß mittels eines hierfür vorgesehenen Verschlußstopfens zu verschließen.

Der in den Fig. 6 bis 8 gezeigte Block 80, welcher etwas komplexer als derjenige nach den Fig. 3 bis 5 aufgebaut ist, ermöglicht eine kompakte Dar­ stellung der Schaltung nach Fig. 2. Zur Erleichterung des Vergleiches werden die in Fig. 2 verwandten Referenzzahlen um "100" erhöht. Der dem Durchflußschalter 24 in Fig. 2 entsprechende Schalter 124 (siehe Fig. 6 und 8) ist auf einen Anschluß 83 des Blocks 80 geschraubt und stromaufwärts mit einer unter Druck stehenden Gasflasche verbunden. Das Gas tritt durch einen schrägen Kanal 84 in den Block 80 ein und gelangt in eine Bohrung 86, in welche ein pneu­ matisch betätigtes Ventil 126 eingeschraubt ist. Diese Bohrung 86 steht auf der dem Durchflußschalter 124 gegenüberliegenden Seite mit einem Anschluß 88 in Verbindung, in welchem ein Manometer 140 für die Über­ wachung des Gasdrucks vor der Druckminderung einge­ schraubt ist. Ein Kanal 90 verbindet den Ausgang des Ventils 126 mit einem Eintrittsraum 92 eines Druck­ minderers 128. Es sei darauf hingewiesen, daß der Kanal 92 sich aus Herstellungsgründen bis an die Außenfläche des Blocks 80 erstrecken muß. Allerdings kann die Verlängerung des Kanals 90 über die Bohrung 86 hinaus verschossen werden, wenn sie nicht verwendet wird.

Die Druckminderung des Gases geschieht beim Durchqueren des Druckminderers 128 zwischen dessen Eingangsraum 92 und dein Austrittsraum 94. Dieser Austrittsraum 94 ist mit dem Eintritt 96 eines pneu­ matisch betätigten Ventils 130 verbunden, welches im dargestellten Beispiel ein Ventil mit alternativ zwei oder drei Wegen ist, jedoch im dargestellten Beispiel als Zweiwegeventil arbeitet. Der Druck am Austritt des Druckminderers 128 kann mittels eines Manometers über­ wacht werden, welches in den Anschluß 98 eingeschraubt ist und mit dem Eintritt des Ventils 130 in Verbindung steht, oder, wie in Fig. 8 dargestellt, mittels eines Manometers 140′, welches im Innern des Blocks 80 durch einen nicht dargestellten Kanal mit dem Austrittsraum 94 des Druckminderers 128 verbunden ist.

Bei geöffnetem Ventil 130 kann das Gas den Block 80 durch einen Filter 132 (siehe Fig. 7) verlassen, welches an den Block 80 an dessen in Fig. 8 nicht sichtbaren Seite angeschlossen ist.

Die Referenzzahl 138 stellt ein Sicherheitsventil dar, welches durch einen Kanal 100 hindurch mit dem Austrittsraum 94 des Druckminderers 128 in Verbindung steht.

Das Spülen des Blocks 80 sowie der mit ihm ver­ bundenen Komponenten geschieht in der gleichen Weise wie der Spülvorgang der Schaltung nach Fig. 2. Zu diesem Zweck wird der Block 80, welcher stromaufwärts vom Kontaktgeber 124 an den Ausgang 74 des Blocks in Fig. 4 angeschlossen ist, durch das Öffnen seiner Ventile mit demselben verbunden, so daß das Spülgas den gleichen Weg nimmt wie weiter oben beschrieben, wobei alle Ventile geöffnet sind mit Ausnahme des Ventils 130, welches geschlossen bleibt um einen Austritt des Spülgases in das Verbrauchernetz hinein zu verhindern.

Der Austritt des Spülgases kann durch den Anschluß 98 hindurch stattfinden oder, falls dieser von einem Manometer besetzt ist, durch den zweiten Ausgang der Ventile 130, welcher in diesem Falle als Dreiwegeventil angelegt ist.

Der Block 80 ist ebenfalls dazu ausgelegt, um zwecks Evakuierung der Spülgasreste an eine Vakuumpumpe angeschlossen werden zu können. Der Anschluß an die Vakuumpumpe geschieht mit Hilfe des Anschlusses 148 (siehe Fig. 7), welcher an der nicht sichtbaren Seite der Fig. 8 vorgesehen ist. Dieser Anschluß 148 steht in Verbindung mit dem Eintritt eines pneumatisch betätigten Ventils 142, dessen Ausgang durch einen Kanal 102 mit dem Kanal 84 für den Einlaß des Betriebsgases oder des Spülgases verbunden ist. Ein mit dem Eintritt des Ventils 142 verbundenes mano­ metrisches Absperrventil 146 steuert automatisch das Schließen des Ventils 142, wenn der Steuerblock durch die Wirkung der Vakuumpumpe geleert wird.

Der in den Fig. 6 bis 8 dargestellte Block wird ebenfalls vollständig durch spanende Bearbeitung herge­ stellt. Die Montage der erfindungsgemäßen Steuerein­ heit besteht infolgedessen einfach daraus, die beiden vorstehend beschriebenen Blöcke an einem zu diesem Zweck vorgesehenen Paneel zu befestigen und die ver­ schiedenen Komponenten daran festzuschrauben. Darum ist es möglich, die Fertigung dieser Blöcke zu standardisieren indem man sich auf einige Ausge­ staltungstypen beschränkt, welche mit sämtlichen, durch dichte Abschlußtopfen verschlossenen Anschlüssen ausgeliefert werden. Auf diese Weise kann der Monteur der Steuereinheit, nachdem der passende Block gewählt worden ist, die benötigten Anschlüsse für das Einführen der für die vorgesehene Schaltung benötigten Komponenten freimachen, während die nicht verwendeten Anschlüsse verschlossen bleiben können.

Als Variante ist es möglich, die beiden Blöcke nach den Fig. 3 bis 5, beziehungsweise 6 bis 8, in einem einzigen komplexen Block zu kombinieren. Die Blöcke 79 und 80 sind vorzugsweise aus rostfreiem stahl hergestellt, könnten jedoch gegebenenfalls ebenfalls aus einem synthetischen Material bestehen.

Anstatt daß die Ventile und andere Zubehörteile und den Block festgeschraubt werden, könnten sie auch daran angeschweißt werden.

Claims (2)

1. Steuereinheit zur Regulierung eines Gasstroms zu einem Verbrauchernetz, die zumindest an einen Vorratsbehälter für hochreines Gas sowie an einen Vorratsbehälter für Spülgas anschließbar ist, mit einer ersten Einheit zur Steuerung des Reingasstroms zwischen den Reingasvorratsbehälter und dem Verbrauchernetz und einer zweiten Einheit zur Steuerung des Spülgasstroms zwischen dem Spülgasvorratsbehälter und der ersten Einheit, wobei beide Einheiten eine Anzahl Zubehör­ teile für Steuerung, Kontrolle und Überwachung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß beide Einheiten aus kompakten, modular aufgebauten Einheitsblöcken (79, 80) bestehen, an deren Außenflächen alle Zubehörteile über Normanschlüsse baukastenartig abgedichtet aufgeschraubt sind, und daß die Normanschlüsse innerhalb der Blöcke über durch spangebende Bearbeitung hergestellte, geradlinige Kanäle miteinander ver­ bunden sind und nicht benützte Normanschlüsse und Kanäle durch abgedichtete Verschlußstopfen verschließbar sind.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Blöcke (79, 80) zu einem einzigen Blockkomplex miteinander integriert sind.