DE4415617C1 - Acetylen-Kapillare - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Umfüllen von Acetylen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Einrichtungen zum sicheren Füllen von Stahlflaschen mit Acetylen sind ausschließlich den Herstellern dieses Gases sowie den Vertreibern von Industriegasen vorbehalten und damit Bestandteil von technischen Anlagen.

Zeitraubende Vorbereitungen zum häufigen Füllen von Kleinflaschen mit Acetylen durch autorisierte Vertriebsstelleln sowie sehr hohe Füllkosten, die etwa denen von einem 20fachen Flaschenvolumen entsprechen, sind Erschwernisse für den Anwender von Acetylen in der Schweiß- und Löttechnik, besonders für die im Reparaturdienst Tätigen.

Sogenannte Umfüllbögen als Verbindungsrohre oder -schläuche zwischen Spenderflaschen und zu füllenden Kleinflaschen, mittels Klemmbügeln auf den Flaschenventilen befestigt, führen bei mehrfachem Gebrauch zum nichtkontrollierbaren Überfüllen der Kleinflaschen mit Aceton. Das freie Mindestvolumen für Acetylen wird dabei durch Aceton verdrängt, dieses kann die Ursache für ein Bersten der Acetylenflasche bei Temperaturzunahme sein. Ein zu hoher Volumendurchfluß des Acetylens, der auch durch Verstellen des Flaschenventils nicht beherrscht werden kann, hat unter ungünstigen Temperaturverhältnissen die Zersetzung des Gases zur Folge, da mit zusätzlicher Wärmeentwicklung gerechnet werden muß, wenn Acetylen mit hohem Druck in Aceton gelöst wird. Eine Acetylenzersetzung kann möglicherweise auf die Spenderflasche als Folge eines Flammenrückschlags übertragen werden.

Umfüllbögen sind mit Hinweis auf die Gefährlichkeit in ihrem Gebrauch zu meiden und daher für den Einsatz nicht zugelassen.

Ein Kompromiß bietet der Fachhandel für Schweißtechnik dem Benutzer von Kleinflaschen, die jedoch für Flüssiggase bestimmt sind, durch eine austauschbare Mischdüse für Schweißeinsätze, die ein flammenstabilisierendes Gemisch von Sauerstoff und Propan oder Butan ermöglicht. Bei diesem Verfahren, bevorzugt für Hartlötungen, muß eine erhebliche niedrigere Flammentemperatur in Kauf genommen werden. Die Ursache liegt im geringeren Heizwert der Flüssiggase im Vergleich zu Acetylen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer in der Handhabung einfachen und ungefährlichen Umfüllvorrichtung für Acetylen, mit der das Gas aus einer unter Nenndruck stehenden vollen Spenderflasche in eine leere Acetylen- Kleinflasche übergeleitet werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den kennzeichnenden Merkmalen des Ansprüches 1. Vorteilhafte Ergänzungen hierzu sind Gegenstand der Unteransprüche.

Dem Handwerk und der Industrie ist mit dieser Vorrichtung die Möglichkeit gegeben, kleine Acetylenflaschen, die vorzugsweise bei Montage- und Reparaturarbeiten in der Küphltechnik und im Heizungsbau verwendet werden, aus großen Acetylenflaschen (Spenderflaschen) mit einem hohen Grad an Sicherheit bis zum Druckausgleich mit Acetylen zu füllen.

Das den Alkinen zuzuordnende Gas Acetylen (C₂H₂) ist durch seine Dreifachbindung äußerst reaktionsfähig, explodiert beim Komprimieren und verbrennt mit heißer, im allgemeinen stark rußenden Flamme zu Kohlendioxid und Wasserdampf. Berührungsstellen mit Kupfer sind bei Acetylen auszuschließen, da die Bildung des explosiven Kupfer(I)-acetylids (Cu₂C₂) die Folge sein kann.

Charakteristisch für die Verbrennung von Acetylen ist der auffallend starke Rußniederschlag in einer beispielsweise kegelförmigen, geschlossenen Brennkammer, wobei im Spitzenbereich des Kegels mit einem Durchmesser kleiner als 0,4 mm keine Rußablagerung nach Zündung des Gases beobachtet werden kann. Ein Verpuffen dieses Gases bleibt bei einem Gaszerfall aus, soweit dieses Gas in Kleinstkammern teilweise eingeschlossen ist. Aus dieser Erkenntnis heraus sind sämtliche Acetylenstahlflaschen mit einem porösen, wärmebeständigen Stoff (z. B. Bims, Kieselgur o. ä.) randgefüllt. Höhere Betriebsdrücke bis zu 18 bar in Stahlflaschen sind durch Lösung großer Acetylenmengen in Aceton möglich, mit dem die poröse Füllmasse dauerhaft angereichert ist.

Diese Füllmasse einer Acetylenstahlflasche verhindert eine kontinuierliche Acetylenzersetzung, ausgelöst beispielsweise durch Flammenrückschlag über das offene Flaschenventil als Folge einer Entzündung bei Gasentnahme.

Wird einer Acetylenflasche Gas entnommen, wird mit steigendem Volumendurchfluß durch das Ventil Aceton flüchtig, in dem das Acetylen gelöst ist.

Der höchstzulässige Betriebsdruck für Acetylen wird in der einschlägigen Literatur und auch auf im Umlauf befindlichen Gasarmaturen mit 1,5 bar angegeben. Ein für dieses Gas kritischer Druck wird beim Füllen von Stahlflaschen durch kaskadierte Verdichter ausgeschlossen.

Das Verhalten von Acetylen in einer Kapillare der zu beschreibenden Vorrichtung kann etwa mit dem in einer porösen Füllmasse im Innern einer Acetylenflasche gleichgesetzt werden, da dieses haarfeine Rohr für das Gas eine selbstlöschende Wirkung aufweist. Ein Flammenrückschlag als fortschreitende Verbrennung des Gases in solch einem Rohr kann daher ausgeschlossen werden.

Werden zwei Acetylenstahlflaschen für einen Umfüllvorgang vorbereitet, so ist ein fester und senkrechter Stand der Flaschen eine wichtige Voraussetzung. Ein Abfließen von Aceton als grundsätzlicher Bestandteil auch einer Leerflasche ist unbedingt auszuschießen. Das Überleiten von dampfförmigen Aceton, welches besonders bei überhöhter Temperatur der Spenderflasche nicht ausgeschlossen werden kann, führt zur geringfügigen Anreicherung der zu füllenden Kleinflasche. Durch die Gasentnahme bei Schweißarbeiten verflüchtigt sich jedoch dieses Aceton-Quantum. Ein innerhalb der zulässigen Toleranz befindliche Acetongehalt kann in der Kleinflasche über viele Füllzyklen erhalten werden, wenn ein entsprechender Gesamtquerschnitt für den Gasstrom durch Feinstkapillare in Parallelanordnung geschaffen wird. Diese Optimierung entbindet den Anwender nicht von einer regelmäßigen Gewichtskontrolle der Kleinflasche im Leerzustand.

Wirkt der maximale Gasdruck einer gefüllten Acetylen-Großflasche auf die Acetylen-Kapillare, welche die Verbindung zu einer leeren Kleinflasche gasdicht herstellt, beginnt bei geöffneten Flaschenventilen ein stark gedrosseltes und gefahrloses Überströmen das Gases. Die Acetylen-Kapillare ist so bemessen, daß die Grenzwertbildung der Gasentnahme durch Drosselung auch bei Parallelschaltung von Kapillarrohren weit unter dem maximal zulässigen Volumendurchfluß (pro Zeiteinheit) bei größtmöglicher Druckdifferenz zwischen den beiden Acetylenflaschen liegt. Eine quasi-homogene Verteilung des kontinuierlich in die Leerflasche einströmenden Gases kann ohne ein Zustandekommen von nennenswerten Druckdifferenzen innerhalb des Füllstoffes erwartet werden. Das freie Abströmen von Acetylen über die Kapillare in die Atmosphäre führt bei Gashochdruck zu keinerlei bedenklichen Situation.

Die für eine Acetylen-Kleinflasche erforderliche Kontrolle wichtiger Parameter während des Füllvorgangs mit einer Acetylen- Kapillare erfolgt vorzugsweise über eine elektronische Meßeinrichtung, von der das Öffnen eines Ventils für den Gasstrom abhängig ist. Zur Erfassung der wichtigsten Meßgröße, das Tara-Gewicht der zu füllenden Kleinflasche im Leerzustand, wird die Flasche vorteilhaft hängend in die Meßstrecke der Meßeinrichtung eingebracht. Die Umgebungstemperatur und der an der Kleinflasche anstehende Gasdruck werden gleichsam als auswertbare Parameter von der Meßeinrichtung erfaßt.

Die Erfindung wird zur Erläuterung in den Fig. 1 und 2 dargestellten und im folgenden beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau der Acetylen-Kapillare und

Fig. 2 die Applikation der Acetylen-Kapillare

In Fig. 1 ist eine Acetylen-Kapillare (1) als ein dünnes, jedoch im Verhältnis zum Kapillarinnendurchmesser dickwandiges Metallrohr dargestellt, welches für besonders rauhe Betriebsbedingungen noch mit einer Bewehrun (7) versehen sein kann. Bei Bedarf für ein größeres Durchflußvolumen bei gleichbleibenden Gasdruck ist eine parallele Anordnung von Acetylen-Kapillarrohren (1) vorgesehen. Der lichte Durchmesser der Kapillare kann mit weniger als 0,4 Millimeter angenommen werden. Die Wandstärke von 0,3 mm sollte bei Stahlrohr wegen möglicher Verschlüsse durch Knickung beim Verbiegen nicht unterschritten werden. Der Einschluß der Kapillare (1) von einem Kunststoff- oder Stahlmantel von besonderer Schlagzähigkeit bietet als Knick- und Schlagschutz eine gute Bewehrung (7). Ein Stahlmantel zum Schutz des Kapillarrohres (1), ähnlich dem eines kunststoffbeschichteten Bowdenzuges, vermag die Flexibilität der Kapillare (1) in der Handhabung günstig zu beeinflussen.

Das Kapillarrohr (1) führt vom Klemmbügel (3) der Spenderflasche (12) an ein Mikroventil, welches von einem Meßkästchen (8) eingeschlossen ist. Nach dem Mikroventil, mit einem Drucksensor verbunden, führt diue Kapillare zum Tragbügel (10), der für die Ventilaufnahme der zu füllenden Kleinflasche bestimmt ist.

Das Kapillarrohr (1) ist an dem einen Ende, durchgeführt durch eine Bohrung des Endstücks (2) vom Klemmbügel (3), gegen einwirkende Torsionskräfte mit einem im Endstück drehbar gelagerten Blechzylinder (5) an dessen Boden hartverlötet. Das andere Ende des Kapillarrohres (1) ist direkt mit einem feststehenden Endstück am Tragbügel (10) verlötet

Endstück (2) und Blechzylinder (5) passen zu den genormten Klemmbügelanschlüssen an den Ventilen von Acetylenflaschen mit Gummiquetschdichtung und verfügen über ein zylindrisches Mundstück ähnlich einem Rohransatz. Das Festziehen der Klemmschraube (4) des Klemmbügels (3) und des Tragbügels (10) gewährleistet die Dichtigkeit am Endstück (2) und Blechzylinder (5) bei ausreichendem Anpreßdruck auf den Dichtring der Flaschenventile.

An beiden Endstücken (2) sichern Knickschutzhüllen (6) die Kapillare. Ein Bruch des Kapillarrohres (1) in Nähe der Eintrittsöffnung der Knickschutzhülle (6) drosselt den Volumendurchfluß soweit, daß ein unzulässig hoher Acetonverlust auch bei Höchstdruck in der Spenderflasche unterbleibt.

Die Kapillaröffnungen im Endstück (2) und Blechzylinder (5) sind durch eingepreßte, wärmebeständige Filter gegen das Eindringen von Schmutzpartikeln in die Kapillare geschützt.

Der Tragbügel (10) bildet zusammen mit dem Meßkästchen (8) eine Einheit, die an der Oberseite mit einer Tragöse (11) versehen ist. Die Tragöse (11) ist für eine beliebige Aufhängevorrichtung bestimmt, damit der Tragbügel (10) mit der eingespannten und zu füllenden Acetylenflasche zur Gewichtsmessung, welche im Meßkästchen selbsttätig vorgenommen wird, frei hängt.

Von einer Voreinstellung der Grenzwerte im Meßkästchen zur Erfassung des Tara-Gewichts, des Gasdruckes und der Umgebungstemperatur, bezogen auf die zur Füllung eingespannten Acetylenflasche, wird das selbsttätige Öffnen und Schließen des eingebauten Mikroventils, welches den Gasstrom kontrolliert, abhängig gemacht.

Die jeweils aktuellen Meßwerte können auf einem Anzeigefeld (9) des Meßkästchens (8) dargestellt werden.

Die Fig. 2 zeigt die Applikation der kompletten Acetylen- Kapillare (1) als gasdichte Verbindung zwischen einer Acetylenspenderflasche (12) und einer zu füllenden, in einem Tragbügel mit Meßkästchen zur Meßwerterfassung und -kontrolle aufgehängten und durch Klemmschrauben gesicherten Kleinflasche (13).

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Umfüllen von Acetylen bei gebräuchlichen Betriebsdrücken durch Herstellen einer Überströmverbindung zwischen zwei Stahlflaschen (12, 13) mit genormtem Klemmbügel- oder Schraubanschluß, gekennzeichnet durch ein Metall-Kapillarrohr (1) oder mehrere, zu einem Parallelverbund zusammengefaßte Metall-Kapillarrohre, wobei das mindestens eine Metall-Kapillarrohr an seinen Enden mit jeweils einem den Ventilanschlüssen von Acetylenflaschen formschlüssig angepaßten Endstück (2) versehen ist, welches (2) mittels eines Klemmbügels (3) durch Anpreßdruck oder Schraubbefestigung gasdicht mit einem Flaschenventil verbunden wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall-Kapillarrohr (1) einzeln oder im Parallelverbund mit einer Bewehrung (7) aus Kunststoff und/oder Metallgewebe oder einem Metallschlauch ummantelt ist und an den Einführungen in die Endstücke (2) durch eine Knickschutzhülle (6) gestützt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Endstück (2) mit einem innenliegenden, gegen Herausfallen gesicherten und frei drehbar angeordneten Blechzylinder (5) versehen ist, in dessen Boden das Metall-Kapillarrohr (1) gasdicht eingesetzt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Flaschenventil zugewandte Öffnung des Endstücks (2) oder Blechzylinders (5), durch dessen Boden das Metzall-Kapillarrohr (1) von den der Rückseite gasdicht eingeführt ist, mit Feinstfiltern ausgestattet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall-Kapillarrohr (1) zwischen seinen beiden Anschlußenden an einer beliebigen Stelle über ein Absperrventil geführt wird, welches von einem den Gasdruck kontrollierenden, zwischen Absperrventil und Klemmbügelanschluß angeordneten Drucksensor geöffnet und/oder geschlossen werden kann.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall-Kapillarrohr (1) am Ort des Absperrventils durch ein Meßkästchen (8) geführt ist, welches (8) an der Oberseite mit einer Tragöse (11) und an der Unterseite mit einem Tragbügel (10) zum Einspannen einer Acetylenflasche versehen ist, wobei der Tragbügel (10) durch einen Zapfen mit einem Kraftsensor im Innern des Meßkästchens (8) zur Gewichtsmessung frei verbunden ist.