DE4440663A1 - Umschaltvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Umschaltvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Es sind Umschaltvorrichtungen für Anlagen bekannt, bei welchen ein aus einer Anzahl von Druckbehältern ent­ nehmbares Druckmittel, beispielsweise ein Gas aus Gasflaschen, verarbeitet wird. Die jeweils vorgesehene Umschalteinrichtung sichert, daß rechtzeitig ein bis auf einen bestimmten Rest entleerter Druckbehälter von dem Anlagen-System abgeschaltet und gleichzeitig ein gefüllter Druckbehälter ohne Betriebsunterbrechung des Anlagen- Systems zugeschaltet wird.

Gemäß DE-PS 29 18 791 ist eine Umschaltvorrichtung vor­ bekannt, mit welcher eine wechselweise Entnahme eines unter Druck stehenden flüssigen oder gasförmigen Mediums aus Flaschenbatterien oder Behältern möglich ist. Die Umschaltvorrichtung weist zwei durch Ventile steuerbare Einströmkanäle und einen Ausströmkanal auf. Die Umschaltung des Ausströmkanals von dem einen auf den anderen Einströmkanal erfolgt durch das fluide Medium unter Verwendung eines Umschaltkolbens, welcher an seinen beiden Enden jeweils ein Ventilverschlußteil aufweist. Die entsprechenden Ventilsitze sind in einer den Umschaltkolben aufnehmenden Kammer innerhalb des Gehäuses der Umschaltvorrichtung angeordnet und als eine Ring­ dichtung aufweisende Buchse ausgebildet. Das Ventilver­ schlußteil wird durch eine Zapfen gebildet, welcher in die entsprechend geformte Ausnehmung der Buchse eingreift, wenn das Ventil geschlossen ist. Die Stirnseite des Umschaltkolbens stützt sich gleichzeitig auf der den Ven­ tilsitz bildenden Buchse ab. Das die Umschaltung bewirkende fluide Medium belastet druckmäßig auf der Seite des geöffneten Ventils die gesamte Stirnfläche des Umschaltkolbens, wogegen auf der Seite des jeweils ge­ schlossenen Ventils nur die Stirnfläche des Ventilver­ schlußteils von dem Eingangsdruck belastet wird. Die den Umschaltkolben aufnehmende Kammer ist zu beiden Seiten des Umschaltkolbens jeweils mit einem Druckentlastungs­ ventil verbunden, über welche sich der entsprechende Kam­ merbereich in die den Verbraucher versorgende Ausgangs­ leitung der Umschaltvorrichtung entspannen kann.

Die vorstehend beschriebene Lösung weist den wesentlichen Nachteil auf, daß die gewünschte Funktionsweise nur für ein bestimmtes Strömungsmedium und für vorgegebene Druck­ bedingungen für das Umschalten gesichert ist. Die Verwendung der Umschaltvorrichtung für ein anderes Strö­ mungsmedium und andere Umschaltbedingungen erfordert eine veränderte Ausbildung sowohl des Umschaltkolbens als auch des Gehäuses der Umschaltvorrichtung.

Ausgehend von den Mängeln des Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Umschalt­ vorrichtung der eingangs genannten Gattung anzugeben, welche einen vereinfachten Aufbau aufweist und welche ohne besonderen konstruktiven Aufwand an veränderte Einsatz­ bedingungen, beispielsweise für die Verwendung eines anderen fluiden Mediums oder an andere Umschalt­ bedingungen, angepaßt werden kann.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung schließt die Erkenntnis ein, daß die einen Umschaltkolben bewegende Kraft bei vorgebenen Druck einer von dem Druck beaufschlagten Fläche direkt proportional ist und bei einem im wesentlichen zylindrisch oder kegelstumpfartig ausgebildete Abschnitte aufweisenden Umschaltkolben das Quadrat einer Durchmesseränderung in die entsprechenden Änderung der wirksamen Querschnitts­ fläche bzw. kreisringförmigen Mantelfläche, welche von einem vorgebenen Druck beaufschlagt wird, eingeht. Dadurch lassen sich in günstiger Weise mit relativ geringen Durch­ messeränderungen relativ große Änderungen der wirksamen Fläche erreichen.

Entsprechend der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in einer zwei ventilgesteuerte Einströmkanäle und einen Ausströmkanal aufweisenden Umschaltvorrichtung ein Umschaltkolben angeordnet, welcher einen im wesentlichen zylindrischen Basiskörper aufweist, an dessen Enden als Rotationskörper mit sich in axialer Richtung stetig ver­ ringerndem Durchmesser ausgebildete Ventilverschlußteile vorgesehen sind. Der Umschaltkolben ist innerhalb eines Gehäuses bei einer entsprechenden Lagerung des Basiskör­ pers in einer Arbeitskammer axial verschieblich angeordnet und verschließt je nach eingenommener Endposition den einen oder den anderen Einströmkanal. Die jeweilige End­ position des Umschaltkolbens wird durch die Differenz der unterschiedlichen Drücke in den an die Umschalteinrichtung angeschlossenen, das jeweilige fluide Medium enthaltenden Behälter bestimmt.

Die Größe der Druckdifferenz, bei welcher der Umschalt­ kolben bei axialer Verschiebung einen der Einströmkanäle verschließt und dabei gleichzeitig eine fluidische Verbin­ dung von dem anderen Einströmkanal zur Arbeitskammer herstellt, ist durch die Gestaltung der Ventilverschluß teile in Verbindung mit der wählbaren Position der verwendeten Dichtelemente einstellbar.

An der Peripherie von mindestens einem der Ventilver­ schlußteile sind deshalb zwei Dichtelemente angeordnet. Die Form der Dichtelemente und deren relative axiale Posi­ tion bestimmt die Größe der Fläche am Umschaltkolbens, welche durch den in dem jeweils durch Umschalten anzusch­ ließenden Behälter vorherrschenden Fluidmitteldruck beaufschlagt wird und damit auch die erforderliche Kraft zur axialen Verschiebung des Umschaltkolbens. Entsprechend der radialen Abhängigkeit der wirksamen Fläche ist die zum Umschalten erforderliche Kraft - und damit auch der Umschaltzeitpunkt bzw. der Umschaltdruck - durch eine stu­ fenweise Veränderung der Position der Dichtelemente zueinander in Richtung der Längsachse des Umschaltkolbens in vorteilhafter Weise bequem einstellbar. Dafür sind Ven­ tilverschlußteile in Form eines sich in Richtung des freien Endes des Umschaltkolbens verjüngenden und in einen zylindrischen Zapfen auslaufenden Kegelstumpfes besonders günstig.

Nach einer günstigen Weiterbildung der Erfindung stützt sich einer der Zapfen mit seiner Stirnfläche federbelastet an der Wandung der Arbeitskammer ab, so daß der Umschaltkolben druckunabhängig eine vorbestimmte, das Ventil des entsprechenden Einströmkanals öffnende Position einnimmt, ohne daß die Umschalteinrichtung bereits an eine Flaschenbatterie angeschlossen worden ist. Durch diese konstruktiven Maßnahme ist die Umschaltvorrichtung auch für mit einem fluiden Medium zu versorgende Systeme geeignet, bei denen nur die Umschaltung auf einen Reser­ vebehälter, beispielsweise zur Atemluftversorgung für einen Taucher, vorgesehen ist.

Als Dichtelemente sind O-Ringe, Kolben- oder Flansch­ dichtungen vorgesehen. O-Ringe sind dabei besonders zweckmäßig, da sich diese in ringförmigen Nuten, welche in die Mantelfläche der kegelstumpfartigen Ventilverschluß­ teile eingearbeitet sind, sicher positionieren lassen. Für eine zuverlässige Abdichtung der Einströmkanäle durch diese sich in vorteilhafter Weise selbst zentrierenden Ventilverschlußteile sind zwei in Ringnuten eingesetzte Dichtelemente mit jeweils unterschiedlicher axialer Posi­ tion vorgesehen.

Die Dichtelemente bestehen aus Viton, EPDM, Teflon, Kal­ riz, Zalack, vorzugsweise jedoch aus Polyurethan.

Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfin­ dung sind mehr als zwei, vorzugsweise vier Ringnuten in dem jeweiligen Ventilverschlußteil eingearbeitet, so daß unterschiedliche relative Abstände zwischen den beiden O-Ringen in axialer Richtung bei jedem der Ventilver­ schlußteile ohne besondere Mühe und ohne jegliche Verän­ derung des Gehäuses der Umschaltvorrichtung wählbar sind. Dadurch sind die für die axiale Verschiebung des Umschaltkolbens wirksamen Querschnittsflächen bequem einstellbar und die Umschalteinrichtung kann für unterschiedliche Umschaltdrucke bzw. für unterschiedliche fluide Medien bei Verwendung der konstruktiv gleichen Gehäuseteile bzw. des gleichen Umschaltkolbens spezifi­ ziert werden.

Der Ausströmkanal der Umschalteinrichtung, über welchen das Strömungsmedium einem Verbraucher zugeführt wird, ist im Bereich der Lagerung des Basiskörpers in die Arbeitskammer eingebunden. Die Lagerung des Basiskörpers des Umschaltkolbens ist derart ausgebildet, daß stets eine fluidische Verbindung zwischen dem im Bereich der Lagerung des Basiskörpers in die Arbeitskammer eingebundenen Ausströmkanal und dem durch das jeweilige Ventilver­ schlußteil freigegebenen Einströmkanal besteht.

Um den Umschaltvorgang in vorteilhafter Weise zu be­ schleunigen, ist entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung in dem den Ventilsitz bildenden Wandungsbereich der Arbeitskammer jeweils ein ringförmig ausgebildeter Dauermagnet vorgesehen. Die aus einem ferromagnetischen Material bestehenden Ventilverschlußteile werden beim Umschaltvorgang in einem bestimmten Abstand von dem Ven­ tilsitz von der Wirkung des Magnetfeldes erfaßt und in seiner Bewegung in Richtung der Schließstellung unterstützt. Die Verwendung eines Elektromagneten bzw. die Kombination eines Dauermagneten mit einem Elektromagneten ermöglicht in günstiger Weise eine Steuerung der beschleu­ nigenden Kraft und damit eine Steuerungsmöglichkeit des Umschaltpunktes der Vorrichtung.

Nach einer anderen günstigen Weiterbildung der Erfindung ist in der Wandung der Arbeitskammer der Umschalt­ einrichtung im Bereich der Basiskörperlagerung mindestens ein nutartiger Überströmkanal vorgesehen. Dadurch wird auf einfache Weise erreicht, daß die für ein unterbrechungsfreies Umschalten des Ausströmkanals auf einen der beiden Einströmkanäle erforderliche fluidische Verbindung zwischen dem im Bereich der Lagerung des Basiskörpers des Umschaltkolbens in die Arbeitskammer eingebundenen Ausströmkanal und dem durch das jeweilige Ventilverschlußteil freigegebenen Einströmkanal der Umschalteinrichtung ohne Beeinträchtigung der Lagerung aufrechterhalten werden kann.

Um während des Umschaltvorgangs in dem Ventilbereich des zu verschließenden Einströmkanals kein den Schließvorgang beeinflussendes Druckpolster entstehen zu lassen, ist entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfin­ dung in dem den Ventilverschlußteilen angepaßten, den Ven­ tilsitz bildenden Wandungsbereich der Arbeitskammer jeweils ein Überströmkanal mit einem federgesteuerten Druckentlastungsventil vorgesehen, durch welchen sich ein mögliches Druckpolster entweder in den jeweiligen Einströmkanal oder in die die Umschalteinrichtung umge­ bende Atmosphäre entspannen kann. Die Änderung der Federkonstanten der in dem Druckentlastungsventil befindlichen Feder führt nicht nur zur Änderung des Ansprechpunktes des Druckentlastungsventils, sondern auch zu einer Änderung des Druckes, bei welchem die Umschalteinrichtung anspricht. Dabei ist es günstig, den Kolben des Druckentlastungsventils mit dem in dem jeweili­ gen Einströmkanal vorherrschenden Druck als Gegendruck zu belasten, um Schwingungserscheinungen während des Umschaltvorganges zu vermeiden.

Entsprechend einer anderen Weiterbildung der Erfindung sind die Druckentlastungsventile manuell oder durch die Ventilverschlußteile betätigbar ausgebildet.

Bei einem in den Einströmkanal geführten Überströmkanal erfolgt ein Druckausgleich mit der Atmosphäre, wenn nach einem Umschaltvorgang ein bis auf eine Restmenge des fluiden Mediums entleerter Behälter gegen einen vollstän­ dig gefüllten ausgetauscht wird. Wird der Behälterwechsel versäumt, erfolgt ein wechselweises, nahezu vollständiges Entleeren der beiden mit der Umschalteinrichtung verbun­ denen Behälter.

Entsprechend einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist es günstig, den Ausgang des Überströmkanals durch einen zylindrischen Stift aus einem Sintermaterial zu ver­ schließen. Die Porösität des Sintermaterials ermöglicht den Abbau eines beim Umschaltvorgang zwischen der Wandung der Arbeitskammer und dem Ventilverschlußteil im Bereich zwischen den an der Peripherie des Ventilverschlußteils angeordneten Dichtelementen entstehenden Druckpolsters, ohne daß ein übermäßiges Austreten von fluidem Medium aus dem Überströmkanal erfolgt.

Die erfindungsgemäße Umschaltvorrichtung weist gemäß einer zusätzlichen Weiterbildung Meßmittel auf, durch welche die in den Einströmkanälen vorhandenen Drücke erfaßt werden. Gleichzeitig sind optische und/oder akustische Anzeigemit­ tel zur Darstellung des jeweiligen Schaltzustandes der Umschaltvorrichtung vorgesehen, um einen erforderlichen Behälterwechsel zu signalisieren. Die Meß- und Anzeigemittel sind - insbesondere zwecks Anpassung für einen Einsatz der Umschaltvorrichtung im medizin­ technischen Bereich - in die Gehäusewandung der kompakt ausgebildeten Umschaltvorrichtung integriert.

Die vorstehend beschriebene konstruktive Lösung für eine Einrichtung zum unterbrechungsfreien Umschalten eines an eine Flaschenbatterie angeschlossenen Verbrauchers fluiden Medien, vorzugsweise einsetzbar in der Medizintechnik für Gas-Insufflationsgeräte bei Verwendung von Flüssiggas, weist den erheblichen Vorteil auf, Umschalteinrichtung lediglich durch Wahl der Position der in der Umschalteinrichtung erforderlichen Dichtelemente und Auswahl der Federmittel der Druckentlastungsventile bei ansonst im wesentlichen gleichen Bauteilen für die unterschiedlichsten Anwendungsbereiche modifiziert werden kann. Durch einen modularen Aufbau des Gehäuses lassen sich die Fertigungskosten für eine Palette unterschied­ licher Umschalteinrichtungen in günstiger Weise weiter reduzieren.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Teilschnittdarstellung der bevorzugten Aus­ führungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Längsschnittdarstellung der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung nach einer Drehung um die Längsachse um 90°,

Fig. 3 die Darstellung eines Längsschnittes durch eine günstige Weiterbildung der in Fig. 2 gezeigten Aus­ führungsform der Erfindung,

Fig. 4 eine andere vorteilhafte Ausführungsform eines in den Fig. 1, 2, und 3 gezeigten Bauteils in Darstellung als Längsschnitt,

Fig. 5 ein Detail einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sowie

Fig. 6 eine günstige Weiterbildung der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform der Erfindung.

Die in Fig. 1 dargestellte Umschaltvorrichtung 1 weist ein Gehäuse 20 mit einer Arbeitskammer 12 auf. In der Arbeitskammer 12 ist ein Umschaltkolben 7 axial verschieblich angeordnet. Dabei ist für den zylindrisch ausgebildeten Basiskörper 7.1 des Umschaltkolbens 7 eine Gleitlagerung innerhalb der Arbeitskammer 12 vorgesehen. Der Basiskörper 7.1 trägt an seinen Enden jeweils ein kegelstumpfförmig ausgebildetes Ventilverschlußteil 7.2, welches in einen zylindrischen Zapfen 7.3 ausläuft. Die (nicht dargestellten) Behälter für das zu verbrauchende fluide Medium sind über Anschlußstutzen 2.1, 3.1 mit der Umschaltvorrichtung 1 verbindbar. Die Anschlußstutzen 2.1, 3.1 führen über jeweils über einen Einströmkanal 2 und 3 (s. Fig. 2) in die Arbeitskammer 12. Der Ausströmkanal 4 ist im Bereich der Lagerung des Umschaltkolbens 7 in die Arbeitskammer 12 eingebunden und ist über einen Anschlußstutzen 4.1 mit einem (nicht dargestellten) Verbraucher verbindbar. Zum Erfassen des jeweiligen Drucks des fluiden Mediums in den Einströmkanälen 2 und 3 sind Manometer 5, 6 vorgesehen.

Die Arbeitskammer 12 wird durch die Elemente 20.1, 20.2, 20.3, 20.4 und 20.5 des modular aufgebauten Gehäuses 20 gebildet. Das sich konisch verjüngende Ventilverschlußteil 7.2 bildet mit der sich in gleicher Weise verkleinernd geformten, als Ventilsitz ausgebildeten Arbeitskammerwan­ dung des Gehäusemoduls 20.1 ein in geschlossener Stellung gezeigtes Ventil, welches den Einströmkanal 2 von der Arbeitskammer 12 abtrennt. Die beiden O-Ringe 8.1 und 8.2, welche in an der Peripherie des Ventilverschlußteils 7.2 in unterschiedlicher axialer Position vorgesehenen Ringnu­ ten 9 eingesetzt sind, sichern im Bereich des Ven­ tilverschlußteils 7.2 den Einströmkanal 2 vor einem Druckausgleich mit dem in der Arbeitskammer herrschenden Fluiddruck, da das entsprechende Ventil für den Einströmkanal 3 geöffnet ist. Die Stellung des Umschaltkolbens 7 bzw. der Zeitpunkt des Umschaltens der Verbindung des Einströmkanals 2 bzw. 3 auf den Ausströmka­ nal 4 ist von der Differenz dem in den Einströmkanälen 2, 3 vorhandenen Druck des fluiden Mediums und von dem Verhältnis der Flächen F₁ und F₂ abhängig. Die Größe der zum einen von dem Druck im Einströmkanal 2 und zum anderen von dem in der Arbeitskammer 12 herrschenden Druck beaufschlagten Flächen F₁ und F₂ ergibt sich aus der gewählten Position der O-Ringe 8.1 und 8.2. Die den Umschaltkolben 7 bewegende Kraft wird durch die Resultierende der an dem Umschaltkolben entgegengesetzt gerichtet angreifenden und im wesentlichen durch die mit­ tels der O-Ringe 8.1 und 8.2 erzielte Aufteilung der Man­ telfläche des Ventilverschlußteils 7.2 in drei Einzelflächen 15.1, 15.2, 15.3 in der Größe festlegbaren Einzelkräfte gebildet.

Der in Fig. 2 dargestellte Längsschnitt durch die erfin­ dungsgemäße Umschalteinrichtung 1 zeigt die Position des Ausströmkanals 4. Der Ausströmkanal 4, über welchen das Strömungsmedium einem mittels des Stutzens anschließbaren Verbraucher zugeführt wird, ist im Bereich der Lagerung des Basiskörpers 7.2 in die Arbeitskammer 12 eingebunden. Im Bereich der Lagerung des Basiskörpers 7.2 des Umschaltkolbens 7 weist die einen Teil der Arbeitskammer 12 bildende Wandung des Gehäusemoduls 20.2 eine sich axial erstreckende Nut 10 auf, so daß bei der gezeigten Stellung des Umschaltkolbens 7 eine fluidische Verbindung zwischen dem Ausströmkanal 4 und dem durch das Ventilverschlußteil freigegebenen Einströmkanal 3 besteht. Nach einem erfolgten Umschaltvorgang sichert die Nut 10 eine entspre­ chende fluidische Verbindung zwischen dem Einströmkanal 2 und dem Ausströmkanal 4. Die beiden Ringnuten 9 der kegelstumpfförmigen Ventilverschlußteile 7.2 sind entsprechend eines ausgewählten Umschaltdruckes jeweils mit einem O-Ring 8.1, 8.2 belegt.

Die in Fig. 2 gezeigte Stellung des Umschaltkolbens 7 ergibt sich, wenn der in der Darstellung rechts befindliche Einströmkanal (vergleiche Position 3 in Fig. 1) an einen Gasbehälter angeschlossen wird und der zweite Einströmkanal frei bleibt. Diese Kolbenposition bleibt auch erhalten, wenn an den zweiten Einströmkanal (vergleiche Position 2 in Fig. 1) ein entsprechender Gas­ behälter mit im wesentlichen gleichgroßem Innendruck angeschlossen worden ist. Bei dem in der zeichenebene nach links verschobenen Umschaltkolben 7 wird bei geöffneten Einströmkanal 3 die gesamte Mantelfläche des (in der Darstellung rechten) Ventilverschlußteils 7.2, die Stirnfläche des Zapfens 7.3 und die Kreisringfläche des aus der Wandung des Kegelstumpfes herausragenden Teils des O-Rings 8.1 (vergleiche Position F₁ in Fig. 1) durch den Druck des fluiden Mediums beaufschlagt. Die bei dem (linken) geschlossenen Einströmkanal mit dem Druck beaufschlagbare Fläche (vergleiche Position F₂ in Fig. 1) ist wesentlich kleiner und wird durch die Stirnfläche des Zapfens 7.3, die Teilmantelfläche 15.1 des Ventilver­ schlußteils 7.2 und die Kreisringfläche des aus der Wan­ dung des Kegelstumpfes herausragenden Teils des O-Rings 8.2 gebildet. Dadurch ist die Position des Umschaltkolbens 7 bei im wesentlichen gleichem Innendruck des ange­ schlossenen Behälters und wegen der nach links gerichteten resultierenden Druckkraft stabil. Nimmt der Innendruck des mit dem Ausströmkanal 4 verbundenen Behälters durch Verbrauch des fluiden Mediums allmählich ab, erfolgt nach Umkehr der Wirkungsrichtung der Kraftresultierenden eine Verschiebung des Umschaltkolbens 7 nach rechts.

Der Umschaltzeitpunkt des Kolbens 7 (und damit der Grad der Entleerung des zuerst angeschlossen Behälters) kann auf einfache Weise bei Beibehaltung der geometrischen Abmessungen der einzelnen Gehäusemodule des Gehäuses 20 und des Umschaltkolbens 7 durch eine andere Anzahl, beispielsweise bei Verwendung nur eines O-Ringes 8.1, d. h. bei dadurch veränderter relative Position der Dichtelemente 8.1 und 8.2 an der Peripherie der Ven­ tilverschlußteile 7.2 (und damit einer Änderung der wirksamen Fläche am Ventilverschlußteil des geschlossenen Einströmkanals) eingestellt werden. Gleichermaßen ist die Umschaltvorrichtung damit auch für eine Anwendung bei unterschiedlichen fluiden Medien einstellbar.

In den die Ventilverschlußteile 7.2 aufnehmenden Wandungs­ bereichen der Arbeitskammer 12 ist jeweils eine Druckaus­ gleichsleitung 13 mit einem Überdruckventil 11 vorgesehen. Diese Konstruktion ist erforderlich, um das Druckniveau, welches sich während des Umschaltvorgangs in dem Raum zwischen der Mantelfläche des jeweiligen Ventilverschluß­ teils, insbesondere in dem durch die Ringdichtungen 8.1 und 8.2 begrenzten Bereich, und der den Ventilsitz bildenden Wandung der Arbeitskammer 12 entsteht, abzubauen. Dadurch werden in vorteilhafter Weise ein exaktes Umschalten erreicht und mögliche, den Umschaltvorgang beeinträchti­ gende Schwingungserscheinungen unterdrückt. Der Druckabbau erfolgt in vorteilhafter Weise jeweils in den (nicht dargestellten) nahezu geleerten und dadurch einen relativ niedrigen Innendruck aufweisenden Behälter. Bei einem Behälterwechsel erfolgt ein Entlüften der Druckaus­ gleichsleitung.

Die in Fig. 3 gezeigte Schnittdarstellung einer günstigen Weiterbildung der Erfindung weist einen Umschaltkolben 7 auf, bei welchem sich einer der an den freien Enden befindlichen zylindrischen Zapfen 7.3 mit seiner Stirnfläche unter Zwischenschaltung einer auf Druck belasteten, eine Federkonstante geringer Größe aufweisende Schraubenfeder 14 an der Wandung der Arbeitskammer 12 abstützt. Dadurch ergibt sich einerseits eine vorbestimmte Position des Umschaltkolbens 7 bei einer nicht an Behälter angeschlossenen Umschalteinrichtung 1, und andererseits kann in günstiger Weise durch Wahl der Federkonstanten der Umschaltpunkt der Einrichtung 1 verändert werden. Eine große Federkonstante führt zu dem Vorteil, daß der jeweils zuerst angeschlossene Behälter weitestgehend geleert wer­ den kann.

Der Umschaltkolben 7 weist zwei verschiedenartig aus­ gebildete Ventilverschlußteile 7.2 und 7.2′ auf, welche sich durch die Anzahl und die axiale Position der Ringnu­ ten 9 zur Aufnahme der entsprechenden Dichtelemente 8.1 und 8.2 unterscheiden. Dadurch sind bei entsprechender Positionierung von Dichtelementen bzw. nur teilweiser Nut­ zung der vorhandenen Ringnuten mehrere Umschaltschalt­ punkte für den Kolben 7 wählbar.

Die Herstellung von Umschaltvorrichtungen, welche bei verschiedenen Druckbedingungen das gewünschte Umschalten ermöglichen bzw. für eine Anwendung bei unterschiedlichen Strömungsmedien geeignet sind, ist bei Nutzung der erfin­ dungsgemäßen Konstruktion in vorteilhafter Weise mit verringerten Kosten möglich, da das Gehäuses 20 modular aus den im wesentlichen gleichbleibenden Einzelteilen 20.1, 20.2, 20.3, 20.4 und 20.5 zusammensetzbar ist und lediglich der Umschaltkolben 7 bzw. die Schraubenfeder 14 entsprechend des jeweiligen Anwendungsfalles modifiziert werden muß.

Fig. 4 zeigt als vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung einen Umschaltkolben 7, dessen Ventilverschlußteile 7.2 in der Mantelfläche vier ringförmige ausgebildete Nuten 9 aufweisen, von denen jeweils nur zwei mit einem O-Ring 8.1, 8.1′, 8.2, 8.2′ als Dichtmittel bestückt sind. Die im Vergleich mit der Darstellung in den Fig. 1, 2 und 3 unterschiedliche Positionierung der O-Ringe 8.1′ und 8.2′ führt zu einer veränderten wirksamen Fläche an dem Ven­ tilverschlußteil 7.2, welches dem jeweils geschlossenen Einströmkanal zugeordnet ist.

Ein kegelstumpfartiges Ventilverschlußteil 7.2 weist nicht nur günstige Positioniermöglichkeiten für die Dichtele­ mente auf, sondern ermöglicht in vorteilhafter Weise durch die konische Verjüngung auch eine Selbstzentrierung innerhalb des durch die Gehäusewandung gebildeten Ven­ tilsitzes.

Weitere konstruktive Lösungen für die erfindungsgemäße Umschaltvorrichtung ergeben sich durch Wahl der Höhe des kegelstumpfartigen Ventilverschlußteils 7.2 bzw. der Anzahl der Ringnuten 9. Dadurch ist eine feinere Unter­ teilung der Druckstufen für das Umschalten oder die Anwen­ dung der Umschaltvorrichtung für eine größere Anzahl unterschiedlicher fluider Medien erreichbar.

In den Fig. 5 und 6 sind konstruktive Varianten für die Anordnung von Druckentlastungsventilen dargestellt, um das sich während des Umschaltvorganges im Bereich zwischen den Dichtelementen 8.1 und 8.2 an den Ventilverschlußteilen 7.2 und der Gehäusewandung des jeweils zu verschließenden Einströmkanals entstehenden Druckniveau abzubauen. Damit wird der Einfluß dieses Druckniveaus auf Umschaltvorgang verhindert und das Auftreten störender Schwingungs­ erscheinungen wirksam unterbunden.

Das in Fig. 5 gezeigte Druckausgleichsventil ist in dem Gehäusemodul 20.3 angeordnet und weist einen axial verschieblich angeordneten und durch Dichtungen gelagerten Kolben 16 auf. Der Kolben 16 wird durch eine an einem seiner Enden befestigten, sich einseitig auf dem Gehäuse­ modul abstützenden Feder 19 in der gezeigten Position gehalten und versperrt die in die die Umschaltvorrichtung umgebende Atmosphäre führende Ausgleichsleitung 18. Beide Kolbenenden sind bei geöffneten Einströmkanal 3 mit dem an den Einströmkanal 3 angeschlossenen Behälterinnendruck beaufschlagt. Bei einem Umschaltvorgang wird der Umschaltkolben 7 entsprechend der gezeigten Pfeilrichtung nach rechts bewegt und es baut sich in dem Raum zwischen den beiden Ringdichtungen 8.1 und 8.2 des Ventilver­ schlußteils 7.2 und der Wandung der Arbeitskammer 12 im Bereich der Ausgleichsleitung 18 ein Druckpolster auf. Dieses Druckniveau wirkt über die Leitung 17 auf die federbelastete Seite des Kolbens 16. Der Kolben 16 weicht gegen den Behälterinnendruck in Pfeilrichtung nach rechts aus und gibt über die Nut 21 die Ausgleichsleitung 18 frei. Das Druckniveau in dem durch die Wandung der Arbeitskammer 12 und der Mantelfläche im Bereich zwischen den Dichtringen 8.1, 8.2 eingeschlossenen Volumen wird abgebaut.

Die gemäß Fig. 6 in die die Umschaltvorrichtung umgebende Atmosphäre führende Ausgleichleitung 25 enthält ein Druckausgleichsventil, dessen Kolben 24 längs der Achse der Leitung 25 verschieblich angeordnet ist. Der Kolben 24 wird von einer die Ausgleichsleitung 25 von außen dichtend verschließenden Platte und durch eine beidseitige Auflastung des Behälterinnendrucks über die Leitungen 22 und 25 in der gezeigten Verschlußposition gehalten. Die die Ausgleichleitung verschließende Platte wird durch ein Federelement 23, welches sich auf einer mittels einer Schraubverbindung 27 an dem Gehäuse der Umschalt­ vorrichtung befestigten Kappe 26 abstützt, in ihrer Posi­ tion gehalten. Ein beim Umschaltvorgang entstehendes Druckniveau wird - in gleicher Weise wie vorstehend beschrieben - sicher abgebaut.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbei­ spiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

Claims (19)

1. Umschaltvorrichtung, vorzugsweise einsetzbar für ein Gas-Insufflationsgerät bei Verwendung von Flüssiggas, mit mindestens zwei, jeweils durch ein Ventil absperrbaren Einströmkanälen und mindestens einem Ausströmkanal für eine wechselweise Entnahme eines fluiden Mediums aus mehreren Behältnissen, mit einem in einem Gehäuse verschieblich gelagerten, einen an beiden Enden jeweils ein, vorzugsweise als Rotationskörper ausgebildetes Ven­ tilverschlußteil tragenden Basiskörper aufweisenden Umschaltkolben, welcher durch eine zwischen den fluiden Medien bestehende Druckdifferenz angetrieben wird und in zwei Schaltstellungen jeweils einen der Einströmkanäle mit dem Ausströmkanal verbindet, und mit einer den Umschaltkolben aufnehmenden Arbeitskammer, wobei Dichtele­ mente zum druckdichten Verschließen der Einströmkanäle bei entsprechender Schließstellung des Umschaltkolbens und zum Aufteilen der Arbeitskammer in zwei gegeneinander abge­ dichtete Abschnitte vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschaltkolben (7) und/oder die Arbeitskammer (12) eine derartige Ausbildung aufweisen, daß mindestens ein Dichtelemente (8.1, 8,2) wahlweise in unterschiedlichen Positionen anordenbar ist, wobei die Größe der von den fluiden Medien beaufschlagten und den Umschaltpunkt bestimmenden Flächen des Umschaltkolbens (7) durch die Position des Dichtelements bestimmt wird.

2. Umschaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Ventilverschlußteile (7.2) einen sich in Richtung des entsprechenden Endes des Umschaltkolbens (7) verringernden Durchmesser und die Arbeitskammer (12) einen hiermit korrespondierend ausgebildeten, als Ventilsitz dienenden Endabschnitt aufweist und zwei Dichtelemente (8.1, 8.2) mit einem unterschiedlichen Durchmesser und mit axialem Abstand zueinander an der Peripherie dieses Ventilver­ schlußteils (7.2) angeordnet sind.

3. Umschaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Durchmesser der Ventilverschlußteile (7.2) kontinuierlich ändert.

4. Umschaltvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilverschluß­ teile (7.2) als sich in Richtung des Endes des Umschaltkolbens (7) verjüngender Kegelstumpf ausgebildet sind.

5. Umschaltvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilverschluß­ teil (7.2) in einen zylindrischen Führungszapfen (7.3) übergeht.

6. Umschaltvorrichtung nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche der Ventilverschlußteile (7.2) derart ausgebildet ist, daß das Dichtelement (8.1, 8.2) mit unterschiedlicher axialer Position plazierbar ist.

7. Umschaltvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel mindestens eines der Ventilverschlußteile (7.2) mehrere konzentrische Ringnuten (9) aufweist, von denen zwei wahlweise zur Aufnahme eines Dichtelements (8.1, 8.2) vorgesehen sind.

8. Umschaltvorrichtung nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung des Basiskörpers (7.1) des Umschaltkolbens (7) derart ausgebildet ist, daß eine fluidische Verbindung zwischen dem im Bereich der Lagerung des Basiskörpers (7.1) in die Arbeitskammer (12) mündenden Ausströmkanal (4) und dem durch das jeweilige Ventilverschlußteil (7.2) freigegebenen Einströmkanal (2, 3) besteht.

9. Umschaltvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung der Arbeitskammer (12) im Bereich der Lagerung des Basiskör­ pers (7.1) mindestens einen nutartigen Überströmkanal (10) aufweist.

10. Umschaltvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Dichtelement ein O-Ring (8.1, 8.2), eine Kolben- oder eine Flanschdichtung vorgesehen ist.

11. Umschaltvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtelemente aus einem der Materialien Viton, EPDM, Teflon, Kalriz, Zalack, vorzugsweise aus Polyurethan, gefertigt sind.

12. Umschaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckentlastungs­ ventile eine Abströmleitung (18, 25) aufweisen, welche mit der die Umschalteinrichtung (1) umgebende Atmosphäre ver­ bunden ist.

13. Umschaltvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abströmleitung (18) einen Verschluß aus Sintermaterial aufweist.

14. Umschaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abströmleitung (13) der Druckentlastungsventile (11) in das jeweils ange­ schlossene Behältnis für das fluide Medium mündet.

15. Umschaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckentlastungsventile (13) durch den Druck in der Arbeitskammer (12), manuell oder durch ein Ventilver­ schlußteil (7.2) betätigbar ausgebildet sind.

16. Umschaltvorrichtung nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gehäusewandung der Umschalteinrichtung (1) Meßmit­ tel zur Erfassung des Druckes in den Einströmkanälen (2, 3) und optische und/oder akustische Mittel zur Anzeige des jeweiligen Schaltzustandes angeordnet sind.

17. Umschaltvorrichtung nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß magnetische Mittel vorgesehen sind, um die Bewegung des Umschaltkolbens (7) zu unterstützen.

18. Umschaltvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel als ringför­ miger Dauer- und/oder Elektromagnet ausgebildet und an den einen Ventilsitz bildenden Enden der Arbeitskammer (12) in der Gehäusewandung angeordnet sind.

19. Umschaltvorrichtung nach einem der vorangehenden An­ sprüche, gekennzeichnet durch einen Aufbau aus als Module (7, 20.1, 20.2, 20.3, 20.4, 20.5) ausgebildeten Einzelelementen.