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Selbsttätiger Druckminderer Um hochgespannte Gase, wie sie beispielsweise
aus Gasflaschen ausströmen, auf den gewünschten Verwendungsdruck zu bringen,,werden
selbsttätig wirkende Druckminderer verwendet, so beispielsweise in Verbindung mit
Schweißanlagen, Antrieb von Explosionsmotoren u. dgl. Die Druckminderer bekannter
Art verwenden zur Steuerung der Expansionsvorgänge im allgemeinen Membranen, die
aus Leder oder Metall hergestellt sind. Derartige mit Membranen ausgerüsteten Druckminderer
weisen jedoch erhebliche Nachteile auf, die zunächst darin bestehen. ciaß die Membranen
im Laufe der Zeit schadhaft werden, und zwar die metallischen infolge von Korrosion
und die aus Leder oder ähnlichen Stoffen hergestellten, in dem sie gasdurchlässig
werden oder verhärten. Außerdem müssen bei diesen Druckminderern an den verschiedensten
Stellen Dichtungen vorgesehen werden, die ebenso wie die Ledermembranen brennbare
Stoffe darstellen. Hierin liegt eine große Gefahr, denn beim Öffnen der Flaschenventile
wird unter Umständen das in dem Druckminderer noch vorhandene Gas von dem unter
hohem Druck stehenden Frischgas kolbenartig durch das System getrieben und komprimiert.
Die hierbei entstehende Kompressionswärme kann so hoch ansteigen, daß brennbare
Bestandteile in dem System in Glut geraten. Die brennbaren Bestandteile können dabei
auch aus Ölspuren und ähnlichem bestehen. Abgesehen davon, daß das Glühen des Leders
der Membrane oder der organischen Stoffe der Dichtungen ohne weiteres zu einem Betriebsausfall
des Druckminderers führt, kann aber auch eine Explosion hervorgerufen werden, wenn
aus irgendeinem Grunde in dem System eine Gasmischung entsprechender Zusammensetzung
vorliegt.
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Die Erfindung hat zum Ziele, einen Druckminderer zu schaffen, der
im Bereiche des hochgespannten Gases keine brennbaren Stoffe aufweist, und löst
die
Aufgabe, indem auf Membranen jeglicher Art sowie auf Dichtungen
verzichtet wird und außerdem Teile, wie Federn, die bei ihrer Erzeugung mit 0I in
Verbindung geraten und infolgedessen nach dem Einbau in eine derartige Apparatur
noch unentfernbare Ölspuren enthalten können, in Räumen untergebracht werden, in
denen nur niedrigerer Druck herrscht oder die drucklos sind. Der selbsttätige Druckminderer
gemäß der Erfindung wird dementsprechend so ausgebildet, daß die Steuerung der Entspannungsvorgänge
ausschließlich durch Kolben erfolgt, die besonderer Dichtungen und insbesondere
solcher, die aus brennbaren Stoffen bestehen, nicht bedürfen. Hierbei steuert ein
Kolben den Einlaß zum System, der sowohl unter der Einwirkung einer einstellbaren
Feder als auch unter Einwirkung des Gegendruckes steht. Ein Differenzkolben steuert
den Einlaß zum Expansionsraum. Der Expansionsraum ist durch einen Kanal mit dem
Kolbenraum oberhalb des Einlaßsteuerkolbens verbunden.
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Die Federn der Kolben sind ausschließlich in Niederdruckräumen oder
drucklosen Räumen untergebracht. Die Dichtungskolben können gegebenenfalls gleichzeitig
Steuerorgane darstellen.
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Ein so aufgebauter Druckminderer gemäß der Erfindung erfüllt die Forderung,
daß keinerlei brennbare Stoffe innerhalb des Hochdruck führenden Systemteils vorhanden
sind und daß auch auf Membranen sowohl aus verbrennbarem als auch aus unverbrennbarem
Stoff verzichtet wird. Die Einrichtung weist nur einfache Teile auf und ist daher
auch vom mechanischen Standpunkt aus gesehen einfach und betriebssicher, so daß
insgesamt gesehen ein praktisch störungsfrei arbeitender Druckminderer geschaffen
ist, der auch solchen Druckminderern gegenüber überlegen ist, die mit Ventilen arbeiten.
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In Fällen, in denen es darauf ankommt, eine erhebliche Entspannung
der Gase durchzuführen, kann es zweckmäßig sein, in Ein- oder Mehrfachanordnung
Druckminderer gleicher Art an den Expansionsraum .des voraufgehenden Minderers anzuschließen.
Auf diese Weise kann ein mehrstufiger Druckminderer in einfacher Weise hergestellt
werden. In manchen Fällen genügt es auch, als zweite oder folgende Stufen an Stelle
eines Druckminderers gemäß der Erfindung mit Einlaßkolben und Differenzkolben ein
Aggregat anzuschließen, das lediglich aus dem Differenzkolben und dem Expansionsraum
besteht. In den Abbildungen ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgedankens
dargestellt, und zwar zeigt Abb. i die Gesamtanordnung des Druckminderers mit Gasflasche
und Manometern, Abb. 2 einen Schnitt durch den Druckminderer, Abb. 3 und 4 besondere
Ausführungsformen.
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Der Druckminderer wird mit der Leitung i an die Gasflasche oder den
sonstigen Behälter, der das hochgespannte Gas enthält, angeschlossen. Das aus dem
Gasbehälter ausströmende Gas durchfließt den Kanal i, den Raum 2, den Kanal 3, den
Raum 4 und gelangt durch die Öffnung 5 in den Expansionsraum 6, von wo aus es durch
die Leitung 7 der Gebrauchsstelle, d. h. also dem Gasbrenner, dem Explosionsmotor
o. dgl., zugeführt wird. Im Zuge des Leitungsweges i bis 4 sind zwei Kolbensysteme
vorgesehen. Der Kolben 8 steuert die Einlaßleitung i und steht einerseits unter
Einfluß der Feder 9 und andererseits unter Einfluß des Gegendruckes aus der Expansionskammer
6. Zu diesem Zwecke ist der Kolben 8 so ausgebildet, daß er mit seiner Kolbenstange
io auf der Feder 9 aufruht. Die Spannung der Feder 9 wird durch eine mit Handrad
o. dgl. versehene Schraube oder Spindel i i eingestellt. Die Feder 9 befindet sich
in einem gegenüber dem Druckminderersystem durch den Kolben 12 abgeschlossenen Raum
13. Um die Bewegung der Feder bzw. des Kolbens 12 nicht zu behindern, ist der Raum
13 durch eine Off nung 14 mit der Atmosphäre verbunden.
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Der Kolben 8 steht mit dem Raum 15 in Verbindung, der über den Kanal
16 mit dem Expansionsraum 6 verbunden ist. Der im Expansionsraum 6 herrschende Druck
wirkt auf diese Weise auf den Kolben 8 ein. Außerdem ist eine Feder 17 vorgesehen,
die entgegen dem Druck der Feder 9 wirkt. Unter Umständen kann diese Feder auch
entfallen.
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Der Einlaß des hochgespannten Gases in den Expansionsraum 6 wird gesteuert
durch den Kolben 18, der über eine Kolbenstange i9 mit dem Kolben 20 verbunden ist.
Auf den Kolben 20 wirkt der Druck der Feder 21 ein, die sich in einem gegenüber
der Hochdruckseite des Systems durch den Kolben 20 abgeschlossenen Raum 22 befindet.
Der Raum 22 kann über den Kanal 16 und eine Öffnung 23 mit dem Expansionsraum 6
und damit mit der Niederdruckseite in Verbindung stehen. Es ist aber auch möglich,
auf diese Verbindung zu verzichten und den Raum 22 gegen das System des Druckminderers
vollkommen abzuschließen und ihn gegenüber der Atmosphäre zu entlasten.
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Der Druckminderer ist in der Abb. 2 in Arbeitsstellung für einen beliebigen
Gasbehälterdruck und einen beliebigen Gegendruck dargestellt.
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Durch die Spindel oder Einstellschraube i i ist der Kolben 8 über
die Feder 9 nach oben gedrückt worden, so daß der Einströmkanal i freigegeben ist.
Das Flaschengas strömt durch den Einströmkanal i in den Raum 2 und von dort durch
den Kanal 3 in den Raum 4 des Differenzkolbens 18, 2o. Entsprechend dem Druck des
Flaschengases ist der Differenzkolben 18, 2o entgegen dem Druck der Feder 21 angehoben
und damit die schlitzförmige Öffnung 5 begrenzt. Durch die Öffnung 5 expandiert
das Gas in den Raum 6 und kann durch den Ausströmkanal 7 zur Gebrauchsstelle weitergeleitet
werden. Damit der Kolben 18 in keiner Phase der Steuerung den Drosselschlitz 5 vollständig
schließt, sondern stets eine Entspannung vom Raum 4 zum Expansionsraum 6 hin möglich
ist, ist ein in der Zeichnung nicht dargestellter Anschlag vorgesehen.
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Die selbsttätige Einstellung eines bestimmten Gegendruckes erfolgt
durch die Verbindung des Expansionsraumes 6 über den Kanal 16 mit dem Raum 15 oberhalb
des Kolbens B. Wird der Ausströmkanal 7, beispielsweise weil die Arbeit am Gasbrenner
beendet ist oder der Motor stillgesetzt wird, abgeschlossen, so bildet sich im Expansionsraum
6
ein erhöhter Druck, der sich über den Kanal 16 und Raum 15 auf
den Kolben 8 in dem Sinne auswirkt, daß er entgegen dem Druck der Feder 9 abwärts
bewegt wird und den Einströmkanal i absperrt. Je nachdem, welche Druckhöhe in dem
Expansionsraum 6 zugelassen werden soll, wird die Feder 9 mehr oder minder stark
gespannt. Je nach dieser Federspannung wird der Kanal i vom Kolben 8 erst bei höherem
oder bereits bei niedrigem Gegendruck ganz oder teilweise geschlossen. Es ist somit
die Einstellung jedes beliebigen Gegendruckes möglich.
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Wenn sich der Druckminderer gemäß der Erfindung in Ruhestellung befindet,
d. h. also das Ventil am Hochdruckgasbehälter geschlossen ist, so wird mittels der
Stellschraube i i die Feder 9 entspannt. Im allgemeinen befindet sich der Ausströmkanal
7 in geöffneter Stellung.
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Um den Druckminderer für die nächstfolgende Inbetriebsetzung und damit
die Öffnung des Hochdruckbehälterventils vorzubereiten, soll der Kanal i durch den
Kolben 8 möglichst abgeschlossen werden, um <las Entstehen von Kompressionswärme
zu vermeiden, die etwa in den Leitungen auftreten könnte. Diesem Zweck dient- die
Feder 17, die den Kolben 8 bei entspannter Feder 9 in Schlußstellung gegenüber dem
Kanal i bringt und ihn in dieser Lage festhält, bis durch Spannung der Feder 9 für
den nächsten Betriebsfall der gewünschte Expansions- bzw. Gegendruck eingestellt
wird.
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Bei abgeschlossenem Ventil des Hochdruckbehälters und geöffnetem Auslaßkanal
7 kann das gesamte im Druckminderer befindliche Gas entweichen, so daß beim Entspannen
der Feder 9 und dadurch bewirktem Abschluß des Kanals i durch den Kolben 8 und bei
Stellung der übrigen Teile des Druckminderers in Ruhestellung in dem gesamten System
kein hochgespanntes Restgas mehr vorhanden sein kann. Bei erneuter Öffnung des Hochdruckbehälterventils
können daher Störungen durch komprimierte Restgase nicht entstehen.
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In der "Zeichnung ist deutlich ersichtlich, daß sämtliche Steuerbewegungen
und Abdichtungen einzelner Räume gegenüber der Hochdruckseite durch Kolben vermittelt
werden, die teilweise Doppelfunktionen, nämlich die der Dichtung und der Steuerung
gleichzeitig ausüben. Dabei sind Teile, wie Federn, die Öl o. dgl. enthalten können,
in solche Räume verlegt, die entweder drucklos oder nur an die Niederdruckseite
angeschlossen sind. Es wird dadurch weitgehend vermieden, daß brennbare Bestandteile
an irgendeiner Stelle des Systems mit hochgespanntem Gas in Berührung geraten.
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Der Druckminderer gemäß der Erfindung kann auch mehrstufig ausgebildet
werden. In diesem Falle wird ein Druckminderer, wie er in der Abb. 2 dargestellt
ist, mit seinem Kanal i an den Kanal 7 angeschlossen und, wenn der mehrstufige Druckminderer
mehr als zwei Stufen enthalten soll, so kann an den zweiten Druckminderer ebenfalls
wieder ein solches Aggregat angeschlossen werden usf. Es ist ferner möglich, an
den Kanal 7 ein Aggregat anzuschließen, das nur aus dem Teil besteht, der hinter
dem Kanal 3 liegt, d. h. also es würde an den Anlaßkanal 7 der Differenzkolben 18,
2o mit seinem Einlaßkanal3 angeschlossen werden. Es ist natürlich auch möglich,
an einen so geschaffenen mehrstufigen Druckminderer weitere Aggregate anzuschließen,
die ebenfalls nur aus einem Differenzkolben 18, 2o mit dem Expansionsraum 6 bestehen
(Abb. 3). Ferner ist eine Kombination möglich, bei welcher beispielsweise zwei Druckminderer
gemäß der Zeichnung hintereinandergeschaltet sind und anschließend ein aus Differenzkolben
und Expansionsraum bestehendes Aggregat angeschlossen wird (Abb. 4).
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In allen Fällen kann die Gesamtanordnung bei sämtlichen Ausführungsformen
der mehrstufigen Druckminderer gemäß der Erfindung auch jeweils so getroffen werden,
daß den einzelnen Expansionsräumen Gase mit entsprechenden Teildrücken entnommen
werden können.
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Die Erfindung soll nicht auf die dargestellte und beschriebene Ausführungsform
beschränkt sein, es sind vielmehr auch Abänderungen dieser Ausbildungsform möglich,
ohne daß hierdurch grundsätzlich vom Erfindungsgedanken abgewichen würde.