EP0142730B1

EP0142730B1 - Nachfüllvorrichtung für Druckgasflaschen

Info

Publication number: EP0142730B1
Application number: EP84112732A
Authority: EP
Inventors: Marco Dr. Vasella
Original assignee: ROTHENBERGER WERKZEUGE-MASCH; Rothenberger Werkzeugemaschinen GmbH
Current assignee: Rothenberger Werkzeugemaschinen GmbH
Priority date: 1983-11-22
Filing date: 1984-10-23
Publication date: 1989-01-18
Also published as: EP0142730A3; DE3476249D1; EP0142730A2; US4628970A

Description

Die Erfindung betrifft eine Nachfüllvorrichtung an wiederverwendbaren Druckgasflaschen, die ein Anschlussgewinde und ein Ventil besitzen, bestehend aus einem druckfesten Patronenhalter für die Aufnahme einer brennbaren, in brennendem Zustand Sauerstoff abgebenden mantellosen Patrone, wobei der Patronenhalter die Patrone möglichst eng umgibt und mindestens teilweise als rohrförmiges, mit Kühlrippen und zwischen den Kühlrippen liegenden Nuten versehenes Verbrennungsgehäuse ausgebildet ist und einen Druckgaskanal für die Überleitung des Sauerstoffs aus dem Innenraum des Patronenhalters in die Druckgasflasche aufweist.
Gaserzeuger mit Patronen aus einem Gemisch chemischer Verbindungen, aus denen durch eine exotherme Reaktion Sauerstoff freigesetzt wird, sind seit langem bekannt. In der Regel handelt es sich um ein Gemisch aus einem Alkalimetallchlorat oder -perchlorat und einem oxidierbaren Stoff, der bei seiner Verbrennung nach einem Anzündvorgang gerade soviel Wärme liefert, dass die Reaktion mit etwa gleichbleibender Wanderungsgeschwindigkeit in der Patrone fortschreitet, wobei laufend überschüssiger Sauerstoff freigesetzt wird. Das Reaktionsgemisch bildet dabei einen festen, gepressten Körper, nämlich die genannte Patrone. Die Temperatur in der Reaktionszone liegt bei etwa 650 °C.
Durch die US-A-2 775 511 ist eine für Patronen mit Ummantelung vorgesehene, aber ansonsten weitgehend gattungsgleiche Nachfüllvorrichtung für Druckgasflaschen mit Entnahmeventil bekannt, wobei das Gehäuse mit Kühlrippen versehen ist. Durch die isolierende Wirkung der Ummantelung der Patrone wird das Gehäuse weniger heiss, was aber mit dem Nachteil verbunden ist, dass wegen des unvermeidbaren Hitzestaus unter Verringerung der Kapazität der Vorrichtung entweder lange Abkühlpausen in Kauf genommen oder die Patronen in sehr heissem Zustand entnommen werden müssen. In beiden Fällen besteht aber eine Verbrennungsgefahr, und zwar durch Berühren der heissen Kühlrippen und der ausgebrannten Patrone.
Durch die US-A-4 069 021 ist ein als Wegwerfartikel ausgebildeter Sauerstofferzeuger ohne Ventil und daher für den sofortigen Verbrauch des Sauerstoffs bekannt. Der Sauerstofferzeuger besitzt einen aus perforierter Pappe bestehenden Berührungsschutz sowie einen Schlagzünder, ist aber wegen mangelnder Druckfestigkeit keine Nachfüllvorrichtung für Druckgasflaschen. Im Bereich der exothermen Mischung besitzt die dünnwandige Blechhülle keine Kühlrippen. Zwei für eine Wärmeverteilung vorgesehene flanschartige Bleche können nämlich nicht als Kühlrippen angesehen werden, weil das obere Blech von der Brennzone viel zu weit entfernt und ausserdem zum Teil durch den Pappmantel bedeck ist und die Blechhülle im Bereich des unteren Blechs von der wandernden Brennzone erst ganz zum Schluss erreicht wird. Zwischen diesen Blechen besitzt die Blechhülle keine die Wärmeabfuhr unterstützenden Mittel, und die Kühlwirkung der in den Pappmantel eintretenden Umgebungsluft ist schon deswegen sehr begrenzt, weil der Pappmantel ausgerechnet im Bereich der besagten Bleche nicht perforiert ist. Auch stellt sich bei einem solchen Wegwerfartikel nicht das Problem einer mehrfachen Beschickung mit neuen exothermen Mischungen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Sauerstofferzeuger der eingangs beschriebenen Gattung, d.h. für Mehrfachbeschickung bei verringertem Hitzestau, anzugeben, bei dem Verbrennungen, zumindest aber schmerzhafte Berührungen mit heissen Teilen ausgeschaltet sind.
Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs beschriebenen Sauerstofferzeuger erfindungsgemäss dadurch, dass das Verbrennungsgehäuse mit einem Hitzeschutz versehen ist und dass der Hitzeschutz aus einem mit Entlüftungsöffnungen versehenen Hohlkörper besteht, der auf die Kühlrippen des Verbrennungsgehäuses in der Weise aufgeschoben ist, dass die Entlüftungsöffnungen mit den Nuten zwischen den Kühlrippen kommunizieren.
Durch die erfindungsgemässe Lösung wird nicht nur eine zuverlässige Kühlung aufrecht erhalten und jeder Hitzestau, auch beim Nachchargieren mehrerer Patronen, vermieden, sondern auch jede Verbrennungs- oder Verletzungsgefahr für den Benutzer zuverlässig ausgeschaltet.
Durch die konstruktive Anweisung, den Druckbehälter die Patrone möglichst eng umschliessen zu lassen, d. h. mit einer Spaltweite von wenigen Millimetern, vorzugsweise sogar von weniger als einem Millimeter, wird einerseits erreicht, dass der in dem Druckkörper nach dem Druckausgleich zurückbleibende Sauerstoffanteil sehr gering ist und durch den Patronenrest sogar noch verringert wird, andererseits würde ohne besondere Kühlungsmassnahmen jedoch eine hohe Wärmebelastung durch stärkere Aufheizung des Druckbehälters in Kauf genommen. Ausserdem strömt beim Nachchargieren einer neuen Patrone nur wenig Luft in den Druckbehälter, die zudem noch beim Einschieben der neuen Patrone fast restlos verdrängt wird, so dass auch der anfänglich freigesetzte Sauerstoff kaum mit Luftstickstoff verunreingt, bzw. verdünnt wird.
Beispielhaft hat eine der üblichen sauerstoffabgebenden Patronen einen Durchmesser von 2,7 cm bei einer Länge von 11,7 cm, so dass das Volumen ca. 67 cm³ beträgt.
Die mit dem Erfindungsgegenstand nachgefüllten Druckgasflaschen dienen in Verbindung mit einer Brenngasflasche zum Schweissen und Hartlöten mit kleinen und kleinsten Brennern bis hinunter zum Mikrobrenner. Ausser für ausgesprochene Heimwerkerarbeiten ist der Erfindungsgegenstand für kunstgewerbliche Arbeiten aller Art, Goldschmiedearbeiten, für den Modellbau und Reparaturarbeiten auf dem Gebiete der Kältetechnik sowie für Arbeiten in Dentallabors geeignet.
Als Brenngase kommen dabei Propan und Butan, Gemische dieser Gase sowie vergleichbare Gase infrage, die weltweit von zahlreichen Firmen angeboten werden. Infrage kommen ferner Brenngase mit Acetylenanteilen.
In besonders einfacher Weise besteht hierbei der Hitzeschutz aus einer Vielzahl von Ringen, die koaxial hintereinander angeordnet und auf dem Umfang durch achsparallele Stege miteinander verbunden sind. Die insbesondere in äquidistanter Verteilung von 90 Winkelgraden angeordneten Stege und die genannten Ringe schliessen alsdann die Entlüftungsöffnungen zwischen sich ein. Im Prinzip entsteht ein korbartig durchbrochenes Gebilde aus einem wärmebeständigen Isolierstoff, durch das hindurch die wärmeaustauschenden Flächen des Druckkörpers durch die Entlüftungsöffnungen hindurch möglichst ungehindert mit der Atmosphäre in Verbindung stehen, um einen Wärmeaustausch durch Strahlung und Konvektion zu begünstigen.
Die äussere Hüllfläche sämtlicher Ringe ist bevorzugt eine Zylinderfläche, während die innere Hüllfläche der Ringe und ggf. der achsparallelen Stege mindestens an den Ecken der Kühlrippen des Druckkörpers zu diesem komplementär sind, so dass der Hitzeschutz auf den jeweils zugehörigen Teil des Druckkörpers aufgeschoben werden kann.
Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn der Nutengrund zwischen den Kühlrippen einen Abstand von den Stegen aufweist. Durch eine solche Massnahme kann die Kühlluft zum Zwecke eines Wärmeaustauschs ungehindert hinter den Stegen um den Durckkörper herum strömen, so dass die Aufheizung auf ein Minimum reduziert wird.
Es ist gemäss der weiteren Erfindung besonders vorteilhaft, wenn die Aussenflächen der den Druckkörper bildenden Teile im Bereich der Kühlrippen im Querschnitt ein Polygon bilden, vorzugsweise ein Sechskant, und wenn die zwischen den Kühlrippen liegenden Nuten einen im Querschnitt kreisförmigen Nutengrund aufweisen.
Der Druckkörper kann hierbei aus prisamtischem Stangenmaterial hergestellt werden, indem ein Stangenabschnitt mit einer zylindrischen Sacklochbohrung versehen wird, die einen Innendurchmesser von etwa 30-32 mm aufweist, also die mantellose Patrone mit glatten, metallischen Innenwänden eng umschliesst. Zwischen der Patrone und dem Druckkörper befindet sich mithin kein poröses Isolier- oder Filtermaterial, welches das Innenvolumen unnütz vergrössern würde.
Die prismatische Aussenfläche dient insbesondere dazu, ein Verdrehen des nachstehend noch näher erläuterten Hitzeschutzes zu vermeiden.
Es ist schliesslich besonders vorteilhaft, wenn der Hitzeschutz mit radial vorspringenden Handgriffen nach Art von Flügelmuttern versehen ist. Durch das formschlüssige, prismatische Umgreifen des Druckkörpers durch den Hitzeschutz lassen sich auf diese Weise die Teile miteinander verschrauben und nach Brennschluss auch dann wieder voneinander trennen, wenn die Gewindeverbindung durch die Hitzeeinwirkung etwas schwergängig geworden sein sollte.
Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung bei Kleingasflaschen beschränkt. Eine vorteilhafte Anwendung besteht in ihrem Anbau an eine Druckgasflasche, die auch ein grösseres Volumen von 5 Litern und mehr haben kann.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 5 näher erläutert.
Es zeigen:

Figur 1 einen teilweisen Axialschnitt durch die Nachfüllvorrichtung,
Figur 2 einen teilweisen Axialschnitt durch das als Verbrennungsgehäuse dienende Teil des Druckkörpers,
Figur 3 einen teilweisen Axialschnitt durch das als Filtergehäuse dienende Teil des Druckkörpers,
Figur 4 eine Seitenansicht des Hitzeschutzes gemäss Fig. 1,
Figur 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V in Figur 4.

Die Figur 1 zeigt einen Druckkörper 1, der aus zwei hülsenförmigen, voneinander lösbaren Teilen 2 und 3 besteht, von denen der Teil 2 als Verbrennungsgehäuse und der Teil 3 als Filtergehäuse bezeichnet wird. Die Teile 2 und 3 sind durch eine Gewindeverbindung 4 miteinander verbunden, die durch eine nicht dargestellte Ringdichtung gasdicht ausgebildet ist.
Die Teile 2 und 3 besitzen Stirnwände 6 bzw. 7. In die Stirnwand 6 ist der Gewindestutzen 8 eines Druckmessers 9 eingeschraubt. In der Stirnwand 7 befindet sich ein Druckgaskanal 11, der sich in einem Anschlussteil 12 fortsetzt, der mit einem Gegengewinde 14 versehen ist, das zu einem genormten Anschlussgewinde einer nicht gezeigten Druckgasflasche komplementär ist.
Im Anschlussteil 12 ist ein konzentrischer Zapfen 16 angeordnet, der mit einer koaxialen Gasbohrung versehen ist. Der Zapfen 16 wirkt mit dem in der aufzufüllenden Druckgasflasche vorhandenen Rückschlagventil zusammen, und zwar wird dieses Ventil beim Aufschrauben des Anschlussteils 12 geöffnet und beim Abnehmen der gesamten Vorrichtung wieder geschlossen, so dass der in der Druckgasflasche vorhandene Sauerstoff ohne Aufsetzen der zur Druckgasflasche gehörenden Entnahmearmatur nicht entweichen kann.
Die beiden Teile 2 und 3 des Druckkörpers 1 umschliessen einen inneren Raum 19, der zur Aufnahme der beschriebenen sauerstoffabgebenden mantellosen Patrone 20 dient und diese mit einem ganz engen Spaltabstand umschliesst. Gemäss einer Analyse derartiger handelsüblicher Patronen besteht das reaktionsfähige Gemisch aus folgenden Komponenten:
Derartige Patronen sind beispielsweise unter der Bezeichnung «SOLIDOX» im Handel.
Die Patrone 20 ruht auf einem Abstandshalter 21, dessen der Patrone 20 abgekehrte Seite einer Filterkammer 22 mit Filtermaterial zugekehrt ist. Als Filtermaterial kann beispielsweise eine Schichtung aus Schamotte-Granulat und Steinwolle dienen. Der Druckgaskanal 11 mündet auf die in der Figur gezeigte Weise in die Filterkammer 22, so dass der freigesetzte Sauerstoff durch das Filtermaterial 23 hindurchtreten muss. Der Abstandshalter hält die Patrone 20 in einem gewissen Abstand von der Stirnwand 7, so dass der Wärmeeingang in die Druckgasflasche stark reduziert wird.
Die beiden Teile 2 und 3 des Druckkörpers 1 sind über praktisch ihre gesamte Länge mit Kühlrippen 24 versehen. Sie sind weiterhin von je einem Hitzeschutz 25a und 25b umgeben, von denen jeder aus einer Vielzahl von koaxial hintereinander angeordneten Ringen 39 besteht, die auf dem Umfang durch achsparallele Stege 40 bzw. 41 miteinander verbunden sind. Zwischen den Ringen 39 und den Stegen 40 bzw. 41 werden auf diese Weise Entlüftungsöffnungen 42 gebildet, die von parallelen Wänden der Ringe 39 begrenzt sind und eine Art sektorförmiger Schlitze bilden. Es ist zu erkennen, dass die Ringe 39 mit den Kühlrippen fluchten, so dass die Nuten 43 zwischen den Kühlrippen 24 ungehindert mit der Atmosphäre kommunizieren.
Es ist weiterhin zu erkennen, dass jeder Hitzeschutz 25a und 25b mit radial vorspringenden Handgriffen 44 versehen ist, der dem Hitzeschutz die Eigenschaften einer «Flügelmutter» verleiht. die Handgriffe 44 sind auf diametral gegenüberliegenden Stegen 40 angeordnet, während zwischen diesen, mit Handgriffen versehenen, Stegen 40 noch die weiteren Stege 41 um 90° versetzt und diametral gegenüberliegend angeordnet sind.
Das Anschlussteil 12 ist mit einem Überdruckventil 45 herkömmlicher Bauart versehen. Sollte somit der unwahrscheinliche Fall eintreten, dass die Gasbohrung im Zapfen 16 auf irgend eine Weise verstopft ist, so spricht das Überdruckventil 45 rechtzeitig an. Es ist ausserdem erkennbar, dass auch das etwa aus dem Überdruckventil austretende Gas zuvor die Filterkammer 22 durchströmen muss, so dass der Sitz des Überdruckventils 45 gegen die Ablagerung von Festkörpern geschützt ist.
Den Figuren 2 und 3 ist zu entnehmen, aus welchen Teilen der Druckkörper 1 zusammengesetzt ist. Die Teile 2 und 3 sind aus einem Sechskantstab hergestellt, in den in äquidistanter Verteilung Nuten 43 mit zylindrischem Nutengrund 43a eingestochen sind, wodurch die Kühlrippen 24 gebildet werden. Das als Verbrennungsgehäuse dienende Teil 2 besitzt ein Innengewinde 4a, während das als Filtergehäuse dienende Teil 3 ein komplementäres Aussengewinde 4b aufweist, die zusammen die Gewindeverbindung 4 bilden. (Figur 1). Lediglich im Breich der Gewindeverbindung 4 haben die Nuten 43b eine geringere Tiefe. Die in der Stirnwand 6 vorhandene Gewindebohrung 6a dient zum Einschrauben des Druckmessers 9. Die in der Stirnwand 7 vorhandene Gewindebohrung 7a dient zum Einschrauben des Anschlussteils 12 gemäss Fig. 7.
Im Innern sind die Teile 2 und 3 - von den Gewindebohrungen 6a bzw. 7a abgesehen - mit Sackloch-Bohrungen 46 und 47 versehen, die gemeinsam den Innenraum 19 des Druckkörpers 1 bilden. Das als Filtergehäuse dienende Teil 3 weist noch eine Ringschulter 48 auf, die zur Auflage des Abstandshalters 21 dient. An diese Ringschulter 48 schliesst sich die Filterkammer 22 an.
Die Figuren 4 und 5 zeigen den Hitzeschutz 25a (bzw. 25b) in der Draufsicht auf seine Längsachse A-A bzw. im Schnitt entlang der diametralen Linie V-V. Es ist insbesondere Fig. 5 zu entnehmen, dass die achsparallelen Stege 40 und 41 Winkelabstände von 90° zueinander aufweisen und dass die Handgriffe 44 an den diametral gegenüberliegenden Stegen 40 einstückig angeformt sind. In Fig. 5 ist der Querschnitt der äusseren Hüllfläche der Kühlrippen 24 durch strichpunktiertes Sechseck angedeutet. Es ist zu erkennen, dass die Ringe 39 bzw. die Stege 41 an den Ecken dieses Sechsecks komplementär zu den Kühlrippen ausgebildet sind, so dass eine in Umfangsrichtung formschlüssige Verbindung zwischen dem Hitzeschutz 25a und dem jeweils zugehörigen Teil des Druckkörpers 1 gebildet wird. In Richtung der Achse A-A lässt sich der Hitzeschutz 25a jedoch ohne weiteres auf den Druckkörper 1 aufschieben. Es ist weiterhin zu ersehen, dass die Ringe 39 ausserhalb der prismatischen Ausnehmungen, nämlich im Bereich 39a einen kreisbogenförmigen Verlauf haben, so dass sie auf dem Umfang an insgesamt 6 Stellen nicht mit den Kühlrippen 24 in Berührung stehen. Auf diese Weise wird nicht nur der Wärmekontakt zwischen den Kühlrippen und dem Hitzeschutz zusätzlich verringert, sondern auch die Belüftung der prismatischen Aussenflächen der Kühlrippen zusätzlich verbessert.
Aus den Figuren 4 und 5 ist weiterhin zu entnehmen, dass die Entlüftungsöffnungen 42 von den Stegen 40 und 41 einerseits und von den Ringen 39 andererseits begrenzt sind, also von planparallelen Wänden begrenzte sektorförmige Spalte bilden. Die Dicke der Ringe 39 beträgt ebenso wie die Breite der Entlüftungsöffnungen 42 in Richtung der Achse A-A jeweils 5 mm. In Verbindung mit der gleichfalls als massstäblich zu wertenden radialen Ausdehnung der Ringe 39 ergibt sich dadurch ein Hitzeschutz, der trotz einer ausserordentlich guten Belüftung des darunter liegenden Druckkörpers 1 eine Berührung der heissen Metallteile des Druckkörpers auch dann wirksam verhindert, wenn der Hitzeschutz fest in der Hand gehalten wird. In Fig. 5 ist noch der zylindrische Nutengrund 43a durch einen strichpunktierten Kreis angedeutet, und es ist zu erkennen, dass zwischen diesem Nutengrund und den Stegen 40 bzw. 41 ein ausreichender radialer Abstand vorhanden ist, der eine allseitige Belüftung des Druckkörpers auch im Bereich des Nutengrundes ermöglicht. Der Hitzeschutz 25a besitzt im Bereich der Handgriffe 44 eine Stirnwand 49 mit einer Bohrung 50, die wahlweise zum Einschrauben des Gewindestutzens 8 des Druckmessers 9 oder des Anschlussteils 12 dient. Nach dem Einschrauben dieser Teile ist der Hitzeschutz 25a oder 25b jeweils auch in Achsrichtung unverschiebbar auf dem zugehörigen Teil des Druckkörpers 1 festgelegt.
Speziell Fig. 5 ist zu entnehmen, dass der Hitzeschutz aus einer komplementär ausgebildeten Spritzform leicht entformt werden kann, wenn man die Teilungsfuge der Form in Richtung einer durch die Handgriffe 44 verlaufenden Symmetrieebene legt. Die Form kann alsdann lediglich aus zwei Formhälften ohne bewegliche Einsatzteile sowie aus einem Formkern bestehen.

Claims

1. Nachfüllvorrichtung an wiederverwendbaren Druckgasflaschen, die ein Anschlussgewinde und ein Ventil besitzen, bestehend aus einem druckfesten Patronenhalter für die Aufnahme einer brennbaren, in brennendem Zustand Sauerstoff abgebenden mantellosen Patrone (20), wobei der Patronenhalter die Patrone möglichst eng umgibt und mindestens teilweise als rohrförmiges, mit Kühlrippen und zwischen den Kühlrippen liegenden Nuten (43) versehenes Verbrennungsgehäuse (2) ausgebildet ist und einen Druckgaskanal (11) für die Überleitung des Sauerstoffs aus dem Innenraum des Patronenhalters in die Druckgasflasche aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbrennungsgehäuse (2) mit einem Hitzeschutz (25, 25a, 25b) versehen ist und dass der Hitzeschutz aus einem mit Entlüftungsöffnungen (42) versehenen Hohlkörper besteht, der auf die Kühlrippen (24) des Verbrennungsgehäuses (2) in der Weise aufgeschoben ist, dass die Entlüftungsöffnungen (42) mit den Nuten (43) zwischen den Kühlrippen (24) kommunizieren.

2. Nachfüllvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hitzeschutz (25a, 25b) aus einer Vielzahl von koaxialen Ringen (39) besteht, die auf dem Umfang durch achsparallele Stege (40, 41) miteinander verbunden sind und die Entlüftungsöffnungen (42) zwischen sich einschliessen.

3. Nachfüllvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringe (39) mit den Kühlrippen (24) in radialer Richtung fluchten.

4. Nachfüllvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutengrund (43a) zwischen den Kühlrippen (24) einen Abstand von den Stegen (40, 41) aufweist.

5. Nachfüllvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenfläche des Verbrennungsgehäuses (2) im Bereich der Kühlrippen (24) im Querschnitt ein Polygon bildet und dass die zwischen den Kühlrippen liegenden Nuten einen im Querschnitt kreisförmigen Nutengrund (43a) aufweisen.

6. Nachfüllvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringe (39) bzw. Stege (40, 41) nur an den Ecken der polygonalen Oberfläche der Kühlrippen (24) mit diesen in Berührung stehen, zwischen den Ecken jedoch einen Abstand von den Kühlrippen (24) aufweisen.

7. Nachfüllvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hitzeschutz (25a, 25b) mit radial vorspringenden Handgriffen (44) versehen ist.

8. Nachfüllvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Handgriffe (44) auf diametral gegenüberliegenden Stegen (40) angeordnet sind und dass zwischen den mit den Handgriffen versehenen Stegen (40) um 90 Grad versetzt noch zwei weitere Stege (41) diametral gegenüberliegend angeordnet sind.