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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf das Gebiet
der Speicherung und der Abgabe von unter Druck stehendem Gas. Die
vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Ventilanordnung
zur Verwendung mit einem Füllsystem
für Druckgas-Behälter und
auf ein Verfahren zum Füllen
eines Druckgas-Behälters
wie etwa eines Niederdruck-Gaszylinders.
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Der
hier verwendete Ausdruck "Gas" wird verwendet,
um nicht nur den gasförmigen
Zustand einer Substanz, sondern außerdem ein Aerosol und einen
Dampf, die einem verflüssigten
Gas zugeordnet sind, zu beschreiben.
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Gase
werden vorteilhaft unter Druck, häufig in einem Druckgaszylinder
gespeichert und transportiert. Bei vielen Haushaltsanwendungen (d.
h. nichtindustriellen Anwendungen) ist es vorteilhaft, dass der Druckgaszylinder
tragbar ist. Ein Taucher mit Unterwasser-Atemgerät (Scuba-Taucher) muss z. B.
eine tragbare Versorgung für
Atemgas haben, damit er eine bestimmte Zeit unter Wasser bleiben
kann, und ein Rettungssanitäter
benötigt
eine tragbare Sauerstoffversorgung für die Behandlung einer verletzten Person
am Unfallort. Außerdem
werden DIY-Schweißgase sowie
Kohlendioxid für
Feuerlöscher
in tragbaren Zylindern gespeichert. Beispiele bekannter Ventileinrichtungen
für derartige
Zylinder sind in den Patenten JP-A-2001/041397, DE-A-4 334 182 und
US-A 5.465.754 offenbart.
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Ein
weiteres Beispiel einer Haushaltsanwendung von Druckgas ist die
Verwendung von Druckgas, das "leichter
als Luft" ist, um
Ballons zu füllen. Geeignete
Gase, die "leichter
als Luft" sind,
enthalten Helium oder "Ballongas" (das überwiegend
Helium ist). Die Ballons werden gewöhnlich als heliumgefüllte Ballons
bezeichnet.
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In
den letzten Jahren gab es einen bedeutenden Anstieg des Bedarfs
an heliumgefüllten
Ballons. Derartige Ballons werden z. B. als Party-Dekorationen,
Kinderspielzeug oder als Promotions- oder Werbematerialien verwendet.
Als Folge dieses Bedarfs stehen heliumgefüllte Ballons von vielen unterschiedlichen
Wiederverkäufern
weit verbreitet zur Verfügung.
Diese Verkaufsstellen können
auf andere Waren spezialisiert sein und heliumgefüllte Ballons
als Nebenprodukt verkaufen oder können sich auf den Verkauf von
heliumgefüllten
Ballons spezialisieren, z. B. selbstständige Verkaufsstände, die
sich in Einkaufszentren oder Einkaufsstraßen befinden.
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Außerdem verleihen
manche Verkaufsstellen Zylinder mit unter Druck stehendem Ballongas
an die Käuferschaft.
Ein geliehener Zylinder würde
dann zu der Stelle transportiert werden, an der eine große Anzahl
heliumgefüllter
Ballons benötigt
wird, so dass die Ballons vor Ort gefüllt werden. In diesen Fällen werden
die Zylinder unter Verwendung eines Fahrzeugs, wie etwa ein Transporter
transportiert.
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Die
Industrie verwendet ebenfalls Zylinder mit Druckgas. Wenn z. B.
eine Inertgasatmosphäre erforderlich
ist, könnte
die Atmosphäre
durch ein reaktionsträges
Gas (oder "Inertgas") geschaffen werden,
das in einem Druckgaszylinder gespeichert ist und von diesem abgegeben
wird. Während
industrielle Zylinder dazu tendieren, mehr Gas zu halten als Haushaltszylinder,
neigen tragbare Zylinder im Allgemeinen dazu, eine geringe Speicherkapazität zu haben
und werden deswegen schnell leer und müssen häufig ersetzt werden.
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Eine
Lösung
für dieses
Problem besteht darin, Einwegbehälter
bereitzustellen. Die Firma "Gas Container
Services Limited",
Roadway Nr. 7, Colwick Industrial Estate, Nottingham, NG4 2JW, stellt
einen Bausatz für
heliumgefüllte
Ballons, der einen Einweg-Heliumbehälter enthält, unter der Handelsbezeichnung
BALLOON TIME bereit.
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Es
ist geläufiger,
dass tragbare Druckgaszylinder so entworfen sind, dass sie von einer
Hochdruck-Gasquelle wiederbefüllt
werden können.
In dieser Hinsicht bestehen zwei Möglichkeiten. Erstens können die
leeren Zylinder gesammelt und zu einer zentralen Füllstelle
zum Wiederbefüllen
transportiert werden. Die zweite Möglichkeit besteht darin, die
Zylinder am Ort ihres Verkaufs oder ihrer Verwendung wiederzubefüllen. In
diesem Zusammenhang ist der Prozess zum Übertragen von Gas von einem
Hochdruck-Zylinder zu einem Niederdruck-Zylinder als "Umfüllen" bekannt.
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Die
erste Möglichkeit
ist die gegenwärtig
bevorzugte Möglichkeit
für das
Wiederbefüllen
von Zylindern zur industriellen Verwendung, bei der die Zylinder
unter Verwendung eines Speziallastwagens zur Füllstelle transportiert werden.
Leider ist dieser Lösungsansatz
für Haushaltsanwendungen
(bei denen die Gasmenge in einem einzelnen Zylinder kleiner ist
als bei industriellen Anwendungen, wodurch sich kürzere Perioden
zwischen den Zylinder-Wiederbefüllungen
ergeben) weniger attraktiv, da er den häufigen Transport großer Mengen
von Zylindern erfordert, der teuer und zeitaufwändig sein kann.
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Wenn
ein Druckzylinder in der Füllstelle
wiederbefüllt
wird, wird der Auslass des Zylinders mit einem Füllverteiler verbunden, der
seinerseits über
einen flexiblen Schlauch mit einer Quelle von Hochdruckgas verbunden
ist. In diesem Fall ist die Quelle des Hochdruckgases ein Kompressor
oder eine Pumpe und ein Verdampfer in Gasströmungsverbindung mit einer Gasquelle.
Ein Ventil am Zylinderauslass wird geöffnet und der Zylinder wird
durch Öffnen eines
Zuführventils
mit Gas von der Hochdruck-Gasquelle bis zu einem voreingestellten
Druck geladen. Bei Beendigung wird zuerst das Zuführventil
und dann das Zylinderventil geschlossen. Der Füllverteiler wird dann unter
Verwendung eines Entlüftungsventils
entlüftet
und der flexible Schlauch wird gelöst. Die spezielle Abfolge von
Schritten wird immer dann wiederholt, wenn ein Zylinder wiederbefüllt wird.
Dies ist nicht nur zeitaufwändig,
sondern erfordert außerdem
eine spezielle Ausbildung.
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Eine
Gasströmungs-Steuerungs-
oder Regelungsvorrichtung muss dann an dem Auslass des Zylinders
angebracht werden, bevor der Zylinder Gas für seinen vorgesehenen Verwendungszweck
abgeben kann. Bei Zylindern für
Ballongas muss z. B. ein Regler und ein Ballonfüllzusatz an dem Zylinderauslass
befestigt werden, bevor der Zylinder verwendet werden kann, um Ballons
zu füllen.
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Die
Firma West Winds, 33672 Pin Oak Parkway, Avon Lake, Ohio 44012,
USA, liefert ein Umfüllsystem,
das ermöglicht,
Hochdruck-Heliumgaszylinder in Verkaufsräumen unter Verwendung eines
flexiblen Schlauchs, der an eine Versorgung von Hochdruck-Heliumgas
angeschlossen wird, umzufüllen. Die
Versorgung von Heliumgas mit höherem
Druck kann mehrere Zylinder umfassen, die in Reihe miteinander verbunden
sind. Das System verwendet die gleiche Abfolge von Verbindungsoperationen,
Ventilbetätigungen
und Trennoperationen, die in Verbindung mit dem oben beschriebenen
Depotumfüllsystem
verwendet werden. Des Weiteren muss eine Gasströmungs-Steuerungs- oder Regelungseinheit an
einen wiederbefüllten
Zylinder angeschlossen werden, bevor Gas von dem Zylinder sicher
abgegeben werden kann, um Ballons zu füllen.
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Diese
beiden Systeme benötigen
eine spezielle Abfolge von Schritten, um einen Druckgas-Zylinder
von einer Gasquelle mit höherem
Druck umzufüllen,
und es ist eine spezielle Ausbildung erforderlich. Wenn die Ventile
nicht in der richtigen Reihenfolge betätigt werden, könnte der
empfangende Zylinder unter- oder überfüllt werden oder Hochdruckgas könnte freigesetzt
werden. Das System von West Winds ist des Weiteren entworfen, um
Hochdruck-Zylinder von einer Quelle von Gas mit höherem Druck umzufüllen. Wenn
ein Niederdruckzylinder fehlerhaft unter Verwendung des Systems
von West Winds umgefüllt
wird, besteht die Gefahr, dass der Zylinder explodieren könnte, wodurch
Verletzungen des Benutzers verursacht werden. Außerdem ist es bei beiden Systemen
erforderlich, dass eine Gasströmungs-Steuerungs-
oder Regelungseinheit vor dem Umfüllen vom Zylinder entfernt
wird und nach dem Wiederbefüllen
des Zylinders eine Gasströmungs-Steuerungs-
oder Regelungseinheit wieder angeschlossen wird. Diese zusätzlichen
Schritte verlängern
die Zeitdauer beträchtlich,
um einen Zylinder gebrauchsfertig wiederzubefüllen, und können eine spezielle Ausbildung
erfordern.
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Die
Firma Widget World of Blackpole Trading Estate East, Blackpole Road,
Worcester, WR3 8SG, United Kingdom, stellt ein System für Hochdruck-Heliumgaszylinder
zum Füllen
von Ballons unter der Handelsbezeichnung MIDGET WIDGET bereit. Das System
umfasst einen Hochdruck-Heliumgaszylinder mit einem Ventil, das
wirkt, um den Inhalt des Zylinders zu sichern und den Druck des
in dem Zylinder befindlichen Gases zu regeln. Das System weist einen
Betätigungsgriff
auf, der das Ventil betätigt
und als ein Ballonfülladapter
wirkt. Der Griff wird getrennt vom Zylinder transportiert und wird
vom Endbenutzer angebracht. Der Zylinder dieses Systems muss zum Wiederbefüllen an
das Depot zurückgegeben
werden, da er auf einen hohen Druck geladen wird. Es ist nicht möglich, den
Zylinder an der Verkaufsstelle wiederzubefüllen.
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Es
besteht daher ein Bedarf an einem Umfüllsystem, das verwendet werden
kann, um einen Druckgaszylinder vor Ort, d. h. an der Stelle, an
der Zylinder verwendet oder verkauft wird, wiederzubefüllen, anstatt
den leeren Zylinder zu einem Wiederbefüllungsdepot transportieren
zu müssen.
Es besteht außerdem
die Notwendigkeit, die Folge von Schritten zu vereinfachen, die
ausgeführt
werden müssen,
um einen Zylinder wiederzubefüllen,
so dass keine spezielle Ausbildung erforderlich ist und die Gesamtdauer,
die zum Füllen
eines Zylinders erforderlich ist, verringert ist.
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Es
ist festgestellt worden, dass diese Notwendigkeiten durch Verwendung
der vorliegenden Erfindung wenigstens teilweise erfüllt werden.
Die Erfindung schafft ein Umfüllsystem,
das ermöglicht, dass
Druckgaszylinder vor Ort sicher, wirtschaftlich und kosteneffektiv
wiederbefüllt
werden können.
Die vorliegende Erfindung ist einfach zu verwenden, erfordert keine
mechanischen Erfahrungen und eine minimale Ausbildung. Das Ventil
am Zylinder kann außerdem
nicht nur zum Umfüllen
des Zylinders, sondern auch zum Abgeben von Gas aus dem Zylinder
verwendet werden. Der Umfüllprozess
ist vereinfacht, da das am Zylinder befindliche Ventil vor dem Umfüllen nicht
ersetzt werden muss. Das am Zylinder befindliche Ventil wird einfach
in einen Druck-Eingriff an dem Ventil der Quelle von Hochdruckgas
gebracht. Dies verringert die Zeit, die erforderlich ist, um einen
Zylinder wiederzubefüllen,
und beseitigt die Notwendigkeit von Werkzeugen und einer speziellen Ausbildung.
In diesem Zusammenhang kann es erforderlich sein, ein Werkzeug zu
verwenden, um eine Düse
vom Ventil des Zylinders zu entfernen, bevor der Zylinder umgefüllt werden
kann. Werkzeuge zum Entfernen des Ventils vom Zylinder sind jedoch
nicht erforderlich.
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Da
der Umfüllprozess
durch Verwendung der vorliegenden Erfindung vereinfacht ist, ist
die Gefahr eines Unfalls, die sich aus der falschen Anwendung von
Schritten der Umfüllabfolge
ergibt, geringer. Die vorliegende Erfindung macht es außerdem für Benutzer
schwierig, die Schutzsysteme zu manipulieren und/oder zu umgehen.
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Dementsprechend
gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Ventilanordnung geschaffen
mit einer ersten Gasströmungs-Steuerungs-
oder Regelungseinheit zum Steuern oder Regeln der Strömung eines
unter Druck stehenden Gases zu und von einem Druckbehälter und
mit einer zweiten Gasströmungs-Steuerungs- oder
Regelungseinheit zum Steuern oder Regeln der Gasströmung von
einer Hochdruck-Gasquelle zu dem Behälter, wobei die erste Steuerungs- oder Regelungseinheit
umfasst:
ein erstes Ventilgehäuse zur Anbringung der ersten Steuerungs-
oder Regelungseinheit in Gasströmungsverbindung
mit dem Inneren des Behälters, wobei
das Gehäuse
einen ersten Gasströmungsweg aufweist;
und
ein erstes Ventil, das im ersten Gasströmungsweg angeordnet ist, um
diesen Weg zu öffnen
und zu schließen,
welches bei der Verwendung zu einer geschlossenen Position hin vorgespannt
wird;
und wobei die zweite Gasströmungs-Steuerungs- oder Regelungseinheit
umfasst:
ein zweites Ventilgehäuse zur Anbringung der zweiten
Steuerungs- oder Regelungseinheit in Gasströmungsverbindung mit der Gasquelle,
wobei das Gehäuse
einen zweiten Gasströmungsweg
aufweist; und
ein zweites Ventil, das in dem zweiten Gasströmungsweg
angeordnet ist, um den Weg zu öffnen und
zu schließen,
welches bei der Verwendung zu einer geschlossenen Position hin vorgespannt
wird;
wobei die Anordnung ferner eine Betätigungseinrichtung aufweist,
um das erste und das zweite Ventil kooperativ zu öffnen, wenn
die erste und die zweite Steuerungs- oder Regelungseinheit in einen Druck-Eingriff
gebracht werden, wobei die Betätigungseinrichtung
einen Gasströmungsweg
durch sie hindurch umfasst, um eine Gasströmungsverbindung zwischen dem
ersten und dem zweiten Gasströmungsweg
bereitzustellen.
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Die
Ventilanordnung der vorliegenden Erfindung ermöglicht, dass Niederdruck-Gasbehälter, wie etwa
Zylinder, wiederbefüllt
werden können,
ohne dass die Gasströmungs-Steuerungs-
oder Regelungseinheiten entfernt werden müssen oder ohne dass Werkzeuge
verwendet werden müssen,
um mechanische Verbindungen herzustellen. Mit anderen Worten, die
gleiche Gasströmungs-Steuerungs-
oder Regelungseinheit, die verwendet wird, um Gas von dem Behälter abzugeben,
wird zum Wiederbefüllen des
Behälters
verwendet.
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Während des
Umfüllens
unter Verwendung dieser Anordnung kann das Ventil an einem Druckbehälter kooperativ
mit dem Ventil der Hochdruck-Gasquelle unter Verwendung einer Hebelwirkung
geöffnet
werden. Dies ermöglicht
eine einfache Betätigung
für unerfahrene
Bedienpersonen.
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Die
Betätigungseinrichtung
zum kooperativen Öffnen
des ersten und des zweiten Ventils kann jede geeignete Form aufweisen,
vorausgesetzt, dass sie einen Weg besitzt, längs dem Gas strömen kann. In
einer Anordnung ist die Einrichtung ein einfacher Einsatz mit einem
Körper,
der sowohl das erste als auch das zweite Ventil öffnen kann. In einer bevorzugten
Ausführungsform
umfasst jedoch die Betätigungseinrichtung
einen ersten Einsatz mit einem ersten Körper, der eine erste Oberfläche hat,
und einen zweiten Einsatz mit einem zweiten Körper, der eine zweite Oberfläche hat,
wobei die erste und die zweite Oberfläche in einen gegenseitigen
Eingriff gelangen, um ihre entsprechenden Ventile in die geöffneten
Positionen zu bewegen. Bei dieser Anordnung weist der Körper jedes
Einsatzes einen Gasströmungsweg
auf, der in Gasströmungsverbindung
gelangt, wenn die Einrichtung betätigt wird. Die erste Oberfläche kann durch
einen konischen Abschnitt des ersten Einsatzes bereitgestellt werden
und die zweite Oberfläche kann
z. B. durch einen entsprechend konisch erweiterten Abschnitt des
zweiten Einsatzes oder wenigstens einen Steg, der an der konischen
Oberfläche
in Eingriff gelangt, bereitgestellt werden. In einer bevorzugten
Ausführungsform
ist die erste Oberfläche durch
einen Flansch bereitgestellt, der an dem ersten Einsatz angebracht
ist, und die zweite Oberfläche
ist durch eine Stirnwand des zweiten Einsatzes bereitgestellt. Der
Gasströmungsweg
der Betätigungseinrichtung
erstreckt sich vorzugsweise durch die Einsätze.
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Das
erste Ventil kann von einem beliebigen Ventiltyp sein, der z. B.
durch den Druck des Gases in dem Zylinder in die geschlossene Position
vorgespannt bleiben kann. Es ist jedoch vorzuziehen, dass das erste
Ventil ein Tellerventil ist, das einen Stift aufweist, der sich
durch eine Öffnung
erstreckt, die durch einen ringförmigen
Flansch definiert ist, der senkrecht an der Innenwand des ersten
Ventilgehäuses
vorgesehen ist, und bei dem die Betätigungseinrichtung direkt auf
den Stift des Tellerventils wirkt.
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Das
zweite Ventil kann außerdem
ein beliebiges geeignetes Ventil sein, es ist jedoch vorzugsweise
ein Tellerventil, das einen Stift aufweist, der sich durch eine Öffnung erstreckt,
die durch einen ringförmigen
Flansch definiert ist, der senkrecht an der Innenwand des zweiten
Ventilgehäuses
vorgesehen ist, und bei dem die Betätigungseinrichtung direkt auf den
Stift des Tellerventils wirkt.
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Tellerventile
können
außerdem
unter Verwendung eines elastischen Elements, das darauf wirkt, in
die geschlossene Position vorgespannt werden. Das elastische Element
ist vorzugsweise eine Druckfeder.
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Die
Ventilanordnung umfasst vorzugsweise ferner eine Einrichtung, um
das Entfernen der Betätigungseinrichtung
von den Ventilgehäusen
zu verhindern. In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich ein
Stift senkrecht von der Innenwand des Ventilgehäuses in einen Hohlraum in dem
Körper des
ersten oder des zweiten Einsatzes der Betätigungseinrichtung.
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Als
eine Sicherheitsvorkehrung kann das zweite Ventilgehäuse eine
Not-Druckfreigabevorrichtung, wie etwa eine Berstscheibe und/oder
ein Entlastungsventil, umfassen.
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Ein
Behälter,
der die erfindungsgemäße erste
Gasströmungs-Steuerungs-
oder Regelungseinheit umfasst, kann ferner eine Düse zum Steuern oder
Regeln der Strömungsrichtung
des Gases, das von dem Behälter
abgegeben wird, umfassen. In einer bevorzugten Anordnung dieser
Ausführungsform kann
der Behälter
ferner einen Düsenschutz
umfassen, um die Düse
vor einer zufälligen
Aktivierung zu schützen,
wobei der Schutz an der ersten Gasströmungs-Steuerungs- oder Regelungseinheit
angebracht sein kann.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung
zum Füllen
eines Druckgas-Behälters
geschaffen mit:
einer zweiten Steuerungs- oder Regelungseinheit, wie
durch den ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung definiert ist;
einer
Leitungseinrichtung zum Bereitstellen von unter Druck stehendem
Gas von einer Druckgasquelle zu der zweiten Steuerungs- oder Regelungseinheit;
und
einer Einrichtung zum Bereitstellen eines Druck-Eingriffs
zwischen der zweiten Steuerungs- oder Regelungseinheit und einer
kooperierenden ersten Steuerungs- oder Regelungseinheit der Ventilanordnung, wie
sie durch den ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung definiert
ist;
wobei das Gas in dem Behälter über die Leitungseinrichtung
und die Ventilanordnung eintritt, wenn die erste und die zweite
Steuerungs- oder Regelungseinheit in einen Druck-Eingriff gebracht
werden.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Füllen von Druckgaszylindern
geschaffen mit:
einer Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden
Erfindung; und
einer Vielzahl von Druckgaszylindern.
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In
einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
zum Füllen
eines Druckgas-Behälters
aus einer Hochdruck-Gasquelle geschaffen, mit den folgenden Schritten:
Bereitstellen
einer Ventilanordnung gemäß dem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung in Gasströmungsverbindung mit einem Druckgas-Behälter und der
Druckgasquelle; und
Bereitstellen eines Druck-Eingriffs zwischen
der ersten Steuerungs- oder Regelungseinheit 1 und der zweiten
Steuerungs- oder Regelungseinheit der Ventilanordnung.
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Es
wird bevorzugt, dass dieses Verfahren verwendet wird, um Druckgaszylinder
mit Heliumgas zu füllen.
In einer bevorzugten Anordnung werden ferner die erste und die zweite
Steuerungs- oder Regelungseinheit unter Verwendung einer Hebelwirkung
in einen Druck-Eingriff gebracht.
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Bei
der Verwendung wird ein Zylinder, der eine erfindungsgemäße erste
Gas-Steuerungs-
oder Regelungseinheit aufweist, in einer Füllstation angeordnet, die ein
Umfüllbetätigungssystem
enthält. Eine
zweite Gasströmungs-Steuerungs-
oder Regelungseinheit steht in Gasströmungsverbindung mit einer Hochdruck-Gasquelle.
Bei einer bevorzugten Anordnung wird die zweite Steuerungs- oder
Regelungseinheit unter Verwendung des Umfüllbetätigungssystems abgesenkt, bis
sie mit der ersten Steuerungs- oder Regelungseinheit, die an dem
Zylinder angebracht ist, übereinstimmt.
Die zweite Steuerungs- oder Regelungseinheit kann durch eine beliebige
geeignete Einrichtung abgesenkt werden, z. B. durch Bewegen eines
Griffs durch Welle, Stirnrad und Zahnstange. Weitere Einrichtungen,
wie etwa eine Schraubenspindel oder pneumatische oder hydraulische
Kolben, können
jedoch außerdem
verwendet werden.
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Nachdem
die Gas-Steuerungs- oder Regelungseinheiten in Eingriff gebracht
wurden, werden sie zusammengepresst. Das erste und das zweite Ventil
werden kooperativ gegen die Vorspannung des Gasdrucks (und wahlweise
des elastischen Elements) in dem Behälter durch die Betätigungseinrichtung
bzw. die Hochdruck-Gasquelle geöffnet,
wodurch ein ununterbrochener Gasströmungsweg von der Hochdruck-Gasquelle
durch das zweite Ventil, längs
des Gasströmungswegs
des Körpers
der Betätigungseinrichtung,
durch das erste Ventil und in das Innere des Behälters gebildet wird.
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Gas
strömt
von der Hochdruck-Gasquelle durch das Druckminderungsventil oder
den "Regler", durch die zweiten
Gasströmungs-Steuerungs-
oder Regelungseinheit und durch die erste Gasströmungs-Steuerungs- oder Regelungseinheit
zu dem Behälter.
Der Regler verringert den Gasdruck von dem Druck in der Hochdruck-Gasquelle
auf den erforderlichen Druck für
den Behälter.
Die Strömung stoppt,
wenn der Druck in dem Behälter
den erforderlichen Druck erreicht. Nachdem die zweite Steuerungs-
oder Regelungseinheit aus dem Druck-Eingriff mit der ersten Steuerungs-
oder Regelungseinheit gelöst
wurde, ist der Behälter
sofort verwendungsbereit.
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Es
folgt eine Beschreibung, die lediglich beispielhaft und unter Bezugnahme
auf die beigefügte Zeichnung
der gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung erfolgt. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
Explosionsansicht einer Gasströmungs-Steuerungs-
oder Regelungseinheit zur Verwendung mit einem Druckgas-Behälter;
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2 eine
Explosionsansicht einer Gasströmungs-Steuerungs-
oder Regelungseinheit zur Verwendung mit einer Hochdruck-Gasquelle;
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3 eine
Schnittansicht der Gasströmungs-Steuerungs-
oder Regelungseinheit des Behälters
in einem Druck-Eingriff mit der Gasströmungs-Steuerungs- oder Regelungseinheit
der Hochdruck-Gasquelle;
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4a eine
geschnittene Draufsicht der Anordnung aus Stirnrad und Zahnstange
des Umfüllbetätigungssystems;
und
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4b eine
Schnittansicht des Umfüllbetätigungssystems
durch die Ebene, die durch die in 4a gezeigte
Linie AA angegeben ist.
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In
den 1 und 3 umfasst die Gasströmungs-Steuerungs-
oder Regelungseinheit 1 ein Ventilgehäuse 2 mit einem Gasströmungsweg 4,
der durch sie hindurch angeordnet ist. Das Ventilgehäuse 2 weist
außerdem
eine Tragenut 5 auf, in die ein Trageflansch 109,
der an einem Umfüllbetätigungssystem
(siehe 4b) angebracht ist, eingesetzt werden
kann. Ein Tellerventil 6, das einen Stift 8 aufweist,
ist in dem Ventilgehäuse 2 angeordnet,
wobei sich der Stift 8 durch das Loch in einem O-Ring 10 und
eine Öffnung 12,
die durch einen ringförmigen Flansch 14 an
der Innenwand des Gehäuses 2 gebildet
ist, erstreckt. Bei Verwendung bleibt das Tellerventil 6 in
der geschlossenen Position, da der Druck des Gases in dem Behälter den
Körper 16 des
Ventils gegen den O-Ring drückt,
wodurch das Gas in dem Behälter
isoliert wird. Das Tellerventil 6 kann zusätzlich unter
Verwendung eines elastischen Elements, wie etwa eine Druckfeder 18,
in die geschlossene Position vorgespannt werden. Die Feder 18 wird
durch eine Verriegelungsschraube 20 in Position gehalten, die
durchbohrt ist, um einen Gasströmungsweg 21 bereitzustellen.
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Ein
Einsatz 22 weist einen konischen Abschnitt 24 und
einen ringförmigen
Flansch 26 auf. Es ist wesentlich, dass der Einsatz 22 ebenfalls
eine Bohrung 28 besitzt. Der Einsatz 22 ist in
dem Ventilgehäuse 2 angeordnet
und ist mit dem Stift 8 des Tellerventils 6 in
Kontakt. Der Einsatz 22 weist außerdem eine Nut 30 auf,
in die das Ende des Stifts 32 eingesetzt werden kann, um
die Entnahme des Einsatzes 22 aus dem Ventilgehäuse 2 zu
verhindern. Ein O-Ring 33 wird verwendet, um eine Dichtung
zwischen dem Einsatz 22 und dem Ventilgehäuse 2 zu schaffen.
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Eine
Düse 34 kann
an dem konischen Abschnitt 24 des Einsatzes 22 angebracht
sein. Wenn die Düse 34 im
Gebrauch niedergedrückt
wird, bildet sie eine gasdichte Dichtung mit dem konischen Abschnitt 24 des
Einsatzes 22. Dies kann erreicht werden, indem in der Düse ein konisch
erweiterter Abschnitt bereitgestellt wird, der dem konischen Abschnitt
des Einsatzes 22 entspricht. Der Einsatz 22 wird
gegen den Stift 8 des Tellerventils 6 gedrückt, das
gegen den Druck des in dem Behälter
befindlichen Gases und gegen die Druckfeder 18 geöffnet wird.
Gas strömt
aus dem Inneren des Behälters 36 durch
den Weg 21 und das Ventil 6 durch den Einsatz 22 und
längs der
Bohrung 28 und wird von der Düse 34 abgegeben. Wenn
die Düse 34 freigegeben
wird, wird das Ventil 6 durch eine Kombination aus dem Druck
des restlichen Gases in dem Behälter 36 und der
Freigabe der Druckfeder 18 geschlossen. Das restliche Gas
in dem Behälter
wird dadurch isoliert.
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Die
Gasströmungs-Steuerungs-
oder Regelungseinheit kann außerdem
einen Düsenschutz 37 umfassen,
der an dem Ventilgehäuse 2 angebracht ist
und die Düse 34 vor
einer zufälligen
Betätigung schützt. Ein
Stift 32 kann sich durch den Düsenschutz 37 und das
Ventilgehäuse 2 erstrecken,
um eine Entnahme des Einsatzes 22 zu verhindern.
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In
den 2 und 3 umfasst die Gasströmungs-Steuerungs-
oder Regelungseinheit 3 in Gasströmungsverbindung mit der (nicht
gezeigten) Hochdruck-Gasquelle ein Ventilgehäuse 38, das einen Gasströmungsweg 40 aufweist.
Das Gehäuse
um fasst außerdem
zwei Führungswege 74, 76,
wobei in jedem von diesem eine (nicht gezeigte) Führungswelle
angeordnet ist, wenn das Gehäuse
in einem Umfüllbetätigungssystem
enthalten ist. Ein Tellerventil 42, das in dem Weg 42 angeordnet
ist, weist einen Stift 46 auf, der sich vom Körper 44 durch
einen O-Ring 48 und eine Öffnung 50, die durch
einen ringförmigen
Flansch 52 gebildet ist, der an der Innenwand des Ventilgehäuses 38 vorgesehen
ist, erstreckt. Der Druck des Gases von der Hochdruck-Gasquelle
drückt
den Körper 44 des
Ventils 42 gegen den O-Ring 48, wodurch die Gasquelle
isoliert wird. Eine Druckfeder 51 wird verwendet, um das Ventil 42 zusätzlich in
die geschlossene Position vorzuspannen, und wird unter Verwendung
einer Schraube 53 und eines Nippels 54 in Position
gehalten.
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Ein
Einsatz 56 ist in dem Gehäuse 38 angeordnet
und der O-Ring 58 bildet eine gasdichte Dichtung zwischen
dem Einsatz 56 und der Innenwand des Gehäuses 38.
Der Einsatz 56 weist eine Bohrung 60 auf und ist
mit dem Stift 46 des Tellerventils 42 in Kontakt.
Die Bewegung des Einsatzes 56 relativ zum Gehäuse 38 wird
unter Verwendung eines Stifts 62 beschränkt, der sich durch das Gehäuse 38 in
eine Nut 64 erstreckt, die an dem Einsatz 56 vorgesehen ist.
Das Gehäuse 38 umfasst
ferner ein Not-Druckfreigabeventil, das eine Berstscheibe 68 umfasst,
die in einer Bohrung 66 angeordnet ist. Das Entlastungsventil
ist in eine Rohrleitung zwischen dem Nippel 54 und einem
(nicht gezeigten) Druckregler von der Hochdruck-Gasquelle eingesetzt.
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3 stellt
die Gasströmungs-Steuerungs- oder
Regelungseinheit 1 in einem Druck-Eingriff mit der zweiten
Gasströmungs-Steuerungs-
oder Regelungseinheit 3 dar. Die Oberfläche 72 des Einsatzes 56 wirkt
auf den Flansch 26 des Einsatzes 22. In der gezeigten
zusammengedrückten
Position wird ein ununterbrochener Gasströmungsweg 40, 50, 60, 28, 12, 4 erzeugt,
wodurch Gas von der Quelle des Hochdruck-Gases in den Behälter 36 strömen kann.
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Im
Gebrauch wird die Gasströmungs-Steuerungs-
oder Regelungseinheit 3 der Hochdruck-Gasquelle in einen
Druck-Eingriff mit der Gasströmungs-Steuerungs- oder Regelungseinheit 1 am
Behälter 36 gebracht.
Der Einsatz 56 passt über
den Einsatz 22 und eine gasdichte Dichtung wird unter Verwendung
des O-Rings 70 gebildet. Die Oberfläche 72 des Endabschnitts
des Einsatzes 56 gelangt an dem Flansch 26 des
Einsatzes 22 in Eingriff. Die beiden Gasströmungs-Steuerungs- oder Regelungseinheiten
werden unter Verwendung eines Umfüllbetätigungssys tems, das durch eine
Hebelwirkung arbeitet, die durch einen Griff, eine Schraubenspindel oder
einen (pneumatischen oder hydraulischen) Kolben bereitgestellt wird,
in einen Druck-Eingriff gebracht. Der Druck-Eingriff bewirkt eine
Bewegung des Einsatzes relativ zu den Ventilgehäusen, wodurch das erste und
das zweite Ventil der Ventilanordnung im Wesentlichen gleichzeitig
geöffnet
werden. Nachdem die Ventile geöffnet
sind, strömt
Gas von der Hochdruck-Gasquelle durch die Ventilanordnung zu dem
Innenraum des Behälters.
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In
den 4a und 4b ist
ein Tragrahmen 78 an einer geeigneten (nicht gezeigten)
Unterstützungsfläche, wie
etwa ein Druckgaszylinder oder eine Wand, fest angebracht. Die Welle 80 ist
(längs ihrer
Längsachse)
drehbar an dem Tragrahmen 78 angebracht. Ein Stirnrad 82 ist über einen
Stift 84, der sich durch eine Nabe 86 des Stirnrads
in die Welle erstreckt, an der Welle 80 fest angebracht.
Ein Hebelgriff 88 ist über
einen Verbinder 90 und die Anbringungsstifte 106, 107 in
der Weise an der Welle 80 angebracht, dass der Hebelgriff,
der Verbinder und die Welle eine Kurbel bilden. Das Stirnrad 82 dreht
sich, wenn der Hebelgriff 88 nach oben oder unten bewegt wird.
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Eine
Zahnstange 92 ist fest an dem Gehäuse 38 der zweiten
Gasströmungs-Steuerungs- oder
Regelungseinheit 3 angebracht und gelangt an dem Stirnrad 82 in
Eingriff. Ein Ende jeder Führungswelle 94 und 96 ist
fest in einem Positionierungsloch in dem Tragerahmen 78 angebracht
und das andere Ende ist fest in einem Positionierungsloch in Trageflanschen 98 bzw. 100 angebracht.
Die Führungswege 74 und 76 des
Gehäuses 38 der
zweiten Gasströmungs-Steuerungs-
oder Regelungseinheit 3 sind an den Führungswellen 94 bzw. 96 des
Tragerahmens 78 angebracht. Die zweite Gasströmungs-Steuerungs-
oder Regelungseinheit 3 bewegt sich relativ zum Tragerahmen 78 längs der
Führungswellen 94, 96 als
ein Ergebnis der Hebelwirkung des Griffs 88.
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Wenn
die erste und die zweite Steuerungs- oder Regelungseinheit in einem
Druck-Eingriff sind, wirkt der Druck des Gases, das von der Hochdruck-Gasquelle
zu dem Druckgaszylinder strömt, um
die Steuerungs- oder Regelungseinheiten auseinander zu drücken. Damit
die Bedienperson während
der Dauer der Umfülloperation
den Griff 88 nicht nach unten halten muss, ist der Tragerahmen 78 mit einem
Verriegelungsflansch 102 versehen, der als ein Sicherungsmechanismus
für den
Griff 88 wirkt. Um den Griff 88 zu sichern, wird
der Griff 88 in Seitenrichtung um den Anbringungsstift 106 bewegt,
um die Feder 104 zusammen zudrücken. Der Griff 88 wird
dann um die Welle 80 gedreht, bis er sich unter der Ebene
des Verriegelungsflansches 102 befindet. Wenn der Griff 88 freigegeben
wird, drückt
die Feder 104 den Griff 88 unter den Verriegelungsflansch 102. Um
das System zu entriegeln, wird die Reihenfolge der Schritte einfach
umgekehrt.
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Der
Verriegelungsflansch 102 weist eine Schraube 108 auf,
die einstellbar ist, und dadurch kann die maximale Ebene, auf die
die zweite Steuerungs- oder Regelungseinheit 3 abgesenkt
werden kann, eingestellt werden.
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In 4b dreht
sich die Welle 80 um ihre Längsachse, wodurch das Stirnrad 82 gedreht
wird, wenn der (nicht gezeigte) Hebelgriff gedreht wird. Das Stirnrad 82 gelangt
an der Zahnstange 92 in Eingriff und somit bewirkt die
Drehung des Stirnrads 82 die Aufwärts- oder Abwärtsbewegung
der Zahnstange 92 in Abhängigkeit von der Drehrichtung
des Stirnrads 82. Das Gehäuse 38 der zweiten
Steuerungs- oder Regelungseinheit 3 ist an der Zahnstange 92 fest
angebracht und bewegt sich deswegen relativ zu dem Tragerahmen 78 mit
der Zahnstange 92. Auf diese Weise kann der Einsatz 56 der
zweiten Steuerungs- oder Regelungseinheit 3 in einen Druck-Eingriff
mit dem Einsatz 22 der ersten Steuerungs- oder Regelungseinheit 1,
die am Druckgaszylinder 36 angebracht ist, gebracht werden.
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Ein
Zylinder 36 mit einer ersten Gasströmungs-Steuerungs- oder Regelungseinheit 1 ist
in dem Umfüllbetätigungssystem
in der Weise positioniert, dass ein Trageflansch 109, der
am Tragerahmen 78 vorgesehen ist, in der Nut 5 der
ersten Steuerungs- oder Regelungseinheit 1 angeordnet ist.
Der Trageflansch 109 hält
dadurch den Zylinder in Position, wenn die zweite Steuerungs- oder
Regelungseinheit 3 in einen Druck-Eingriff mit der ersten
Steuerungs- oder Regelungseinheit 1 gebracht wird.
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Es
wird anerkannt, dass die Erfindung nicht auf die Einzelheiten beschränkt ist,
die oben unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen
beschrieben wurden, es können
jedoch zahlreiche Modifikationen und Variationen ausgeführt werden,
ohne vom Umfang der Erfindung, der in den folgenden Ansprüchen definiert
ist, abzuweichen.