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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 wird 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 Betätigungseinheit einen Gasströmungsweg durch sie hindurch umfasst, um eine Gasströmungsverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Gasströmungsweg bereitzustellen, und ein Paar Einsätze (22, 56) aufweist, wobei der erste Einsatz (22) bewegbar ist, um das erste Ventil zu öffnen, und eine erste Oberfläche hat, die von einem Flansch (26) bereitgestellt wird, und der zweite Einsatz (56) bewegbar ist, um das zweite Ventil zu öffnen, und eine zweite Oberfläche hat, die von einer Seitenwand (72) des Einsatzes bereitgestellt wird, wobei die erste und die zweite Oberfläche in Eingriff kommen, um ihre jeweiligen Ventile zu den offenen Positionen hin zu bewegen.
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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 umfasst einen ersten Einsatz mit einem Körper, der eine erste Oberfläche hat, und einen zweiten Einsatz mit einem Körper, der eine zweite Oberfläche hat, wobei die erste und die zweite Oberfläche in Eingriff gelangen, um ihre entsprechenden Ventile in die geöffneten Positionen zu bewegen. Der Körper jedes Einsatzes weist einen Gasströmungsweg auf, der in Gasströmungsverbindung gelangt, wenn die Einrichtung betätigt wird. Die erste Oberfläche wird von einem Flansch bereitgestellt, der an dem ersten Einsatz angebracht ist, und die zweite Oberfläche wird von einer 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 sie 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 Umfüllbetätigungssystementhält. 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 umfasst 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 Umfüllbetätigungssystems, 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 zusammenzudrücken. 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 18 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.
