Befüllen aus CO2-Flaschen

Hallo, ich habe ein Problem beim Befüllen von CO2-Kartuschen aus CO2-Steigrohrflaschen. Vielleicht kennt sich der eine oder andere mit dieser CO2-Thematik besonders aus und kann mich erleuchten. Zum Hintergrund: Es geht zum Befüllen von CO2-Kartuschen, wie sie im Sportschützenbereich (CO2-"Luft"gewehre/-pistolen verwendet werden bzw. wurden (die "besseren" Modelle verwenden schon seit längerer Zeit Preßluft). Die übliche Vorgehensweise zuhause ist: Man kühlt die Kartusche im Eisfach herunter. Man schließt die Kartusche über den jeweiligen Adapter (die Kartuschen haben natürlich nicht den CO2-Flaschen-typischen W21,8x1/14"-Anschluß) an die zimmerwarme CO2-Steigrohrflasche an. Das Flaschenventil wird geöffnet und nach einer gwissen Zeit (Erfahrungswerte) wieder geschlossen. Je nach Kartuschenventil/-anschluß wird das Entlüftungsventil des Adapters geöffnet und dann die Kartusche abgeschraubt. Dann wird die Kartusche geworgen und gecheckt, ob evtl. zuviel CO2 eingefüllt wurde (ist mit dieser Verfahrensweise praktisch nicht möglich, aber man weiß ja nie) oder ob deutlich zu wenig drin ist - dann wird die gesamte Prozedur wiederholt (das Abkühlen dauert natürlich seine Zeit). Hintergrund ist, daß in der tiefgekühlten Kartusche aufgrund des Temperaturunterschieds von fast 40 Grad zunächst (wenn sie leer ist) natürlich gar kein Druck aber auch nach dem ersten Einfüllen von CO2 ca. 30 bis 40 bar weniger Druck herrscht als in der zimmertemperierten Steigrohrflasche. Daher kann aus der Steigrohrflasche solange flüssiges CO2 in die Kartusche fließen, bis der Druckunterschied infolge der Füllmenge und der in der Kartusche ansteigenden Temperatur nicht mehr ausreicht und/oder das Einlaß-/Rückschlagventil der Kartusche, sofern vorhanden (da gibt es verschiedene Konstruktionen) schließt. Ich habe mir nun eine Steigrohrflasche für 4kg CO2 besorgt, da waren ursprg. noch ca. 3kg CO2 drin. Über einen Adapter angeschlossen wurden die Kartuschen zunächst auch gefüllt und je nach Vorkühlung mal mehr, mal weniger - aber alles in dem Rahmen, wie es die Theorie (und auch anderweitige Praxis) sagt. Verwendet habe ich Kartuschen teils mit und teils ohne federbetriebenen Rückschlagventil ohne einen Öffnungsdorn im Adapter, d.h. das Ventil wurde allein durch den höheren Druck (aus) der Steigrohrfalsche geöffnet und offen gehalten und entweder durch die schlagartige Öffnung des Entlüftungsventils des Adapters oder kurz vor Druckausgleich durch die Ventilfeder wurde das Kartuschenventil geschlossen. Dabei war die Kartusche natürlich mit der Einfüllöffnung nach oben an den Adapter geschraubt. Wie gesagt, bei ordentlicher vorheriger Kühlung funktionierte es wie es sollte. Tja, aber plötzlich kann ich die Kartuschen nur noch mit wenigen g CO2 befüllen. Auch nach einem Tag des Tiefkühlens paßt immer nur dieselbe geringe Menge hinein. Ich höre beim Aufdrehen des Flaschenventils deutlich, wie das Kartuschenventil infolge des deutlich höheren Flaschendrucks öffnet, aber egal ob nach 15 oder 60 Sekunden wird immer nur dieselbe geringe Menge - ca. 1/6 der Sollmenge - eingefüllt. Kühle ich die Kartusche wieder herunter, kann ich das so lange wiederholen, bis sie voll ist - aber das dauert dann über einen Tag, das ist natürlich kein Zustand. Tja, und auch beim Öffnen des Flaschenventils ohne daß etwas angeschlossen wäre zischt nur CO2-Gas heraus, aber nichts Flüssiges mehr und auch das Ventil wird nicht mehr kalt. Ganz so, wie es bei einer CO2-Flasche ohne Steigrohr der Fall ist bzw. sein soll, bei der ja auch nur CO2-Gas herauskommt, nie aber flüssiges CO2. Ich interpretiere dies den Vorgang so, daß aus dem Ventil nur noch gasförmiges CO2 kommt, wenigstens teilweise in der eiskalten Kartusche flüssig wird aber ruckzuck zum Druckausgleich und zum Schließen der Kartuschenventile führt. Nach dem erneuten Kühlen der Kartusche ist wieder mehr CO2 flüssig, der Druck fällt wieder auf ca. 20 bis 30 bar und ich kann wieder erneut soviel Gas bis zum Druckausgleich einfüllen. Ist das plausibel? Da lag natürlich der Gedanke nahe, daß die Flasche mittlerweile weitgehend leer sei und somit kein flüssiges CO2 mehr vorhanden. Aber ausweislich der Stempelung der Flasche - Tara rund 7,2kg - und dem aktuellen Gewicht von rund 8,5kg sind noch rund 30% Füllmenge vorhanden - es kann doch nicht sein, daß schon ab 1/3 der Füllmenge und Zimmertemperatur nur noch gasförmiges CO2 rauskommt - oder? Beim Aufdrehen des Ventils kommt aber nur gasförmiges CO2, kein flüssiges CO2. Und zwar auch, wenn ich die Flasche auf den Kopf stelle - es kann also nicht daran liegen, daß das Steigrohr "abgefallen" wäre. Als einzige andere Ursache kommt mir in den Sinn, daß das Steigrohr nicht bis zum Boden der Flasche geht - was mir aber ziemlich wiedersinnig erscheint. Ich bin jetzt mit meinem Latein wirklich am Ende.

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M.Dinsch
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M.Dinsch schrieb:

Hallo,

wie groß ist denn dabei die Temperatur der Flasche und der Druck darin? Kann bei diesen Daten noch flüssiges CO2 existieren nach den Eigenschaften von CO2? Man bräuchte halt die Dichte von Gas und Flüssigkeit bei diesen Bedingungen, dann kann man nachrechnen wieviel Gas und wieviel Flüssigkeit noch in der Flasche sein muß wenn rund 1,3 kg CO2 drin sind.

Bye

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Uwe Hercksen

Am Thu, 20 Dec 2012 18:01:24 +0100, meinte Uwe Hercksen :

Die Temperatur ist klar: Zimmertemperatur (ca. 21°). Zum Druck kann ich nur allgemein sagen: Es wird soviel flüssiges CO2 gasförmig, daß sich der der jeweiligen Temperatur entsprechende Druck einstellt ... bei Zimmertemperatur um die 60 bar. Hier ein paar schöne Diagramme auch zum Vergleich mit anderen Treibgasen:

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Was ich nicht weiß (und leider nicht selbst errechnen kann) ist, ab welcher Grenze, also unterhalb welcher Füllmenge, nur noch gasförmiges CO2 vorliegt. Ich möchte aber die Behauptung wagen, daß dies bei immerhin 35% der Nominal-Füllung (die "volle", also nominale, Füllung entspricht etwa 75% der maximal möglichen Füllung, es gibt da eine Regelung, nach der CO2-Behälter zur Sicherheit nicht mehr als zu 75% befüllt werden dürfen, d.h. eine nominal 4kg-Flasche bietet tatsächlich Platz für ca. 5,3 kg CO2). Aus anderen Experimenten habe ich den Eindruck gewonnen, daß diese kritische Menge erst unterhalb von höchstens 1/12, vielleicht auch weniger, erreicht wird. Bei wikipedia
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und auch sonst
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gibt es zahlreiche physikalische Angaben, z.B. Molare Masse 44,0098 kg/kmol Kritischer Punkt:

- Temperatur 304,21 K

- Druck 73,825 bar

- Dichte 0,466 kg/l Tripelpunkt:

- Temperatur 216,58 K

- Druck 5,185 bar Siedepunkt:

- Temperatur 194,674 K; -78,5 °C

- Flüssigdichte (Sublimationspunkt)

- Verdampfungswärme 573,02 kJ/kg Dampfdruck bei 20°C 57,258 bar Gasdichte bei 0°C und 1,013 bar 1,9767 kg/m3 Dichteverhältnis zu Luft 1,5289 Gasdichte bei 15°C und 1 bar 1,8474 kg/m3 Umrechnungszahl

- flüssig bei Ts zu m3 Gas (15°C, 1 bar) Virialkoeffizient

- Bn bei 0°C -6,64*10-3 bar-1

- B30 bei 30°C -4,78*10-3 bar-1 Gaszustand bei 25°C und 1 bar

- spezifische Wärmekapazität cp 0,8504 kJ/kg K

- Wärmeleitfähigkeit 164*10-4 W/m K

- dynam. Viskosität 14,833*10-6 Ns/m2 aber sorry, ich bin kein Naturwissenschaftler oder Ing., ich kann damit nichts anfangen.

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M.Dinsch

Was sagt denn die Wägung? Ist die vorgesehene Masse drin?

Schau mal nach, ob Du mit Druck und Temperatur oberhalb des kritischen Punktes bist.

Gruß Peter

n Thu, 20 Dec 2012 19:56:12 +0100, M.D>Am Thu, 20 Dec 2012 18:01:24 +0100, meinte Uwe Hercksen

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piddiw

Am Thu, 20 Dec 2012 21:02:13 +0100, meinte piddiw :

Habe ich doch geschrieben: Tara (=leer) rund 7,2kg, gewogen ca. 8,5kg, max/soll-CO2-Inhalt 4 kg.

Aha. Sorry, aber was heißt das im Klartext? Die Flasche steht im Zimmer, da sind ca. 21°, wie also auch die Flasche und deren Inhalt hat, der Druck in der Flasche resultiert aus dieser Temperatur und der Füllmenge, soweit sie zum Verflüssigen auch nur etwas CO2 genügt - dann sind es um die 60 bar. Ich habe kein Manometer, das ich an den W21,8x1/14"-Anschluß der CO2-Flasche anschließen kann, so etwas braucht man üblicherweise auch nicht, da der Druck erst abfällt, wenn nur noch Gas in der Flasche ist, sie also praktisch leer ist - und dann geht es rapido dem Ende entgegen. Ich hatte gehofft, daß jemand genau sagen kann, ab welchen Verhältnis von tatsächlichem Füllgewicht zu Volumen oder max. zulässigen Füllgewicht nur noch Gas vorhanden ist, oder ob es üblich oder denkbar ist, daß ein Steigrohr nicht bis zum Boden geht sondern irgendwo in der Mitte endet. Irgendeine Erklärung muß es ja dafür geben, daß trotz

35% Füllmenge/Füllstand nur noch CO2-Gas aus der Steigrohrflasche kommt.
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M.Dinsch

M.Dinsch wrote on Thu, 12-12-20 22:02:

Kann es sein, daß Dein zu befüllendes Gefäß einfach klein gegen die oberen zwei Drittel (drei Viertel) des Steigrohres ist, die tatsächlich im Gleichgewicht nur Gas enthalten?

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Axel Berger

"M.Dinsch" schrieb

[CO2 Umfüllung klappt nicht]

Welches Volumen hat denn deine Steigrohrflasche?

Ex FWB 601 Schütze: Thomas :)

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Thomas Endt

Am 20.12.2012 22:02, schrieb M.Dinsch:

Sehe ich da was falsch oder kann man das nicht ganz einfach ausrechnen?

Nimmt man dieses Tool hier:

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erhält man für 21°C Unsinn:

50bar :139kg/m³ 55bar :67kg/m³ 60bar :328kg/m³ 65bar :division durch 0 70bar :337kg/m³

Nimmt man das zweitoberste Tool, erhält man für 59bar: Siedepunkt: 21,2°C Dichte Flüssigphase: 759kg/m³ Dichte Gasphase: 205kg/m³

Deine Frage kannst Du mit letzterem Wert beantworten, denn die Flüssigphase existiert in Deinem Spezialfall ja nicht mehr.

Wenn man vereinfacht von einem idealen Gas bei 60bar ausgeht, erhält man folgendes: CO2 hat bei 0°C und 1013mbar eine Dichte von 1,98kg/m³ Bei 60bar sind das dann ca. 120kg/m³

Naja, ziemlich weit entfernt von obigem Ergebnis.

Michael

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Michael S

Am Fri, 21 Dec 2012 14:01:53 +0100, meinte Michael S :

wenn man weiß, was man wie zu rechnen hat, sicher. Ich habe diese Ahnung leider nicht.

Wie kommst Du darauf? Ich weiß nur, daß ich kein flüssiges CO2 mehr herausbekomme, was aber nicht heißt, daß keines mehr drin ist. Auch ein "zu" kurzes Steigrohr, also eines, das (wie ich finde widersinnig) etwa nur zu 3/4 in die Flasche ragt, würde den Effekt erklären. Muß noch (aus physikalischen Gründen) flüssiges CO2 drin sein und ist ein "zu" kurzes Steigrohr im Bereich des Möglichen, verbleibt dies als einzige plausible Erklärung. Und an dem Punkt hänge ich nach wie vor.

Ganz so einfach ist das mit dem Rechnen also nicht .... da brauche ich mich ib meiner Ignoranz ja nicht zu sehr zu schämen.

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M.Dinsch

Am Fri, 21 Dec 2012 13:05:04 +0100, meinte "Thomas Endt" :

4.0 KG CO2 - 5,36L - TARA 7.76 KG - 250 BAR
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M.Dinsch

Am 20.12.2012 21:02, schrieb piddiw:

Ist er nicht, den erreicht er erst bei 31 °C. Aber selbst wenn die Mutterflasche Tk überschritten hat müßte das CO2 in den kalten Kartuschen sofort kondensieren.

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Bodo Mysliwietz

"M.Dinsch" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@4ax.com...

Hi, das ist sehr plausibel. Denn so ist "garantiert" immer ein Phasenübergang in der Buddel, das bewirkt gleichmäßigen Druck. Schont die Ventile und Dichtungen.

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gUnther nanonüm

Am 20.12.2012 22:02, schrieb M.Dinsch:

Ist nur noch die Frage ob die Taramasse mit oder ohne Ventil bestimmt wurde.

oder die Flasche wird kühl gelagert, dann geht der Druck auch rapide nach unten obwohl sie voll ist.

Wie erwähnt, evtl. ist die Taramasse sogar noch ohne Ventil eingeprägt worden.

Fakt ist, bei 21 °C und 5.36L Volumen und knapp 60bar zu erwartenden Dampfdruck sind in der Gasphase schon rund 1 bis 1,1kg CO2. Wenn die Taramasse incl. Ventil ist, dann hast Du noch max. 0,3kg flüssiges CO2 in der Flasche. Macht 0,4L entsprechend 7% Volumen. Da wird das Steigrohr schon über der Flüssigkeit enden.

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Bodo Mysliwietz

Am 21.12.2012 14:01, schrieb Michael S:

wenn wir jetzt nicht über 55bar :67kg/m³

die sind ist allerdings falsch.

Dafür rechnet das Tool bei 22°C und 60bar verrückterweise wieder richtig.

Ich biete 762 kg/m³ - passt also.

passt.

er ist zumindest nicht weit davon entfernt.

CO2 hat bei dem Druck auch einen sehr hohen Kompressibilitätsfaktor.

Das er nur mittlerweile nur noch Gasphase entnimmt passt damit auch zusammen mit der Beobachtungen das er mit jedem nachkühlen dann die Flaschen gefüllt bekommt. Es wird aber von mall zu mal weniger kondensieren.

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Bodo Mysliwietz

Am 21.12.2012 18:31, schrieb M.Dinsch:

Bei der kleinen Flasche müsste man das sogar noch beim schütteln spüren wenn noch 1L flüssig wäre.

Typisch ist eher wenige cm überFlaschenboden.

Selbst wenn, verschwendest Du dann gerade nur noch eine Fütze. Das meiste hängt Dir in der Gasphase.

Ist schon einfach wenn man an die entsprechenden Daten dran kommt und damit umgehen kann. Zuverlässig ist die NIST:

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Bodo Mysliwietz

Am 21.12.2012 19:37, schrieb gUnther nanonüm:

Bei Steigrohrflaschen ist es nicht der sinn die Ventile zu schonen. Deren Sinn ist die Flüssigphase entnehmen zu können. Die Flasche OHNE Druckminderer zu betreiben.

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Bodo Mysliwietz

Am 21.12.2012 18:33, schrieb M.Dinsch:

250bar ist der generell zulässige Füll- oder Prüfdruck. Gilt aber nicht für die flüssig-CO2-Abfüllun, da sonst ja kein Gaspolster mehr vorhanden wäre. Die Flasche könnte man aber problemlos mit einem echtem Gas bis z.B. 200bar füllen lassen.
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Bodo Mysliwietz

"Bodo Mysliwietz" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@mid.individual.net...

Hi, aber was tust Du mit soeiner Buddel? Trinkst Du daraus? Die sensible Ventilage in den Luftdruckpistolen jedenfalls täte ich ungern mit Blubberblasen befüllen. Die sind teuer. Für ne Feuerschutzbegasung dagegen wärs mir auch wurscht. Da könnte die Buddel sogar liegen.

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gUnther nanonüm

X-No-Archive: Yes

begin quoting, "M.Dinsch" schrieb:

Wieviel Flüssigphase in der Flasche ist, kannst Du ganz einfach anhand der Schwerpunktverlagerung beim Kippen feststellen. Die flüssige Phase läuft nach unten, wenn nur Gas drin ist, ändert sich die Schwerpunktlage nicht.

Gruß aus Bremen Ralf

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Ralf . K u s m i e r z

Am 21.12.2012 21:09, schrieb Ralf . K u s m i e r z:

Dazu mußt Du aber erstmal den Schwerpunkt ohne Flüssigphase kennen.

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Bodo Mysliwietz

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