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.

M.Dinsch schrieb:
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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

Am Thu, 20 Dec 2012 18:01:24 +0100, meinte Uwe Hercksen
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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: http://www.gasgunempire.de/forum/index.php?page=Thread&threadIDc 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 http://de.wikipedia.org/wiki/Kohlenstoffdioxid und auch sonst http://www.riessner.de/files/kohlendioxid_fluessig.pdf http://www.messer.de/Gase_Datenblaetter_Broschueren/Gasedatenblaetter/Gasedatenblaetter_H_-_M/Kohlendioxid_fluessig.pdf 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.

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
wrote:
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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.
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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.
  Quoted Text Here  

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

X-No-Archive: Yes
begin quoting, Axel Berger schrieb:
  Quoted Text Here  
Das Gas müßte dann aber kondensieren.
Gruß aus Bremen Ralf

Ralf . K u s m i e r z wrote on Sat, 12-12-22 16:47:
  Quoted Text Here  
Ich vermute die in der Hand gehaltene befummelte Kartouche wird wärmer sein als die in der Ecke stehende Flasche.

Am 23.12.2012 10:45, schrieb Axel Berger:
  Quoted Text Here  
er schrieb das er die K. vorher kühlt.

Am Sun, 23 Dec 2012 15:37:00 +0100, meinte Bodo Mysliwietz
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Genau Die Kartusche nebst (von evtl. vorherigen Befüllungen vorhanden) Inhalt wird zuvor auf -18 ° gekühlt. Und natürlich halte ich sie beim Befüllen nicht in der Hand. Sie wird - wie auch immer - mechanisch an dem Befülladapter angeschlossen. Allerdings erwärmt sich die Kartusche (natürlich) beim Befüllen. Das ist vor allen bei den sehr tiegekühlten Kartuschen deutlich zu sehen, wie der Reif beim Befüllen rapido abtaut.

Am Fri, 21 Dec 2012 10:50:00 +0100, meinte Axel snipped-for-privacy@b.maus.de (Axel Berger):
  Quoted Text Here  
Mal abgesehen davon, daß es in der Tat klein gegenüber der Flasche ist: Was hat das damit zu tun, daß aus dem Ventil (ohne daß etwas angschlossen ist) nur noch Gas kommt?

M.Dinsch wrote on Sun, 12-12-23 02:41:
  Quoted Text Here  
Vom Ventil aus das ganze Steigrohr hinunter bis zu der Höhe, wo innen und außen der Flüssigkeitspegel ansteht gibt es nur Gas. Beim Öffnen tritt folglich nur dieses Gas aus. Erst wenn Du ein Gesamtvolumen entnimmst, das deutlich größer als dieses Gasvolumen ist, kann überhaupt Flüssigkeit zum Tragen kommen.

Am Sun, 23 Dec 2012 10:42:00 +0100, meinte Axel snipped-for-privacy@b.maus.de (Axel Berger):
  Quoted Text Here  
Och weiß nicht, ob ich Dich richtig verstehe - aber so wie ich Dich verstehe ist das nicht richtig. Wenn der Flüssigkeitspegel unter dem Steigrohr ist, wird niemals mehr flüssiges CO2 austreten, egal wieviel ich entnehmen. Das ist ja gerade der Grund, weswegen man z.B. bei Zapfanlagen nur Flaschen ohne Steigrohr verwenden darf: Dort liegt der Flüssigkeitspegel natürlich immer unter dem Ventil und daher bekommt man bei einer senkrecht stehenden Flasche kein flüssiges CO2 heraus sondern dem Bedarf entsprechend nur fasgörmiges CO2. Egal wieviel man entnimmt. Denn es wandelt sich während der Entnahme des CO2-Gases ständig flüssiges CO2 in gasförmiges CO2.

Am 20.12.2012 22:02, schrieb M.Dinsch:
  Quoted Text Here  
Sehe ich da was falsch oder kann man das nicht ganz einfach ausrechnen?
Nimmt man dieses Tool hier: http://www.peacesoftware.de/einigewerte/co2.html 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

Am Fri, 21 Dec 2012 14:01:53 +0100, meinte Michael S
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wenn man weiß, was man wie zu rechnen hat, sicher. Ich habe diese Ahnung leider nicht.
  Quoted Text Here  
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.
  Quoted Text Here  
Ganz so einfach ist das mit dem Rechnen also nicht .... da brauche ich mich ib meiner Ignoranz ja nicht zu sehr zu schämen.
  Quoted Text Here  

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

Am 21.12.2012 19:37, schrieb gUnther nanonüm:
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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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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.

Am 21.12.2012 20:47, schrieb gUnther nanonüm:
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Es steht doch oben! Bei Steigrohrflaschen will man ohne Restriktion - und das ist ein Druckminderer auch immer - die Flüssigphase entnehmen. Man will die Flüssigphase bei hoher Entnahmeleistung durch das Rohr nach oben Drücken. Bei kleineren Entnahmemengen wo dennoch flüssigphase gebraucht wird wird die Kopfphase sogar noch mit einem niedriglöslichen, nichtflüssigem Kopfgas aufgedrückt. Z.B. He oder N2 mit 200 bar.
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Ich verstehe, nichtmal Ansatzweise, was Du mitteilen willst.
Wer Druck"luft"pistolen zu Blaszwecken mit CO2 betreiben will, sollte jedenfalls _keine_ Steigrohrflaschen nehmen. Sonst wird es eine Trockeneisstrahlpistole.
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Gibt es irgendwas im Kontext was ich verstehen sollte?

  Quoted Text Here  
Hi, genau solches Gas könnte in der Kartusche blockieren.
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Nö, die gibts wirklich. Oder pingelst Du wieder?
  Quoted Text Here  
Die Kartusche ist nen teures Teil, sensibel zu behandeln. Doch gelingt es den meisten Benutzern, ey, sogar mein kleinstes Briederchen mitsamt Familie ballert damit, und nichtmal schlecht, Landesliga wimre. Dagegen die Lagerflasche ist billig.