Befüllen aus CO2-Flaschen

Am 26.12.2012 11:04, schrieb M.Dinsch:

Ich würde da für den Heimgebrauch auch nicht gegensprechen wollen. Im gewerblichen legt man dann, schon wegen Routinegebrauch und Kostendruck, andere Maßstäbe an.

Aus mehreren Gründen braucht man schon ein paar mm Toleranz. Das fängt bei der Längenpräzision der Flasche an, geht über das abschneiden des Rohrs, über die Reproduzierbarkeit beim einzapfen des Rohrs ins Flaschenventil und schlußendlich das eindichten des Flaschenventils in den Flaschenkragen.

Ist doch mal was erfreuliches.

Ich denke Gesamtphysikalisch ist das als Komplex anzusehen. Ich versuche mich mal:

Zunächst steht ein hoher Druckgradient 0 vs. 60 bar an. Bei schnellem Öffnen des Flaschenventils (oder zwischengeschaltetem V1) schiesst die Flüssigsäule nach oben. In dem Verlauf müsste aufgrund des Druckgefälles antlang des Weges (damit Druckgradient) etwas CO2 verdampfen dabei auch gleichzeitig innen im System einen Temperaturabfall verursachen das CO2 verdampft. Gleichzeitig wird aber zum Ende des System (bis in die Kartusche) auch Gas komprimiert. Ein solche Vorgang führt dort zur Erwärmung (Kompressionswärme, Luftpumpeneffekt). In welchen Teilen des Systems es zur partiellen und schnellen Abkühlung kommt und an welchen Teilen die Kompressionswärme überwiegt ist nicht pauschal zu sagen.

Insofern sollte man einfach sicherstellen das z.B. Adaptor und Kartusche von vornherein nicht nennenswert wärmer als die Flasche sind.

Wer schonmal aufmerksam durchsichtige Gasfeuerzeuge befüllt hat hat evtl. folgendes gesehen:

- Butangasflasche hat Raumtemp., Feuerzeug Hosentaschentemp.: wenig Flüssigübergang

- Feuerzeug hat Raumtemp, Butangasflasche Handtemp.*: mehr Flüssigübergang

Am 26.12.2012 11:10, schrieb M.Dinsch:

Wenn man in Routine füllt ist man mit einem simple Abspeerventil (ca.

Damit die Flüssigphase direkt nach oben "geschossen" wird. Bei Deinem kleinem Füllvolumen könnte es ein Faktor sein.

Bei der Konstellation ohne V1 würde ich vor dem Anschrauben schon V2 öffnen und geringfügig(st) CO2 über das Flaschenventil und V2 ins freie blasen - also Luft aus dem Flaschenseitigen Adaptorteil spülen. V2 geöffnet lassen und sofort die Kartusche anschrauben. Deren Restdruck splüt dann den Kartuschenseitigen Luftanteil über V2 ins freie. V2 zu und Flasche auf.

Na, wir wollen doch jetzt nicht wirklich (Um-)Füllanweisungen für hochreine Gase entwickeln und dokumentieren. Das sollen die Spezialsgaseabfüller mal selbst machen ;-) Nur soviel, wenn das Luftgefüllte Totvolumen im vergleich zur befüllenden Kartosche groß ist, komprimierst Du evtl. nur die Luftblase bis in die Kartusche. Im extremfall hast Du eine mit 60bar luftbefüllte Kartusche und einen Flüssig-CO2-gefüllten Füllschlauch ;-)

Am Wed, 26 Dec 2012 13:26:18 +0100, meinte Bodo Mysliwietz :

Naja, ihr klingt alle so, als würdet ihr das locker aus dem Ärmel schütteln.

O.k., Da mein Froster nicht weniger als -18° Grad schafft werde ich mich damit begnügen, zumal ja auch noch das Problem des handlings der Kartusche besteht, die dicht an der Flasche angelascht ist, da ich nicht groß mit Behältern mit sensiblem Zeug hantieren.

Am Thu, 27 Dec 2012 18:15:56 +0100, meinte Bodo Mysliwietz :

O.k. Leuchtet mir ein.

Heißt das, daß beim "langsamen" Aufdrehen (so langsam ist das ja nicht, aufgrund der Querschnittsverengung im Adapter auf ca. 2mm Durchmesser und dem noch engeren Durchlaß des Kartuschenventils bringt es nichts, das Flaschenventil voll aufzukurbeln, es genügt eine viertel oder halbe Drehung, und das dauert auch nicht länger als ein Kugelventil) das sich flüssige CO2 in zu Gas entspannt? Warum?

Die Kartuschen - jedenfalls die ohne federbelastetes Ventil, also mit offenem Ventil - sind in jedem Fall leer und die federbelasteten Ventile öffnen erst bei höherem Außendruck. Aber das ist eine klare Handlungsanweisung, ich werde sie befolgen. Und zwar erst die Kartuschen bei offenem V2 anschrauben, dann etwas das Flaschenventil öffnen und gleich danach V2 schließen.

Die sagen gar nichts dazu, weil sie der Meinung sind, daß wir Laien die Finger davon lassen sollen und nur geprüfte und gelernte Fachleute das tun sollten. Und die, entsprechend befragt, sagen häufig da gleiche ...

Das habe ich befürchtet. Daher habe ich mich schon bemüht, das Volumen des Adapters gering zu lassen und das "Totvolumen" des Flaschenanschlusses (könnten auch 2 ccm sein) durch entsprechende Einsätze, die nichts anderen tun als den Raum auszufüllen, zu reduzieren.

Es wäre alles viel einfacher, wenn ich wirklich verstehen würde, was im einzelnen beim Öffnen den Flaschenventils geschieht, also ob zuerst CO2-Gas kommt oder Flüssigkeit, was damit im Adapter geschieht, ob es gleich flässig in die Kartusche gepreßt wird usw. usw. Leider läßt sich das ja nicht mit durchsichtigem Material bauen um zu sehen, was wirklich geschieht.

Am Wed, 26 Dec 2012 13:48:47 +0100, meinte Bodo Mysliwietz :

Ja, das ist klar, mit ein paar mm habe ich gerechnet, aber hier müssen es je nach Berechnungsweise und Dicke der Wandung zwischen 2,5 und 3 cm sein, da auch bei 0 Grad nichts Flüssiges rauskommt.

Und was geschieht bei langsamen Öffnen? Ist langsames Öffnen einem nur teilweise Öffnen des Ventils gleichzusetzen? Ich frage, weil am Eingang des Adapters eine Querschnittsverengung auf 2mm Durchmesser ist und auch das Kartuschenventil nur einen sehr engen Durchlaß hat. Da es daher vom "Durchsatz" her nichts bringt, das Flaschenventil voll aufzukurbeln, begnüge ich mich mit 1/4 oder 1/2 Umdrehung, das geht rapido aus dem Handgelenk. Wenn das kontraproduktiv sein sollte ...

Kann ich insofern bestätigen als der Adapter kühl wird (bzw. wurde, also noch flüssiges CO2 rauskam).

Auch das kann ich bestätigen. Die Kartusche ist nach dem Befüllen spürbar wärmer als vorher. Das gilt auch für die sehr tiefgekühlte Kartusche bei Nur-Gas-Befüllung.

Der Adapter ist normalerweise immer drauf, also immer gleich temperiert. Der Gedanke, die Verluste durch das Entlüften zu minimieren, indem der Adaptor vorgewärmt wird, weil sich dann dort weniger flüssiges sondern nur gasförmiges CO2 sammelt, also beim Entlüften weniger verlorengeht, ist also falsch ...?

Manno, Brain 1.0 hilft!

Angenommen die Steigrohrflasche steht voll mit flüssigem CO2 im Steigrohr und Ventil ist zu. Dann wird nach vermutlich kurzer Zeit soviel CO2 darüber verdampft sein, dass der Flüssigpegel im Rohr und in der Flasche gleich ist. Nun drehst Du das Flaschenventil auf. Was kommt zuerst? Na? Na? Nu sach schon!

Versetz Dich selber mal in die Lage des CO2 und fühl Dich ein, was es so macht. Jetzt dürfte sich auch der Nebel über den restlichen Fragen lichten :)

Ich weiss, manchmal ist man(n) so vernagelt, dass man den Wald vor lauter Bäumen nicht sieht.

Passiert mir auch schon mal. Dann such ich mir ein Opfer, dem ich erkläre, was ich gerade grübele. Meist muss meine Frau herhalten. Und schon beim erklären geht mir der Seifensieder auf.

Saludos (an alle Vernünftigen, Rest sh. sig) Wolfgang

Am 27 Dec 2012 17:28:00 -0400, meinte snipped-for-privacy@spambog.com (Wolfgang Allinger):

Jawohl, gib´2 mir - wo bekomme ich dies?

Aha. Vermutlich. Darf ich fragen, warum?

Aber auch nur, wenn man erklären kann, also das Wissen hat. Ich habe es nich, deswegen frage ich (hier). Mir ist auch schlicht nicht erklärlich, warum im Steigrohr gasförmiges CO2 sein sollte. Der letzte Zustand bis zum Schließen des Ventils war ja, daß flüssiges CO2 durch rutschte. Dann wird der Hahn geschlossen, es ist noch flüssige CO2 drin und unten steht das Steigrohr in flüssigem CO2, das von dem Gaspolster drüber so gehalten wird. Warum also soll sich das flüssige CO2 (oben) im Steigrohr zu Gas entspannen?

Am 27.12.2012 19:21, schrieb M.Dinsch:

Du übersiehst evtl. das einige sowas explizit gelernt/studiert haben und es evtl. im Job nutzen müssen/mußten.

Meinst Du ich weiß noch alles was ich mal in meinen Berufsausbildungen gelernt aber anschl. 20 Jahre nicht mehr gebraucht habe?

s.u.

Weil sich die Flüssigkeit wg. Eigengewicht nach unten bewegen will (komunizierende Röhren) über dem LCO2 ensteht ein etwas geringerer Druck und CO2 gast aus... bis sich endlich von das Gleichgewicht wieder herstellt, also gleich Flüssigkeitshöhe in Steigrohr und restlicher Flasche.

Saludos (an alle Vernünftigen, Rest sh. sig) Wolfgang

Am 28 Dec 2012 18:00:00 -0400, meinte snipped-for-privacy@spambog.com (Wolfgang Allinger):

Setzt das Prinzip der kommunizierenden Röhren nicht voraus, daß die Röhren "offen" sind? Müßte hier nicht eher das prinzip der Pipette gelten - wenn die Röhre oben verschlossen ist, dann bleibt der Flüssigkeitspegel?

M.Dinsch wrote on Fri, 12-12-28 15:57:

Wäre beides oben offen hättest Du den Grundschulfall der kommunizierenden Röhren. Nun herrscht aber überall hoher Gasdruck, so einfach ist es also nicht. Dieser Gasdruck ist aber genau der Dampfdruck des Kohlendioxid und ist im thermischen Gleichgewicht - und nur dann - genau gleich. QED

Weil nebendran Gas ansteht. Der Druck am oberen Ende des Steigrohrs ist also niedriger als der Druck auf dem Flüssigkeitspegel daneben und damit unter dem thermischen Dampfdruck. Es dauert eine Weile, aber irgendwann herrscht Gleichgewicht.

Am Sun, 23 Dec 2012 17:06:13 +0100, meinte Bodo Mysliwietz :

Ich versuche gerade zu verstehen, was beim derzeit notwenigen Befüllen der Kartuschen mit gasförmigen CO2 und deren erneuten Abkühlen und erneuten Befüllen tatsächlich geschieht. Sor echt gelingt es mir nicht: Also: In der Flasche ist wegen zu geringer Füllmenge nur noch gasförmiges CO2 bei 21° und füllmengenbedingt ca. 50 bar bei 5,4l Inhalt. Die Kartusche ist zunächst leer und auf -18° heruntergekühlt. Ihr Volumen sei 100 ml. Beim ersten Befüllen gelangen 100ml gasförmiges CO2 mit 21° hinein. Druckausgleich, der Einfachheit halber (und aufgrund des großen Volumenunterschieds zwischen Flasche und Kartusche für pi-mal-Daumen auch vertretbar) bei 50 bar. Sie kommt in den Froster und wird auf -18° gekühlt. Der Druck sinkt auf ca. 20 bar, die Dichte des CO2-Gases verringert sich von ca. 200 abgerundet 50, da die Menge (Gewicht) des CO2 aber gleich bleibt, wird ein Teil des CO2 flüssig mit einer Dichte von abgerundet 1000. Also etwa 5 ml des Volumens der Kartusche sind mit flüssigem CO2 gefüllt, im großen Rest wabert das Gas. So weit, so klar. Jetzt kommt die Kartusche wieder an die Flasche - und was geschieht nun genau?

Am 29.12.2012 11:14, schrieb M.Dinsch:

Richtig. Es sind keine kommunizierenden Röhren Und wenn, dann ist es ein monolog ;-)

Was passiert in dem gesamten System. Der Druck innerhalb der CO2-Flasche ist überall (nahezu) gleich. Unterschiede gibt es in der Flüssigkeitssäule.

Das Gas in dem Steigrohr steht, bei entsprechend langer Stabilisierungszeit, unter dem selben Druck wie das Gas ringsum dem Steigrohr. Steht das flüssige Steigrohr-CO2 nun, z. B. durch Entnahme, oberhalb der andern Flüssigphase, würde es der Schwerkraft folgen und nach sinken "wollen". Dazu müßte oben im Steigrohr der freiwerdende Raum durch neues Gas ersetzt werden. Die Flüssigkeit muß dazu also verdampfen, also einen temperaturabhängigen Dampfdruck entwickeln. Nach Zeitraum x ist klar das die Temp. im Steigrohr gleich der Temp. um den Steigrohr ist. Die Flüssigsäule fällt, entwickelte fortwährend einen kleinen Unterdruck, LCO2 verdampft, kühlt an der Grenzfläsche wieder etwas ab, erwärmt sich langsam wieder, verdampft.... bis beide Flüssigkeitspiegel wieder gleich sind.

Du kennst das Phenomen mit der Wassersäule in enem durchsichtigem Schlauch? Du hast 20m Schlauch auf dem Boden liegend, luftfrei mit Wasser gefüllt. Nun ziehst Du ihn langsam, bei ca. 20 °C, an der Hauswand hoch (Schlauch oben verschlossen). Bei etwas weniger als 10m stellst Du plötzlich fest das sich eine Gasblase bildet, der Wasserspiegel nicht weiter steigt. Im Schlauch bildet sich infolge der Schwerkraft ein Druckgradient aus - oben liegt Unterdruck an. bei knapp

Ja, richtig, hab ich schlecht und flasch formuliert. Kann dem ältesten Esel passieren :)

Aber IMHO auch nur, bei Flüssigkeiten, die eher schlecht verdampfen, sh. Quecksilber beim Barometer.

Gerade LCO2 gehört wohl nicht zu den schwach verdampfenden Flüssigkeiten.

Aber ich bin kein CO2 Spezi, einfach just my 2ct.

Saludos (an alle Vernünftigen, Rest sh. sig) Wolfgang

Am 29.12.2012 12:45, schrieb M.Dinsch:

Wenn Du das geometrische Volumen meinst, dann gehen 100ml á 50 bar über

- bezogen auf Atmospärendruck wären es dann ca. 5l entspanntest CO2.

Jo, wir wollen nicht über 2% Fehler diskutieren.

Im großen Rest ja. Egal wie groß die Kartusche ist, wir können sagen das mit dem ersten befüllen bei Raumtemp. und anschliessendem kühlen auf -18 °C ca. 15% des Volumens mit L-CO2 gefüllt sind.

Das Spiel beginnt von vorn. Sofern die Kartusche mit Füllbeginn immer noch -18 °C gängst Du mit einem ca. 15% verringertem Gasvolumen an. Gasphase strömt mit 50 bar und ca. 20 °C über, die Kartusche erwärmt sich dabei etwas. Ohne kontinuierliche Kühlung ist die Effiktivität ist ungünstig - Du würdest die Kartusche vermutlich etliche male in den Froster legen müssen um so auf einen Füllstand zu bekommen den Du mit echtem Flüssigübergang erreichen kannst.

Am 27.12.2012 19:51, schrieb M.Dinsch:

Auch wenns Dich ärgert, die Größenordnung wundert mich nicht.

Siehe Erklärung im anderen Posting mit dem Wasserschlauch. Öffnet man zu wenig - zu langsam - und entnimmt vergleichsweise wenig, kommt die Flüssigphase nie oben an.

Bedenke, Gase haben deutlich geringer Zähigkeiten (Viskositäten) als Flüssigkeiten. Wenn Du mit einem Schlag den Weg freigibts, muß die Flüssigphase hochgedrückt werden. Das ganze ist aber eh ein Vabanquespiel aus Steigrohrvolumen und dem Volumen nach Flaschenventil.

So ein Handgelenk schafft in überstehender Position auch locker eine ganze Drehung.

Wenn der Adaptor dicht ist und immer unter Druck gehalten wird hast Du in dem Adaptor bis zum Hand- und Federventil eh keine Nennenswerten und störenden Mengen Fremdgase. Wenn das Federventil mit dem Eindrehen der Kartusche direkt öffnet würde _ich_ über gar nichts mehr nachdenken. Meistens blässt dann eh eine kleiner Pffft CO2 vorbei.

Nach dem entfernen der letzen Kartusche würde ich das Flaschenventil nach vielleicht einer halben Stunden Standzeit schliessen. Am nächsten Befülltag würde ich nur prüfen ob noch Restdruck im Adaptor ist (ein Lecktest), wenn ja Flaschenventil öffen und die 1. Kartusche direkt einschrauben, das Kartuschen Arsenal schnell nacheinander durchfüllen und wenn in 1. Kartusche zu wenig CO2 ist diese zum Schluß nochmal dranhängen.

Am Sat, 29 Dec 2012 16:47:30 +0100, meinte Bodo Mysliwietz :

Na, dann weiß ich wenigstens, woran ich bin. Ändern kann ich es ja nicht.

Das klingt ganz so, als wolltest Du damit andeuten, daß bei nur geringer Öffnung des Flaschenventils das Gaspolster über dem Flüssigkeitsspiegel in der Flasche durch die Flüssigkeit zum Steigrohr gedrückt werden könne. Oder verstehe ich das falsch und Du willst darauf hinaus, daß bei zu geringer Ventilöffnung das flüssige CO2 in einem fort vergasen würde ... ?

:-)) Habe es eben mal getestet. 2/3 Umdrehung, mehr nicht. Aber gut, ich habe verstanden. Tendenziell möglichst weit mit einem Griff öffnen.

Nee, der Adapter ist am Anschluß der Kartusche offen. Und die Kartuschenventile der am häufigsten benutzen Kartuschen werden nicht beim Einschrauben geöffnet sondern sind entweder ohne Feder und daher leer immer auf und schließen erst beim Entlüften oder habe eine Feder und werde durch den Überdruck aus der Falsche geöffnet und bleiben solange offen, wie der Druck in der Kartusche geringer wird. D.h. im Adapter ist beim Befüllen zunächst immer Fremdluft, d.h. ich sollte es dann so machen wie bereits empfohlen: Beim Einschrauben der Kartusche das Entlüftungsventil offen, dann das Flaschenventil etwas auf, das Entlüftungsventil schließen und das Flaschenventil aufdrehen.

Am Sat, 29 Dec 2012 15:14:45 +0100, meinte Bodo Mysliwietz :

Ich muß gestehen, daß ich dies und die andere Erklärung trotz wiederholtem Lesens nicht verstanden habe. Ich beschränke mich daher auf das Akzeptieren des Ergebnisses: Nach dem Schließen des Flaschenventils sinkt der Flüssigkeitspegel im Steigrohr auf den umgebenden Pegel in der Flasche und obendrüber bis zum Ventil ist CO2-Gas. Nicht schlagen, aber ist der Druck des Gases über dem LCO2-Pegel im Steigrohr irgendwie anders als in der Flasche?

"Kennen" ist zuviel gesagt, ich erinnere mich vage, daß dies mal Gegenstand einer Dikussionen oder scharfsinnigen Intelligenzfrage - der Anlaß ist mir entfallen - war.

Was geschieht, wenn ich eine Flasche, in der sich nur ca. die Hälfte des für ca. 60 bar (bei 21°) erforderlichen Inhalts an gasförmigen CO2 befindet, über die Grenze der 31° hinaus erwärme? Bei 21° sollte der Druck ja wohl bei um die 25 bar liegen, bei kurz vor 31° sollten es um die 37 bar sein (die Hälfte des Drucks bei "voller" gasförmiger Füllung) - und dann?

Am Sat, 29 Dec 2012 16:02:35 +0100, meinte Bodo Mysliwietz :

O.k. Ich meinte natürlich das unter 50bar stehende Gas.

Genau! ;-)

Oha. Wieder falsch kalkuliert - 15% sind richtig.

Ja, das ist mir vom Prinzip her klar. Aber in den verbleibenden 85% (=