CO2 Flasche und CO2 Kartusche kühlen?

Nur die Kartusche!
Ansonsten senkst du ja den Druck in der Vorratsflasche und bekommst somit weniger CO2 in die Kartusche...

Ich möchte dies mal anläßlich einer aktuellen Diskussion im Verein über die gute alte Zeit (als die Luftdruck-Fraktion noch mit CO2 und nicht mi Preßluft geschossen hat) aufgreifen. Es ging um Füllstrageien, chemisch-physikalische Vorgänge beim Befüllen von CO2-Kartuschen und jenseits des grundlegenden Prinzips, die Kartusche tiefzukühlen und an die normal temperierte Vorratsflasche für eine zeitdauer x anzuschließen hatte jeder (ich inklusive) sowohl seine eigene Theorie als letzlich doch keine wirkliche Ahnung. Da ich es nunmehr aber gerne wissen möchte, aber auch googlen (vielleicht mangels einschlägiger Vorbildung) keine wirkliche Erkenntnis bringt, möchte ich das mal zur Diskussion stellen.

Das Prinzip ist klar. In der normal temperierten Vorratsflasche mit Steigrohr herscht ein (temperaturabhängiger) Druck von ca. 60 bar und ein kleiner Teil des CO2 ist gasförmig, geraede soviel, wie für diesen Druck erforderlich, und der Rest ist flüssig. Nach Anschluß der tiefgekühlten und leeren Kartusche an die Befüllungsapparatur - in beiden herrscht nur Umgebungsdruck - und Öffnen des Flaschenventils wird das flüssige CO2 aufgrund des hohen Drucks in der Vorratsflasche aus dieser durch das Steigrohr in die Kartusche gedrückt. Das geschieht solange, bis Druckausgleich hergestellt ist, also in der Kartusche ein deren Temperatur entsprechendes Verhältnis von flüssigem und gasförmigen CO2 vorhanden ist. Je kälter die Kartusche, destso niedriger zunächst der Druck, so daß mehr flüssiges CO2 hineingepreßt werden kann. Die Jungs aus dem Verein hatten ihre individuellen Strategien, die einen ließen die Kartusche eine bestimmte Zeit dran, die anderen hatten sie mit einem flexiblen Schlauch nebst Waage angeschlossen und die 100% korrekte Menge eingefüllt.

Wie auch immer:
Jenseits dieses grundsätzlichen Funktionierens (denn daß es so geht wissen wir ja aufgrund eigener Erfahrung) fange ich bei den Details an zu schwimmen und gehe unter:
Welche Auswirkung hat die Stellung dees Flaschenventils? Das größpte Problem ist ja immer, die Kartusche ganz voll zu bekommen. Sollte man dazu das Flaschenventil völlig aufdrehen oder ist es aufgrund des "Flaschenhalses" des notwendig engen Kartuschenventils letztlich egal, wie weit man das Flaschenventil öffnet? Da sich die Kartusche während des Befüllens erwärmt - zum einen wegen der Ungebungstemperatur, zum anderen wegen der ja wohl erfolgenden Verflüssigung eines Teils des gasförmigen CO2 - und damit die maximale Füllmenge abnimmt, wäre ein möglichst schneller Befüllungsvorgang doch wohl erstrebenswert.

Was geschieht genau, wenn man die Kartusche längere Zeit an der Flasche läßt? Da die Kartusche wärmer wird, müßte der Druck steigen, was bedeutet, daß nunmehr zuviel flüssiges CO2 in der Kartusche ist, der Druck also weiter steigt und damit gasförmiges CO2 in die Vorratsflasche (deren Druck im wesentlichen unverändert geblieben ist) zurückgedrückt wird. Das würde also bedeuten, daß man exakt den Punkt der maximalen Füllmenge erwischen müßte. Wie?

Und besonders knifflig: Welche Auswirkung hat die Befüllungsapparatur? Sie besteht ja aus mehr oder weniger viel Messing und hat ein gewisses Volumen. Wenn das erste CO2 aus der Flasche hineinströmt, wandelt sich ja wohl einiges davon ins gasförmiges CO2 um - bis der Druck entsprechend der Temperatur "stimmt". Dadurch kühlt die Apparatur aber ab. Dadurch sinkt der Druck und es paßt mehr flüssiges CO2 in die Apparatur. Als einheitliches System - Flasche - Befüllapparatur - Kartusche - kann man dies wegen der "Trennungen" durch Steigrohr/Flaschenventil und Engpaß am Kartuschenventil ja wohl nicht sehen. U.U. wird die Befüllapparatur kälter als die Kartusche. Wie wirkt sich dies auf die Befüllung der Kartusche aus?
Und nach dem Befüllen: Sei es durch Entlüftungsventil, sei es durch Abdrehen der Kartusche wird (das Flaschenventil natürlich geschlossen) wird die Befüllapparatur schlagartig entleert. Das dort vorhandene flüssige CO2 wird gasförmig, die Apparatur wird demzufolge abgekühlt (die Vorratsflasche behält im wesentlichen ihre Temeperatur) . Befüllt man nun gleich wieder eine Kartusche, so ist die Befüllapparatur deutlich kälter als die Flasche und häufig bis zum Ende des Füllvorgangs kälter als die Kartusche. Welche Auswirkungen hat dies auf den Füllvorgang?

Gegenfrage die das Ganze wieder etwas relativiert: Was ist bitteschön die "maximale Füllmenge"?

Zitat von Markus30S

Gegenfrage die das Ganze wieder etwas relativiert: Was ist bitteschön die "maximale Füllmenge"?

O.k., war zu verkürzt, gemeint ist damit die maximal zulässige Füllmenge. Jedes CO2-Gefäß hat eine maximal zulässige Füllmenge in g/kg - nicht, daß nicht noch mehr reinpassen würde, aber dies ist die Menge, die beiden üblichen Temperaturen nicht zu übermäßig hohen Druck (Bersten der Berstscheibe oder des Gefäßes) führt - und diese Menge steht auf dem Behälter, zusammen mit dem Leergewicht. Zweifellos bezieht sich dies auf ein bestimmtes Verhältnis der Füll- zur Gasmenge bzw. des Volumens, das der flüssige Teil des CO2 einnimmt, zum Gesamtvolumen des Behälters, Kundige können das zweifellos berechnen und näher erklären - ich bin leider nicht kundig (so würde mich schon mal interessieren, wieviel ccm CO2 sich in den 12g-Kartuschen bei 21° C befinden).
"Ganz voll" bezieht sich also auf die jweilige angegebene Maximalfüllung.

Dann ist es einfach: Man kühlt den zu befüllenden Behälter ab, befüllt ihn komplett, stellt ihn auf die Waage und vor dem Aufwärmen lässt man soviel CO2 ab, bis er normal voll ist. Hat er weniger als die gewünschte Füllmenge kühlt man ihn ab und füllt nochmals. Alle anderen Punke machen nur so kleine Veränderungen, dass man sie als Nebensache abhaken kann.

Zitat von Markus30S

Dann ist es einfach: Man kühlt den zu befüllenden Behälter ab, befüllt ihn komplett, stellt ihn auf die Waage und vor dem Aufwärmen lässt man soviel CO2 ab, bis er normal voll ist. Hat er weniger als die gewünschte Füllmenge kühlt man ihn ab und füllt nochmals. Alle anderen Punke machen nur so kleine Veränderungen, dass man sie als Nebensache abhaken kann.

Das bezieht sich jetzt auf den Ausgangsposter, der seine Frage aber bereits für erledigt erklärt hat.
Meine Fragen beziehen sich auf die Detailvorgänge (außerdem ist gerade das "befüllt ihn komplett" der Knackpunkt, denn um eine Kartusche komplett zu befüllen benötigt man eine passende Verfahrensweise, die entsprechende Detailkenntnisse voraussetzt).

Zitat von Dr.König

...(so würde mich schon mal interessieren, wieviel ccm CO2 sich in den 12g-Kartuschen bei 21° C befinden)....

Ca. 6,1 Liter. Wurde in diesem Thread ausgerechnet. Ohne nähere Angaben bezieht sich das vermutlich auf 0°C.
Bei 21° werden es wohl fast 6,6 l sein.

(Näherungsweise errechnet, unter der Annahme, dass CO2 sich in diesem Druck-/Temperaturbereich wie ein ideales Gas verhält.)
Für Interessierte:
Zustandsgleichung für ideale Gase unter konstantem Druck:
V2 = V1 * (T2/T1)
mit Vx = Volumen beim Zustand x und
Tx = absolute Temperatur beim Zustand x (vom absoluten Nullpunkt an gemessen. 0°C = 273,15 und 21°C = 21 + 273,15 = 294,15)

Zitat von SchussHexer

Ca. 6,1 Liter. Wurde in diesem Thread ausgerechnet. Ohne nähere Angaben bezieht sich das vermutlich auf 0°C.
Bei 21° werden es wohl fast 6,6 l sein.

Das ist das Problem der Informationsgesellschaft; Wie die Informationen (wieder)finden?
Aber auch wenn ich nicht jedes Detail verstanden habe:
Meine Frage zielt auf die Menge von flüssigem CO2 in der Kartusche (in Litern bzw. ccm) ab. Also sozusagen (im Ergebnis, nach weiteren Berechungen) wie hoch der Füllstand in der 12g-Kartusche ist. Da hilft die Erkenntnis, daß es gasförmig bei 21° etwa 6,6l sind, leider nicht weiter.

Eine weitere Frage, die ich mir stelle: Was geschieht mit der Luft in der Kartusche und der Befüllungsapparatur bzw. welchen Einfluß hat diese? Denn auf jeden Fall die Befüllungsapparatur, mag sie auch noch so wenig Volumen haben, ist zu Beginn des Füllvorgangs mit Luft (1 bar) gefüllt. Und so manche Kartusche, die völlig leergeorgelt wird, ebenfalls.

Wenn ich mich nicht verrechnet habe 7,65 ml.
Flüssiges CO2 hat 1,569 kg/m³

Joachim

Zitat von pupsnase

Wenn ich mich nicht verrechnet habe 7,65 ml.

Klingt plausibel. In eine Kartusche passen knapp 15ml, rechnersich wie abgemessen

Zitat von kellerschrauber

ich vermute daß zu beginn des füllvorganges,wenn die kartusche leergeorgelt ist, nicht 1 bar luft drin ist sondern 1 bar co2. wo soll die luft herkommen ?

Stelle ich mir einfach vor: Die Kartusche ist angeschlossen, das Ventil offen, man schießt und schießt bis sie leer ist. Ja, und dann ist das Ventil immer noch offen und das Schßventil öffnet sich und so besteht eine Verbindung zwischen der Umgebungsluft und dem Inneren der Kartusche, ohne daß deren Überdruck einen "Luftaustausch" verhindern würde. Manche machen sie auch - z.B. um sie nicht gefüllt zu "lagern", absichtlich drucklos, indem sie das Ventil manuell öffnen - sobald drinnen kein Überdruck mehr herrscht kann Umgebungsluft eindringen.

Zitat

vorhin hab ich eine kartusche meiner fwb c55 überdrucklos gemacht und dann aufgefüllt.
parameter: vorratsfl.temp ca. 18° , kartuschen temp. ca. -6° , kart.tara 194g , kart.brutto 241g , netto 47g .

Das sind die Nominalwerte gemäß der Beschriftung der Kartusche? Oder "gewogene" Werte?

Zitat

kart.brutto nach befüllen 251g. fazit 57g co2 aufgefüllt,macht 10g zuviel.

Wieviel hat die Kartusche vor dem Befüllen tatsächlich gewogen? Wirklich 57g weniger?

Zitat

was kann passieren bei zimmertemp.? waffe funktioniert einwandfrei.

In den technischen Blättern steht z.B.
"Nach der Druckbehälterverordnung dürfen maximal 0,75 kg CO2 pro Liter Flaschenvolumen eingefüllt werden. Mit diesem Füllfaktor ist gewährleistet, daß der Druck in der CO2-Flasche erst bei Erwärmung auf 65°C den Prüfdruck von 250 bar erreicht."
Das entspricht in etwa den Verhältnissen bei einer 12g-CO2-Kartusche. Umgerechnet auf Ihre 57g heißt das, daß Sie bei einem Kartuschenvolumen von ca. 80ml (und mehr) noch auf der völlig sicheren Seite sind.
Da die Kartuschen bis 250bar geprüft sind und dies nach meiner Erfahrung bedeutet, daß sie auch deutlich mehr abkönnen, hätte ich gefühlsmäßig keine Bedenken.
Ich habe bei http://www.extremecooling.de/forum/threads/…gramme-und-Mehr! das angefügte Diagramm gefunden - CO2-Dampfdruckkurve. Klingt erst mal vielversprechend. Aber in Bezug auf Überfüllung sagt mir das nichts.
Wenn es aber stimmt, daß für den Druck allein die Temperatur maßgeblich ist und nur soviel CO2 gasförmig wird, wie zum Erreichen des Soll-Drucks erforderlich ist, dann sollte bis zu den kritischen 31 Grad die Füllung keine Rolle spielen - ist die Kartusche sehr voll, wird eben nur sehr wenig CO2 gasförmig werden, weil weniger CO2-Gas für den jeweiligen Soll-Druck erforderlich ist als bei weniger voller Kartusche. Bei Erreichen der kritischen Temperatur kann das CO2 nicht mehr verflüssigt werden und es wird gefährlich ...
Also kann man bei Temperaturen bis 31 Grad ohne Bedenken reintun .... vor allem jetzt im Winter .... im Hochsommer sollte man aber die maximalen Füllmengen beachten.

Es würde mich wundern wenn es Co2 Kartuschen gibt in denen keine Luft ist.
Zum einen ist ja bei Auslieferung Luft in der Kartusche und zum anderen ist in der Füllamatur auch Luft.

Aber zum eigentlichen Thema :
Ich habe meinen 2 x 12 g Adapter für die AM 850 immer selbst befüllt.
Anfangs habe ich mir auch die mühe gemacht und den Adapter runter gekühlt.
Jedesmal war nach dem füllen zuviel Co2 drin.
Irgendwann habe ich das kühlen sein lassen und hatte nur etwas weniger Co2 drin.
Ich denke bei so kleinen Behältern ist das kühlen nicht nötig.

Joachim

Zitat von pupsnase

Irgendwann habe ich das kühlen sein lassen und hatte nur etwas weniger Co2 drin. Ich denke bei so kleinen Behältern ist das kühlen nicht nötig.

Tja, das führt dann wieder zu meinem bermißten Detailverständnis. Natürlich besteht am Anfang auch bei zimmerwarmen Kartuschen ein Druckunterschied, der das CO2 fließen läßt - in der leeren Kartusche sind ja nur wenige oder nur ein bar. Aber sobald das erste CO2 drin ist wird es solange gasförmig, bis der Druck der Temperatur entspricht - also dem Druck, der auch in der Flasche herrscht. Und von da an dürfte /kannnichts mehr hineinfließen.
Möglicherweise kann man dies durch einen großen Durchsatz "überlisten" - der Wechsel des Aggregatzustands dauert ja etwas, wenn man also während der ersten paar hundert ms oder Sekunden viel CO2 rüberschaufeln kann, weil das Flaschenventil weit offen ist und das Kartuschenventil eine große Öffnung hat und auch die Befüllungsapparatur einen großen Durchsatz erlaubt, dann würde der Druckangleich das Füllen nicht verhindern und den erreichten Füllstand wohl nicht verändern.
Aber wie gesagt: Das sind Detailfragen, die sich mir stellen,die ich nicht sicher beantworten kann, der Antwort ich aber gerne wissen würde.

Naja, füllen kann man natürlich nur mit einer Steigrohrflasche oder wenn man eine " normale " Flasche über Kopf hält.
Und dann kommt eben kein Gasförmiges Co2 sondern flüssiges.
Das beste Beispiel dafür sind Gas Airsoft Waffen.
Hält man dort die Gasflasche nicht mit den Ventil noch unten auf das Magazin kommt zu wenig Gas rein und man kann nicht all zu viele Schüsse abgeben.

Joachim

Zitat von pupsnase

Naja, füllen kann man natürlich nur mit einer Steigrohrflasche oder wenn man eine " normale " Flasche über Kopf hält.
Und dann kommt eben kein Gasförmiges Co2 sondern flüssiges.

Ja, natürlich - aber das ändert an den angresprochenen Problematiken nichts. Das flüssige CO2 in der Kartusche bleibt ja nicht flüssig, es wandelt sich soviel davon in Gas, daß entsprechend der aktuellen Temperatur der dafür geltende Druck resultiert. Gelangt z.B. in dem o.e. Beispiel nur "tröpfchenweise" flüssiges CO2 in die zimmerwarme Kartusche, wird es sich vermutlich und solange "laufend" in Gas verwandeln, bis derselbe Druck wie in der der ebenfalls zimmerwarmen Flasche herrscht - mit der Folge, daß sich in der Kartusche nur etwas CO2-Gas befindet, gerade soviel, um den Soll-Druck zu bewirken.
Das Gleiche muß aber auch für die Füllarmatur gelten: Das flüssige CO2 kommt tröpfchenweise aus dem Flaschenventil in den Niederdruckbereich der Füllaparatur. Noch bevor es in die Kartusche tropfen kann wandelt es sich in Gas um - solange, bis in der Befüllapparatur (gar zusammen mit der Kartusche?) der Soll-Druck herrscht. Dann aber kann kein flüssiges CO2 mehr aus der Flasche rüberwandern, es besteht ja Druckgleichheit. Beziehe ich die Kartusche mit ein, dürfte sich daran nichts ändern, außer daß das mit Gas zu füllende Volumen etwas zunimmt.
Wobei sich für mich die Detailfrage stellt: Muß man Flasche und Kartusche bzw. Flasche, Kartusche und Füllapparatur als einheitliches System oder getrennte Systeme betrachten?
Bei dieser Betrachtung komme ich zu dem Schluß, daß das A und O in einer möglichst schnellen Befüllung besteht, alsp schneller Befüllung als das flüssige CO2 gasförmig wird. Aber stimmt das auch?
Ich denke, es wird klar, warum ich oben von unklaren aber zum Verständnis wichtigen Detais spreche.
Kennt denn keiner die Antworten?