Jeder Gasflaschenanschluss liegt sieben Zehntel Millimeter neben dem nächsten

Das Dokument ist ISO 5145:2017, Gasflaschen – Flaschenventilausgänge für Gase und Gasgemische – Auswahl und Maße, vierte Ausgabe, ISO/TC 58/SC 2, siebenundzwanzig Seiten, 2023 als weiterhin gültig bestätigt. In der Einleitung steht genau, wozu es da ist: „Der Hauptzweck der Normung von Ventilausgängen ist es, das Verbinden nicht miteinander verträglicher Gase zu verhindern.“ (sinngemäß übersetzt)

Diese Seite beschreibt eine Norm. Sie ist keine Sicherheitsanweisung, sie sagt niemandem, was mit einer Flasche zu tun ist, und sie nennt kein Produkt. Die Person, die das Foto veröffentlicht hat, hat die Flasche zurückgegeben; mehr sagen wir dazu nicht.

Das Gewinde richtet sich danach, wie gefährlich das Gas ist

Die Auswahl beginnt weder beim Druck noch bei der Rohrgröße, sondern bei einem Code. ISO 14456 weist jedem Gas und jedem Gasgemisch in einer Flasche einen vierstelligen Code, FTSC, zu, der es nach Brennbarkeit, Toxizität, Zustand des Gases – einschließlich der Frage, ob es verdichtet ist und mit welcher Druckstufe, oder verflüssigt – und Korrosivität einordnet. Dieser Code ordnet das Gas einer von fünfzehn verträglichen Gasgruppen zu, und jede Gruppe erhält einen Ventilausgang.

Ein Blick auf die normativen Verweisungen macht den Punkt unübersehbar. Es gibt drei eigene Internationale Normen, deren Titel mit demselben Satzteil enden:

Es gibt eine Norm, die misst, wie stark ein Gas Gewebe angreift, und ihr erklärter Zweck ist die Wahl eines Gewindes. Das fasst das ganze System gut zusammen.

Die Norm sagt sorgfältig, was der Code nicht ist. Eine Anmerkung hält fest, dass der einzige Zweck des Zahlencodes darin besteht, verträgliche Gase zu gruppieren, damit der richtige Ausgang gewählt werden kann, und dass er nicht als Kennzeichnungscode gedacht ist. Er ist ein Sortierschlüssel, kein Etikett. Etikettierung und Farbkennzeichnung sind eigene Schutzmaßnahmen, und laut Anwendungsbereich werden sie von diesem Dokument nicht berührt.

Fünf der fünfzehn Gruppen enthalten jeweils genau ein Gas, Gemische und andere Gase sind ausgeschlossen: Gruppe 2 Kohlendioxid, Gruppe 5 Luft, Gruppe 10 Sauerstoff, Gruppe 11 Distickstoffmonoxid, Gruppe 14 Acetylen. Gruppe 15 ist bestimmten Gasgemischen vorbehalten.

Das Stufenprinzip und die konstante Summe

Der Mechanismus heißt Stufenprinzip (step index). Der Ventilausgang hat eine doppelte Bohrung, und das Anschlussstück hat einen Zapfen mit zwei verschiedenen Durchmessern, der hineinpasst. Der entscheidende Gedanke steckt in einem Satz: „Die Längen der Bohrungen und Zapfen sind für jeden Anschluss gleich, die Durchmesser aber ändern sich je nach Gasgruppe.“ (sinngemäß übersetzt)

Tabelle 1 listet die Durchmesser auf; die Rechnung im nächsten Absatz stammt von uns.

Innerhalb jeder Größe steigt A in Schritten von 0,7 mm und B fällt in Schritten von 0,7 mm, sodass sich die Summe nie ändert. Bei der Größe 24 mm lauten die Paare 11,2 mit 16,8, dann 11,9 mit 16,1, dann 12,6 mit 15,4, dann 13,3 mit 14,7 und schließlich 14 mit 14, das symmetrische Paar. Die größte Größe macht dasselbe neunmal.

Darin liegt die gesamte Sicherheit des Systems. Ein Zapfen für eine Gruppe weicht vom Nachbarn am kleinen Durchmesser um 0,7 mm und am großen Durchmesser um 0,7 mm ab, und zwar in entgegengesetzte Richtungen. Er passt deshalb nicht in die Bohrung des Nachbarn, obwohl beide gleich lang sind, denselben Nenndurchmesser und dasselbe Gewinde haben. Einundzwanzig rechtsgängige und einundzwanzig linksgängige Kombinationen ergeben zweiundvierzig.

Eine Anmerkung liest sich wie das Ende einer Debatte: Innenliegende Stufenanschlüsse mit doppelter Bohrung werden wegen ihrer übermäßigen Größe nicht verwendet. Jemand hatte vorgeschlagen, die Bohrung auf das andere Teil zu legen, und die Antwort lautete, das werde zu groß.

Das Gewinde hat dieselbe Whitworth-Form wie ein Rohrgewinde

Drei Nenndurchmesser, 24, 27 und 30 mm, und eine Gewindeform für alle. Tabelle 2 nennt die Grundmaße.

Unsere eigene Nachrechnung, weil sie zwei Teile dieser Website verbindet. Die Whitworth-Gewindetiefe beträgt 0,640 327 P; bei Steigung 2 sollte der Flankendurchmesser also der Außendurchmesser minus 1,280 654 sein und der Kerndurchmesser der Außendurchmesser minus 2,561 308. Für 24 ergibt das 22,719 346 und 21,438 692, und dieselbe Subtraktion trifft bei allen drei Größen den gedruckten Wert, sechs von sechs. Es ist dieselbe Formel, die die Rohrgewindenormen verwenden, bei 2 mm Steigung.

Bei den Toleranzen wird es deutlich. Abschnitt 5 verlangt, die Toleranzen aus geltenden nationalen Normen oder aus dem angegebenen Beispiel zu wählen, und schließt dann etwas ausdrücklich aus: „Beidseitige Tolerierungssysteme, wie sie in ISO 2768 (alle Teile) festgelegt sind, dürfen nicht angewendet werden.“ (sinngemäß übersetzt)

Ein Grund wird nicht genannt, ist aber leicht zu sehen. Eine beidseitige Toleranz lässt ein Maß in beide Richtungen vom Nennmaß abweichen, und in einem System, dessen ganze Sicherheit darauf beruht, dass Teile nicht zusammenpassen, kann ein Maß, das in beide Richtungen wandern darf, in den nächsten Anschluss hineinwandern. Tabelle 1 kennzeichnet die Bohrungen mit H10 und die Zapfen mit d10, beides einseitig. Auch die Abmaße in Tabelle 2 sind alle einseitig: Der Flankendurchmesser der Überwurfmutter läuft von null nach oben, der des Ventils von unterhalb des Nennmaßes nach unten. Sie stehen als bloße Zahlen in der Tabelle, ohne dass dort eine Einheit wiederholt wird, und wir geben sie so wieder, wie sie gedruckt sind, statt für die Norm zu entscheiden.

Wo die Dichtung sitzt

Die Person, die die Delle fand, bemerkte, dass sie nahe an der Dichtfläche lag. Die Norm sagt, was diese Fläche ist.

Ein Anschluss besteht aus drei Teilen: dem Ventilausgang, dem Anschlussstück und der Überwurfmutter, die die Norm als das Mittel definiert, mit dem das Anschlussstück befestigt wird und mit dem die Dichtung sichergestellt wird. Das Gewinde zieht, der Kegel dichtet. Das ist dieselbe Arbeitsteilung, die die Norm für zylindrische Rohrgewinde für Verschraubungen festlegt, und deshalb ist eine Schramme nahe am Kegel ein anderes Problem als eine Schramme am Gewinde.

Andere Dichtverfahren sind zulässig, allerdings mit einer Bedingung, die zeigt, worauf es dem Dokument tatsächlich ankommt: sofern die Nichtaustauschbarkeit zwischen den Anschlussarten erhalten bleibt. Man darf ändern, wie abgedichtet wird. Man darf nicht ändern, womit sich der Anschluss verbinden lässt.

Jeder Ausgang und jeder Anschluss wird außerdem gekennzeichnet. Abschnitt 6 verlangt die Nummer des zugehörigen Ausgangs, und Tabelle 3 weist jeder Kombination eine zu, wobei die linksgängige und die rechtsgängige Ausführung desselben Durchmesserpaars verschiedene Nummern erhalten. Bei der Größe 24 mm ist das Paar 11,2 und 16,8 Nummer 1 rechtsgängig und Nummer 6 linksgängig; das symmetrische Paar 14 und 14 hat 5 und 10.

Neun Anschlüsse, die noch niemand benutzt

Abschnitt 7 beginnt mit der Feststellung, dass dreiunddreißig der zweiundvierzig verfügbaren Anschlüsse zugeordnet sind. Unsere eigene Subtraktion: Neun sind frei. Die Einleitung erklärt, warum es sie gibt. Die Festlegungen des Dokuments „können künftig herangezogen werden, wenn ein neues Gas oder Gasgemisch industriell entwickelt wird“ (sinngemäß übersetzt).

Ein Ausschuss hat Ende der 1970er-Jahre ein Codiersystem mit neun leeren Plätzen gebaut, in der Annahme, dass die Chemie noch nicht fertig ist. So viel Voraussicht findet man in einer Maßtabelle selten.

Die Zuordnung selbst, also welche Gasgruppe welche Nummer erhält, steht in den Tabellen 4 und 5 und in den Anhängen, und diese liegen außerhalb der frei zugänglichen Vorschau. Diese Seite sagt nicht, welcher Anschluss zu welchem Gas gehört, und nichts hier darf zur Identifizierung eines Anschlusses verwendet werden.

Der Satz, den die Norm nicht hätte aufnehmen müssen

Die Einleitung endet mit einem Eingeständnis, das in dieser Art von Dokument selten ist und alles Vorangehende in ein anderes Licht rückt.

Und weiter: „Dieses Dokument stellt somit eine Grundlage für eine internationale Einigung in mehr oder weniger ferner Zukunft dar.“ (sinngemäß übersetzt)

Das internationale System, das eigens dafür entworfen wurde, dass sich das falsche Gas nicht anschließen lässt, ist also nach eigenem Wortlaut überall dort freiwillig, wo ein nationales System zuerst da war. Das Dokument sagt ausdrücklich, dass gerade deshalb Vorsicht geboten ist: Wegen der Vielzahl gebräuchlicher Anschlüsse und der Existenz vieler nationaler Normen kann die Sorge um die Verträglichkeit nicht ernst genug genommen werden.

Es erklärt auch die Aufgabenstellung. Ende der 1970er-Jahre war der Ausschuss zu dem Schluss gekommen, dass die einzige tragfähige langfristige Lösung ein System von Ventilausgängen sei, das mit den bestehenden Systemen nicht austauschbar ist, nach vier Kriterien: Sicherheit, Einfachheit, Kompaktheit und Dichtheit. Nicht verträglich mit dem, was bereits im Umlauf war. Bewusst und nachweisbar nicht.

Was sich daraus mitnehmen lässt

• Das Gewinde ist nicht die Identität des Anschlusses. Drei Nenndurchmesser tragen zweiundvierzig verschiedene Anschlüsse, und die Gewindeform ist durchgehend dasselbe Whitworth-Gewinde mit Steigung 2
• Die Identität sind zwei Durchmesser mit konstanter Summe. Je nach Größe 28, 32 oder 36, in Schritten von 0,7 mm gestuft; das ist unsere eigene Lesart von Tabelle 1
• Die Dichtung sitzt am Kegel. Die Überwurfmutter befestigt das Anschlussstück und hält die Dichtung aufrecht; die Norm sagt das in einem Satz
• Die Anschlüsse sind nummeriert. Abschnitt 6 verlangt, Ausgang und Anschluss mit der Nummer zu kennzeichnen, und links- und rechtsgängige Ausführungen desselben Paars haben verschiedene Nummern
• Das Gas entscheidet, und vier andere Normen entscheiden über das Gas. Brennbarkeit, Toxizität, Zustand und Korrosivität, jeweils mit einer eigenen Internationalen Norm, deren Titel sagt, dass sie der Auswahl eines Ventilausgangs dient
• International heißt hier nicht universell. Das Dokument selbst sagt, dass es nicht eingehalten werden muss, wo eine ältere nationale Norm besteht

Dieser Beitrag behandelt Schritt 2: Gewinde. Die vollständige Reihenfolge lautet Grundwerkstoff, Gewinde, Kopf, Antrieb, Oberfläche und Dokumentation. Warum eine andere Reihenfolge Nacharbeit verursacht, erläutert der englische Beitrag Specifying a screw.

Häufige Fragen

Wovon hängt ab, welches Gewinde ein Gasflaschenventilausgang hat?

Vom Gas. ISO 14456 vergibt einen vierstelligen Code, FTSC, der Brennbarkeit, Toxizität, Zustand des Gases und Korrosivität beschreibt, und dieser Code ordnet das Gas einer von fünfzehn verträglichen Gruppen zu. Jeder Gruppe ist ein Ventilausgangsanschluss zugewiesen. ISO 5145 nennt als Hauptzweck der Normung von Ventilausgängen, das Verbinden nicht verträglicher Gase zu verhindern.

Wie viele Flaschenventilanschlüsse definiert ISO 5145?

Zweiundvierzig nicht austauschbare Anschlüsse, einundzwanzig rechtsgängige und einundzwanzig linksgängige, auf drei Nenndurchmessern von 24, 27 und 30 mm. Abschnitt 7 stellt fest, dass dreiunddreißig der zweiundvierzig zugeordnet sind; nach unserer eigenen Subtraktion bleiben neun frei für Gase, die noch nicht industriell entwickelt sind.

Was macht die Anschlüsse nicht austauschbar, wenn sie dasselbe Gewinde haben?

Ein Paar Bohrungsdurchmesser. Der Ventilausgang hat eine doppelte Bohrung und das Anschlussstück einen Zapfen mit zwei verschiedenen Durchmessern; laut Norm sind die Längen für jeden Anschluss gleich, während sich die Durchmesser je nach Gasgruppe ändern. Nach unserer eigenen Lesart von Tabelle 1 ergeben die beiden Durchmesser je Größe immer dieselbe Summe, 28, 32 oder 36, und sind in Schritten von 0,7 mm gestuft.

Welches Gewinde hat ein Flaschenventilausgang nach ISO 5145?

Ein Whitworth-Gewinde mit 2 mm Steigung in den Nenndurchmessern 24, 27 und 30 mm. Die gedruckten Flankendurchmesser sind 22,72, 25,72 und 28,72, die Kerndurchmesser 21,44, 24,44 und 27,44. Nach unserer eigenen Rechnung folgen sie der Whitworth-Gewindetiefe von 0,640 327 P, derselben Formel, die die ISO-Rohrgewindenormen verwenden.

Wo dichtet ein Flaschenventilanschluss ab?

An einem Kegel, nicht am Gewinde. ISO 5145 legt fest, dass die Dichtheit erreicht wird, indem das Ende des Anschlussstücks auf dem kegeligen Teil des Ventilausgangs abdichtet, und dass diese Dichtung von der Überwurfmutter aufrechterhalten wird. Andere Dichtverfahren sind zulässig, sofern die Nichtaustauschbarkeit zwischen den Anschlussarten erhalten bleibt.

Warum verbietet ISO 5145 beidseitige Toleranzen?

Die Norm sagt klar, dass beidseitige Tolerierungssysteme wie die in ISO 2768 nicht angewendet werden dürfen, nennt aber keinen Grund. Tabelle 1 kennzeichnet die Bohrungen mit H10 und die Zapfen mit d10, und die Abmaße in Tabelle 2 sind alle einseitig. In einem System, dessen Sicherheit darauf beruht, dass Teile nicht zusammenpassen, kann ein Maß, das sich in beide Richtungen bewegen darf, sich auf den nächsten Anschluss zubewegen.

Sind die Anschlüsse gekennzeichnet?

Ja. Abschnitt 6 verlangt, Ausgänge und Anschlüsse mit der Nummer des zugehörigen Ausgangs zu kennzeichnen, und Tabelle 3 weist jeder Durchmesserkombination eine Nummer zu, mit getrennten Nummern für die links- und die rechtsgängige Ausführung desselben Paars.

Ist ISO 5145 verbindlich?

Nach eigenem Wortlaut nicht dort, wo eine nationale Norm zuerst da war. Die Einleitung stellt fest, dass offenbar kein Land bereit war, seine nationalen Normen aufzugeben, und dass deshalb vereinbart wurde, das Dokument müsse nicht eingehalten werden, wo eine ältere nationale Norm besteht; sie beschreibt sich selbst als Grundlage für eine internationale Einigung in mehr oder weniger ferner Zukunft.

Welche Gase haben einen Anschluss für sich allein?

Fünf der fünfzehn Gruppen enthalten jeweils ein einziges benanntes Gas, Gemische und andere Gase sind ausgeschlossen: Gruppe 2 Kohlendioxid, Gruppe 5 Luft, Gruppe 10 Sauerstoff, Gruppe 11 Distickstoffmonoxid und Gruppe 14 Acetylen. Gruppe 15 ist bestimmten Gasgemischen vorbehalten.

Quellen

• ISO 5145:2017, Gas cylinders — Cylinder valve outlets for gases and gas mixtures — Selection and dimensioning. Einleitung, Abschnitte 1 bis 6, Tabellen 1 bis 3, Bilder 1 und 2
• r/metalworking, wo in diesem Monat das Foto eines verbeulten Flaschenventilgewindes veröffentlicht wurde

Grundlage ist die öffentlich zugängliche iTeh-Vorschau von ISO 5145:2017, die bis Seite 6 eines 27-seitigen Dokuments reicht. Sie enthält die Einleitung, die Abschnitte 1 bis 6 vollständig, die Tabellen 1 bis 3 sowie die Bilder 1 und 2. Abschnitt 7 über seinen ersten Satz hinaus, die Tabellen 4 und 5 und die Anhänge A, B und C sind nicht in der Vorschau enthalten; diese Seite sagt daher nicht, welcher Anschluss welcher Gasgruppe zugeordnet ist, und nichts hier darf zur Identifizierung eines Anschlusses verwendet werden. Die Norm liegt in vierter Ausgabe vor, siebenundzwanzig Seiten, ISO/TC 58/SC 2, Stadium 90.93, zuletzt 2023 überprüft und bestätigt. Folgendes ist unsere eigene Rechnung, keine Aussage der Norm: dass A und B in Schritten von 0,7 mm wandern, während ihre Summe konstant bleibt, die Whitworth-Prüfung von Flanken- und Kerndurchmesser gegen 0,640 327 P und die Zählung von neun nicht zugeordneten Anschlüssen. Jede Zahl wurde an einem gerenderten Bild der gedruckten Seite geprüft. Die Toleranzabmaße in Tabelle 2 stehen ohne wiederholte Einheit in dieser Tabelle; wir geben sie so wieder, wie sie gedruckt sind, statt zu entscheiden, welche Einheit gemeint ist. Aus ISO 14456, ISO 10156, ISO 10298, ISO 13338, ISO 286 und ISO 2768 wird nichts zitiert außer ihren Titeln und den Sätzen von ISO 5145, die sie nennen; keine dieser Normen wurde gelesen. Zitate aus der Norm sind sinngemäß übersetzt. Diese Seite beschreibt eine Norm. Sie ist keine Sicherheitsanweisung, gibt keine Hinweise zum Umgang mit Druckgasen oder Flaschen und identifiziert weder ein Produkt noch einen Gaslieferanten noch eine Flasche. Der Forenbeitrag wird als Quelle der Frage genannt; gelesen haben wir den Beitrag, nicht die Antworten darauf, daher erscheint hier nichts aus den Antworten.