CN106390347A - 热触发元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热触发元件，包括具有由爆破材料形成的外壁的器皿体以及由所述外壁包围的、位于所述器皿体内部的空腔，在所述空腔中包含有触发液体，其中，所述器皿体具有在轴向方向上延伸的管状的中间区段以及两个置于相应的轴向的端部处的端部区段，所述空腔罩状的封闭，器皿体在中间区段中在横向于轴向方向的剖切平面中具有外壁的非圆形的或椭圆形的轮廓的外轮廓，所述端部区段在面向中间区段的区域中相应地在横向于轴向方向的剖切平面中具有外壁的圆形的或椭圆形的外轮廓，在中间区段与端部区段之间设置有过渡区域，在所述过渡区域中，所述外壁的外轮廓从所述中间区段的不同于圆的或椭圆形的形状过渡到相应的端部区段的圆的或椭圆形的形状。

Description

热触发元件
技术领域
本发明涉及一种热触发元件。
背景技术
热触发元件长久以来是已知且常用的。它们尤其且大量地用于喷洒式灭火装置和灭火设备中，其中，热触发元件在支座与封闭元件之间设置在与以处于压力下的灭火剂(通常是水)填充的管路连接的排出喷嘴或喷洒出口上并且将其保持在其封闭状态中。如果外部的温度超过要由通过相应且已知的技术上的措施设定的触发温度，那么通过由触发液体形成的、随着温度升高而上升的压力来破坏外壁的爆破材料，使触发元件破碎并且释放用于打开封闭元件的路径，使得灭火剂能够从喷洒喷嘴或喷洒出口中喷出和释放。
除了在这种喷洒式灭火装置或灭火设备中的应用之外，也已知且描述有如下应用：这种触发元件封闭卸压开口，以便在超过临界温度的触发温度的情况下释放这些卸压开口，例如以便在失火情况下在高压贮气罐例如可能爆炸之前、及时地排空该高压贮气罐。此外已知这种触发元件与电气的电流中断装置相结合的应用。可考虑其它应用；在应温度敏感地改变机械的切换状态亦或应中断电路时，总是能够使用这些触发元件。
开头提及的种类的、典型的已知的热触发元件(它们自多年以来是已知的且其中一个例如在DE3601203A1中示出和说明)在管状的中间区段中在横向于、尤其垂直于所述触发元件的轴向延伸的剖切平面中始终具有圆的横截面形状亦或从圆的目标形状出发、基于容许偏差成轻微的椭圆形的横截面形状。在此，该横截面形状不仅适用于外壁的外轮廓，而且适用于该外壁的邻接于位于内部的空腔的内轮廓。因为在制造中使用管状的原材料，该原材料首先在端侧的第一端部上为了形成罩状封闭的端部区段而相应地封闭(例如通过热变形)，接着以触发液体来填充位于内部的空腔，并且邻接于端侧的第二端部地构成罩状的第二终止部和端部区段(例如通过重新的热变形)。在此所使用的管状的原材料始终是具有名义上圆形的横截面的管，其中，圆形的横截面轮廓涉及不仅壁部的外侧而且外壁部的位于内部的管区域或管区段的内轮廓。仅仅由于可能的制造公差，可能发生与理想的圆形形状的偏差，该偏差导致所述轮廓成轻微的椭圆形。
为了实现对这样构成的热触发元件的如下主要要求：所述要求从在使用中的典型的安装情况、尤其为了使得在此参与的元件的机械的切换位置保持关闭或保持打开而形成，即可靠地经受指向相反于机械元件的切换位置方向的力，该力沿热触发元件的轴向方向加载在热触发元件上，在DE202013102312U1中已经提出，在这种触发元件中这样构造器皿体，使得该器皿体在管状的中间区段中、在横向于、尤其垂直于轴向方向的剖切平面中具有不同于圆形的或椭圆形的轮廓的外壁的外轮廓和/或外壁的邻接于位于器皿体内部的空腔的内轮廓。具有不同于圆形或椭圆形形状的外轮廓的触发元件也已经由US4609047、US4739835和US1733701已知。根据US4609047和US4739835，利用触发元件的特别的造型应实现改进的响应特性(尤其更短的触发时间)，而在US1733701中所描述的施加肋用作为改进的破裂(力求破裂成许多小碎片来代替要防止的仅仅纵裂纹的形成)。
正是快速响应的热触发元件的一种另外的迄今未提及的问题在于针对这些元件(这些热触发元件为了短的反应时间而构成为具有非常薄壁的器皿体)给定的相对于横向力明显的灵敏性。这些力例如在将碰撞或冲击(例如由在该空间中的物体或类似物无意地撞击)在侧面无意地施加到热触发元件上时出现。在此，理想的目标是：热触发元件相对于这种横向力尽可能地不灵敏，而在此不会失去对于周围温度升高的直接的响应特性和短的反应时间。
发明内容
本发明致力于该任务的解决方案。在此，该任务通过具有权利要求1的特征的热触发元件来解决。有利的改进方案包含在权利要求2至15中。
在展开的分析和进行的模拟的过程中，在本发明的范畴中认识到：在热触发元件的外侧上、位于中间区段中的横截面轮廓(该横截面轮廓不同于圆形或椭圆形)在下面的情况下确保明显改进相对于横向力的抵抗能力(降低相对于这种力的灵敏性)：设置有过渡区域，在中间区段中的不同于圆形或椭圆形的横截面轮廓在所述过渡区域中逐渐地转变成圆形或椭圆形的横截面轮廓，并且这些过渡区域具有在器皿体的延展的轴向方向上至少1.5mm的纵向延伸。通过该措施确保了平缓的过渡，该平缓的过渡带来相对横向力的抵抗能力的明显改进(这已由分析的结果证明)。在此，这种热触发元件的反应时间和触发特性以不变的方式保持为具有非常好的值和属性，因为器皿体的壁厚能够保持为相应小的。
在这些过渡区域中，相应优选地实现中间区段中的横截面形状到相应邻接的端部区段中的横截面形状的平滑且稳定的过渡。有利的是，过渡区域能够相应地具有1.5mm至3.0mm的在轴向方向上的纵向延伸。即得到证实的是：设计得更长的过渡区域又是不利的，尤其因为它们导致中间区段相应地缩短，该缩短的中间区段又对于实现相对横向力的力求的牢固性而言不是足够牢固的。过渡区域在轴向方向上的纵向延伸尤其可以为2.0至2.5mm、优选为2.0至2.2mm。
在改进方案的范畴中被证实为有利且积极的可能的轮廓造型是多边形的轮廓。在此，多边形尤其具有正多边形或星形的形状，所述星形尤其也能构成为正星形。在此尤其在考虑到正多边形或星形的情况下，这种多边形被证明是尤其有利的，这些多边形的相互贴靠排列的直线段的数量不是过高。如果多边形、尤其正多边形过于小件地相互贴靠排列、也就是说过多的直线引导的线区段相互贴靠排列，那么该横截面轮廓又接近于圆形，从而失去了不同于圆形形状的轮廓的优点。在此，具有数量最大为12或较低数量的、尤其数量为一位数的直线区段的正多边形、尤其多边形的外轮廓对于在相应的热触发元件中使用的、几毫米的管直径来说被证明为特别合适的。但是，只要不接近于圆形形状，当然也能够在正多边形中选择具有较大数量的直线延伸的线区段的多边形的外轮廓。
但是作为替代，如下实现方案也是尤其有利的：不同于圆形形状的外轮廓在一种基本形状中具有圆形或椭圆形形状，该圆形或椭圆形形状具有置于其上或构造在其上的凸出部，也就是说从该圆形或椭圆形形状的曲线中突出的曲线区段。这种横截面能够例如构成为花形。
能够尤其通过如下方式来获得这种横截面：器皿体至少在其管状的中间区段中具有加设到外壁的外侧上的、与其固定连接的加强区域。这例如可以是大多数种类的加强条。就此而言，“加设到外侧或内侧上”并不强制地意味着在此必须存在额外施加的材料。在制造管状的中间区段时就已经设有相应的造型可能也是良好的。在此，所述“加设”仅仅意味着，相比于圆形或椭圆形形状在限定的区段上存在附加的材料，该材料在横截面中添加所述的凸出部。原则上，所述加强区域也能够螺旋形或以其它方式不同地构成在平行于轴向延伸地定向的分布上。
在此，根据本发明的热触发元件能够尤其在整个的轴向延伸上限定地具有12至50mm的长度，典型的长度为15至25mm。
特别且尤其有利的是，爆破材料(热触发元件的外壁由该爆破材料制成)是玻璃。在此，玻璃本身带来非常多样的优点。一方面，玻璃是高度惰性的，这即使在具有侵蚀性大气的环境中有益于热触发元件的长的使用寿命。此外，玻璃是透明的且允许检查位于内部的内部空间，该内部空间以尤其着色的触发液体填充。这例如已经在制造时、在质量监控的范畴中是尤其有利的。此外，玻璃是本身脆性的材料，其在触发情况下破碎成小件并且以此确保了在热触发元件触发之后要执行的机械的切换路径的可靠的切换过程。此外，在其破裂特性和其它机械特性方面，玻璃在技术上能够非常好地被影响。最后，玻璃尤其好地适合于在用于制造根据本发明的热触发元件的方法上的加工，能够尤其突出地通过热处理变形，例如为了构造端侧的终止部(罩状的封闭端部)。
为了热触发元件的快速响应，器皿体的壁厚有利地在任何情况下在中间区段中并且在那里至少在选出的区域中≤0.5mm。
在空腔中，除了触发液体之外有利地布置有气泡。这样设置气泡允许在温度升高时在空腔内部的可靠的压力形成，并且因此允许在所选择的触发温度情况下可靠且温度精确地触发热触发元件。
尤其通过如下方法能够制造根据本发明的触发元件：在第一步骤中，首先将由爆破材料制成的管状的初始工件(该初始工件在横向于、尤其垂直于初始工件中的轴向方向的剖切平面具有其外壁的不同于圆形的或椭圆形的轮廓的外轮廓)在第一端部处单侧地封闭，以便由此获得半成品。随后在下一步骤中，将存在于该半成品中的空腔(管状的初始工件的单侧封闭的内部空间)填充以触发液体。紧接着，使半成品在与第一端部相对置的第二端部处封闭。在此，以触发液体来填充半成品尤其能够进行，使得在封闭之后、在触发元件的随后在所有侧上封闭的空腔中保留有气泡。在此应注意：过渡区域相应地平缓且流畅地构造为具有上述的用于其轴向延伸的值。
附图说明
本发明的其它优点和特征由下面对于实施例的描述、根据附图得出。附图如下:
图1以示意性横剖视图示出根据本发明的在纵剖面中的热触发元件；
图2示出在图1中所示的热触发元件的中间区段的横截面轮廓；
图3以三个不同的视图a、b、c示出根据本发明的热触发元件的中间区段的不同的横截面轮廓，该热触发元件具有外壁的星形的外轮廓；
图4示出根据本发明的热触发元件的中间区域的横剖视图，该热触发元件具有以正多边形形式的轮廓；以及
图5以三个示图a-c示出在根据本发明的热触发元件的中间区域中的横截面的不同的构造变型方案，其中，横截面在圆形的基本形状上具有布置在该基本形状上的凸出部。
附图示出仅仅示意性的用于阐释本发明的视图，并且绝对不是按比例的。
具体实施方式
在图1中示意性地示出根据本发明的热触发元件1的纵剖示图。该热触发元件1具有在所有侧上以外壁2包覆的器皿体，在该器皿体内部构造有位于内部的空腔3。器皿体划分成中间区段4(该中间区段管状地构成且在轴向方向上细长地延伸)以及两个在中间区段4的相应的轴向端部上构造的端部区段5、6，在这些端部区段中空腔3罩状地封闭。在空腔3的内部(在此未示出)设置有触发液体并且此外有气泡。在中间区段4与端部区段5之间有过渡区域8。另外的过渡区域位于中间区段4与端部区段6之间。过渡区域7具有轴向的纵向延伸L1，并且过渡区域8具有轴向的纵向延伸L2。热触发元件1的外壁2由爆破材料、在此尤其是由玻璃制成。在此，热触发元件1具有大约12至50mm的总长度。
如果在外壁2周围存在提高的温度(该提高的温度引起在空腔3的内部的触发液体能够产生足够高的压力，以用于爆破由爆破材料制成的外壁2)，那么热触发元件1以已知的方式破开，由此释放例如在各支座(热触发元件布置在这些支座之间)之间的间距。于是在喷洒式灭火设备的情况下，喷洒喷嘴的封闭元件能够释放喷洒液体的压力，该喷洒液体使喷嘴打开。在用于例如处于一定压力下的气体容器的压力排出阀的情况下，该阀打开，气体能够从该容器中受控制地流出。
在中间区段4中，在图1中的热触发元件1中(如在图2中所示的那样)器皿壁在其外轮廓中构成为具有不同于圆形形状并且也不同于椭圆形形状的横截面。在此构造有肋9和位于这些肋之间的凹部10。在横截面中由圆形轮廓限定的空腔3具有半径r。以R来标识围绕肋9的最外面的点的外接圆半径。在凹部10的底部中，器皿体2的壁在中间区段中构成为具有最小的壁厚d，该壁厚在那里优选为0.3mm或更小。
在图1和图2中所示的实施例中，在中间区段中设置有总共八个肋9。这些肋(如从图1可看出的那样)能够螺旋形围绕热触发元件1的纵轴线卷绕。在过渡区域7、8中，不同于圆形形状并且也不同于椭圆形形状的横截面轮廓平缓地转变成在相应邻接的端部区段5、6中的圆形的横截面轮廓。该横截面轮廓的平缓且连续的转变发生在相应的长度L1或L2上。这些长度L1、L2分别为至少1.5mm，优选最长确定尺寸为3mm。特别有利的是，所述长度为2.0至2.5mm、尤其为2.0至2.2mm。长度L1、L2原则上能够不同地确定尺寸，但是优选选择为大致相同的长度。
这些具有给定尺寸的并且具有横截面轮廓的平缓转变的过渡区域带来相对于横向力明显提高的抵抗能力，如已令人意想不到地被证实且能够在模拟以及真实试验中得到证实的那样。试验表明，相比于没有在根据本发明的尺寸中的根据本发明的过渡区域的对比试样而言，所述相对于横向力的抵抗能力提高至少50％。
但是，在图2中所示出的横截面形状并非中间区段4可考虑的唯一可能的横截面形状。其它形状是可考虑的，其中，在中间区段4中可考虑(也以根据图2中的示图的横截面形状)螺旋形卷绕的亦或在热触发元件1的纵方向直线延伸的结构。
中间区段的其它可能的横截面形状在图3、图4和图5中分别以不同的构造形式在根据图3或图5的示图a-c和在图4的示图中示出。但是在此还重要的是：过渡区域7、8具有平缓的轮廓过渡且在其长度L1和L2方面满足上面所述的尺寸。
在图3中概括了一组可能的横截面形状，在该组中，外壁2在中间区段4中在横截面的外侧具有星形的外轮廓。在此示出，星形的外轮廓具有通常布置及构造的尖部，这些尖部的数量分别不同。在面向空腔3的内侧上，在此所示的实施例中在中间区段4中，外壁2如之前那样具有圆形的横截面。
区别于具有中间区段的星形的横截面的情况组，在图4中示出如下情况：在中间区段中的横截面轮廓具有正多边形、在此为正十二角形。此外，在此在中间区段4中，在外壁的内侧、即面向空腔3的那侧的外轮廓也圆形地构成。
在图5中示出在中间区段4中不同于圆形的横截面的设计方案的其它可能性。在该图中，又在不同的实施可能性中示出如下情况：从不仅在外侧上而且也在内侧上首先圆形的曲线或者外壁2的圆形的外轮廓出发，在其在中间区段的横截面中设置有凸出部(在图中以11来标识)，该凸出部导致与该轮廓的圆形形状的不同。凸出部11能够尤其通过在中间区段4的轴向方向上并且也因此在热触发元件1的轴向方向上延伸的柱状或杆状的结构形成。
在根据图2至图5的所有视图中可清楚看出，在此已选择外壁2在热触发元件1的中间区段4中故意不同于圆形或椭圆形的外轮廓。该故意选择的不同于圆形或椭圆形的形状与如上所述的在轴向方向上尺寸设计成足够长的过渡区域7或8(在这些过渡区域中，中间区段4的横截面形状转变成在相应的端部区段5或6中的横截面的圆形形状)共同作用地引起热触发元件1相对横向力的明显改进的抵抗能力。在此，尤其热触发元件1的触发特性或反应特性保持不变地良好的(主要通过至少在所述区段中保持为薄的壁厚实现以及也通过变大的表面促进)，能够尤其进一步实现缩短的触发时间或反应时间。
附图标记列表
1 热触发元件
2 外壁
3 空腔
4 中间区段
5 端部区段
6 端部区段
7 过渡区域
8 过渡区域
9 肋
10 凹部
11 凸出部
d 壁厚
L1 轴向长度
L2 轴向长度
r 半径
R 半径

Claims (15)

1.热触发元件，包括具有由爆破材料形成的外壁(2)的器皿体以及由所述外壁(2)包围的、位于所述器皿体内部的空腔(3)，触发液体被封闭在所述空腔中，其中，所述器皿体沿着轴向方向延展地构成有在轴向方向上延伸的管状的中间区段(4)以及两个置于相应的轴向的端部处的端部区段(5、6)，在所述端部区段中所述空腔(3)是被罩状地封闭的，其中，所述器皿体在所述管状的中间区段(4)中在横向于、尤其垂直于轴向方向的剖切平面中具有所述外壁(2)的不同于圆形的或椭圆形的轮廓的外轮廓，其中，所述端部区段(3)在面向中间区段(4)的区域中相应地在横向于、尤其垂直于轴向方向的剖切平面中具有所述外壁(2)的圆形的或椭圆形的外轮廓，其中，在所述中间区段(4)与端部区段(5、6)之间设置有过渡区域(7、8)，在所述过渡区域中在横向于、尤其垂直于轴向方向的剖切平面中所述外壁(2)的外轮廓从所述中间区段的不同于圆形的或椭圆形的形状过渡到相应的端部区段的圆形的或椭圆形的形状，其中，所述过渡区域(7、8)具有至少1.5mm的在轴向方向上的纵向延伸(L1、L2)。
2.根据权利要求1所述的热触发元件，其特征在于，所述过渡区域具有1.5至3.0mm的在轴向方向上的纵向延伸(L1、L2)。
3.根据权利要求2所述的热触发元件，其特征在于，所述过渡区域(7、8)在轴向方向上的纵向延伸(L1、L2)为2.0至2.5mm、尤其为2.0至2.2mm。
4.根据前述权利要求中任一项所述的热触发元件，其特征在于，所述器皿体在管状的中间区段(4)中在横向于、尤其垂直于轴向方向的剖切平面中具有多边形形状的外壁(2)的外轮廓。
5.根据权利要求4所述的热触发元件，其特征在于，所述多边形形状是正多边形。
6.根据权利要求4所述的热触发元件，其特征在于，所述多边形形状是星形。
7.根据前述权利要求中任一项所述的热触发元件，其特征在于，所述器皿体在管状的中间区段(4)中在横向于、尤其垂直于轴向方向的剖切平面中具有外壁(2)的圆形或椭圆形形状的外轮廓，所述圆形或椭圆形形状具有在其上一体成型的肋(9)或设置的凸出部(11)。
8.根据权利要求7所述的热触发元件，其特征在于，所述器皿体在任何情况下在该器皿体的管状的中间区段(4)中具有加设在所述外壁(2)的外侧上的、与该外壁固定连接的加强区域。
9.根据权利要求8所述的热触发元件，其特征在于，所述加强区域柱状地构成且在轴向方向上延伸。
10.根据前述权利要求中任一项所述的热触发元件，其特征在于，在中间区段中，所述不同于圆形或椭圆形的横截面对于在轴向方向上平行移动的各剖切平面而言发生转动。
11.根据前述权利要求中任一项所述的热触发元件，其特征在于，所述热触发元件的在整个轴向延伸上确定的长度为12mm至50mm。
12.根据前述权利要求中任一项所述的热触发元件，其特征在于，所述爆破材料是玻璃。
13.根据前述权利要求中任一项所述的热触发元件，其特征在于，所述器皿体在任何情况下在中间区段(4)中以及在那里至少在选出的区域中具有≤0.5mm的壁厚(d)。
14.根据前述权利要求中任一项所述的热触发元件，其特征在于，除了所述触发液体之外，在所述空腔(3)中设置有气泡。
15.根据前述权利要求中任一项所述的热触发元件，其特征在于，所述热触发元件从由爆破材料制成的管状的初始工件出发通过如下方式构成：在第一端部处单侧地封闭初始工件以获得半成品；以触发液体填充位于所述半成品中的空腔(3)；以及在与第一端部相对置的第二端部处封闭所述半成品，其中，所述管状的初始工件在横向于、尤其垂直于初始工件的轴向方向的剖切平面中具有其外壁(2)的不同于圆形或椭圆形轮廓的外轮廓。
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