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Die Erfindung betrifft eine Anordnung von Berstscheiben, insbesondere zur Verwendung in gasisolierten Schaltanlagen, umfassend einen Druckraum und eine zwischen zwei Flanschen aufgenommene Berstscheibe, wobei die Berstscheibe eine Druckangriffsmembran aufweist, wobei die Druckangriffsmembran von einem Kragen umgeben ist und wobei der Kragen zwischen den Flanschen kraftschlüssig aufgenommen ist.
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Aus dem Stand der Technik sind Berstscheiben bekannt, die einen Druckraum von der umgebenden Atmosphäre abtrennen. Üblicherweise sind Berstscheiben zwischen zwei Flanschen angeordnet, von denen einer dem Druckraum zugewandt ist. Häufig werden zusätzlich auch Andruckringe eingesetzt, welche zwischen einem Flansch und einer Berstscheibe angeordnet werden.
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Die Berstscheiben dienen als Sollbruchstellen, welche Anlagen, Anlagenteile oder Systeme vor einem unerwünschten Druckanstieg im Druckraum schützen sollen. Sobald nämlich ein bestimmter, vordefinierter Druckwert erreicht oder überschritten wird, gibt eine Berstscheibe eine Entlastungsoffnung frei, durch die ein Medium abgeführt und Druck abgebaut werden kann.
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Berstscheiben geben diese Entlastungsöffnung in der Regel sehr rasch frei, indem sie zerstört werden. Im Gegensatz zu Sicherheitsventilen werden Berstscheiben bei der Entfaltung ihrer Druckentlastungsfunktion zerstört. Hierdurch bleibt eine Entlastungsöffnung dauerhaft geöffnet.
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Die bisher bekannten, vielfältigen Fertigungsverfahren für Berstscheiben unterliegen strengen Vorschriften. Die Zulässigkeit von Berstscheiben für bestimmte Verwendungen ist in einschlägigen Normen, insbesondere der EN ISO 4126-2 oder länderspezifischen Normen, geregelt. Überdies unterliegen auch Prüfverfahren für Berstscheiben konkreten Regelungen.
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Die Hersteller von Berstscheiben, Flanschen und Andruckringen müssen bei der Fertigung ihrer Produkte darauf achten, dass diese problemlos kombiniert, montiert und in einen betriebstauglichen Zustand verbracht werden können. Hiermit ist ein erheblicher Aufwand bei der Fertigung und Montage dieser Produkte verbunden.
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Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise zug- und druckbelastete Berstscheiben bekannt, welche einen ringförmigen Kragen aufweisen. Der ringförmige Kragen umgibt eine Druckangriffsmembran konzentrisch und ist im Einbauzustand zwischen zwei Flanschen eingeklemmt. Solche Berstscheiben sind in den 1 und 2 dargestellt.
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Der Kragen ist in der Regel eben ausgebildet, kann aber auch unterschiedliche Neigungswinkel zur Druckangriffsmembran bzw. Strömungsrichtung des druckerzeugenden Mediums aufweisen. Eine Berstscheibe mit ebenem Kragen ist in 3, eine Berstscheibe mit geneigtem Kragen ist in 4 dargestellt.
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Die Druckangriffsmembran kann kuppelförmig ausgebildet sein. Neben der geometrischen Form der Druckangriffsmembran sowie üblicherweise vorgesehener Sollbruchkerben ist die Kraft funktionsentscheidend, mit welcher der Kragen zwischen den beiden Flanschen eingeklemmt ist. Sowohl eine zu hohe als auch eine zu niedrige Kraft verändert das Berstverhalten einer Berstscheibe.
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Zwar bestehen in Prüfständen der Hersteller ideale Randbedingungen. Jedoch kann im realen Betriebszustand nach erfolgter Montage einer Berstscheibe nicht sicher gestellt werden, dass ein gleichmäßiger Anpressdruck über den gesamten Umfang deren Kragens gewährleistet ist.
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Insbesondere können die angrenzenden Flansche längs des Umfangs des Kragens unterschiedliche Oberflächenbeschaffenheiten oder Verunreinigungen durch Fett oder Schmiermittel aufweisen. Des Weiteren können die Flansche Verformungen durch Temperaturschwankungen erfahren.
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Die zuvor genannten Einflüsse können sich auf die Kraft, mit welcher der Kragen eingeklemmt ist, oder auf die umfängliche Verteilung dieser Kraft längs des Kragens auswirken. Beispielsweise kann eine reduzierte Klemmkraft das Verrutschen einer Berstscheibe und damit ein verändertes Berstverhalten bewirken.
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Insoweit besteht eine bestimmte Unsicherheit über den Auslösepunkt einer Berstscheibe. Diese Unsicherheit kann zu unerwünschten und anlagenschädlichen Überdrücken oder einem zu frühen Öffnen der Berstscheibe in einem System führen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung mit einer Berstscheibe anzugeben, welche nach problemloser Montage in einem möglichst engen, vorbestimmten Druckintervall auslöst und eine Druckentlastung bewirkt.
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Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Danach ist die eingangs genannte Anordnung dadurch gekennzeichnet, dass die Berstscheibe auch formschlüssig zwischen den Flanschen aufgenommen ist.
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Erfindungsgemäß ist zunächst erkannt worden, dass eine kraftschlüssige Aufnahme einer Berstscheibe zwischen zwei Flanschen nicht ausreichend ist, um deren korrektes Auslöseverhalten sicher zu stellen. Darauf ist erkannt worden, dass dies mit einer Verschiebung der Berstscheibe relativ zu den Flanschen oder einer ungleichmäßigen Kraftverteilung längs des Umfangs des Kragens zusammenhängt. Darauf ist erkannt worden, dass eine formschlüssige Aufnahme, welche die kraftschlüssige Aufnahme unterstützt, die zuvor genannten Probleme erheblich reduziert. Ein Formschluss wirkt erfindungsgemäß derart, dass bei Über- oder Unterdruck weder ein Verrutschen der Berstscheibe nach radial innen oder nach radial außen möglich ist. Die Berstscheibe wird durch den Formschluss sicher in Position gehalten. Weiter ist erkannt worden, dass eine formschlüssige Festlegung der Berstscheibe Toleranzen an den ihr zugewandten Anlageflächen ausgleichen kann. Insoweit ist eine Anordnung mit einer Berstscheibe angegeben, welche nach problemloser Montage in einem möglichst engen, vorbestimmten Druckintervall auslöst und eine Druckentlastung bewirkt.
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Folglich ist die eingangs genannte Aufgabe gelöst.
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Vorteilhaft ist nur der Kragen bereichsweise deformiert. Hierdurch erfolgt eine formschlüssige Aufnahme ohne die Geometrie der Druckangriffsmembran zu beeinträchtigen oder nachteilig zu verändern. Eine ausgebildete Kuppelform der Druckangriffsmembran bleibt erhalten.
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Weiter vorteilhaft ist der Kragen durch einen oder mehrere Presskörper deformiert, der bzw. die zwischen einem Flansch und dem Kragen angeordnet ist bzw. sind, wobei der bzw. die Presskörper aus einem Material gefertigt ist bzw. sind, welches härter als das Material des Kragens und härter als das Material des Flanschs ist. Der Kragen kann so während der Montage bereichsweise deformiert werden, indem einfach die Presskörper an geeigneten Stellen eingelegt werden. Da das Material des Presskörpers auch härter als das Material des an ihn angrenzenden Flanschs ist, drückt sich der Presskörper in eine Kuhle im Flansch ein und gewährleistet so einen Formschluss der Berstscheibe.
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Vor diesem Hintergrund ist bzw. sind vorteilhaft ein oder mehrere Presskörper teilweise kugelförmig oder als Kugel ausgestaltet. Die Kugelform deformiert den Kragen schonend und erzeugt in diesem keine Kanten oder Risse.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist der radial äußere Rand des Kragens vorzugsweise bereichsweise umgebördelt. Hierbei kann auf die zuvor genannten Presskörper verzichtet werden. Der radial äußere Rand kann während der Montage simultan mit dem Zusammenfügen der Flansche umgebogen werden.
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Vorteilhaft kann die Berstscheibe zunächst in einer sandwichartigen Einheit vormontiert werden. In dieser vormontierten Einheit liegt ein Andruckring am Rand der Berstscheibe an, der auf Nieten oder anderen geeigneten Stempeln beweglich gelagert ist. Beim Einfügen der vormontierten Einheit zwischen die Flansche werden die Nieten bzw. die anderen geeigneten Stempel bewegt und können den Andruckring derart bewegen, dass dieser den Kragen definiert umbördelt bzw. umbiegt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist der Rand durch einen Andruckring umgebördelt, der eine bereichsweise unterbrochene Bördelkante aufweist. Durch einen solchen Andruckring, dessen Bördelkante vorzugsweise im Bereich von Zentrierstiften unterbrochen ist, kann der Kragen bereits während einer Vormontage deformiert werden.
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Die Berstscheibe kann an einem sogenannten Diffusor fixiert werden. Insoweit ist einer der zuvor genannten Flansche als Diffusor ausgestaltet bzw. fungiert der Diffusor als Flansch.
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Vor diesem Hintergrund sind vorteilhaft ein Flansch, die Berstscheibe und ein Andruckring als vormontierte Einheit ausgebildet. Eine solche Einheit kann als sogenanntes „Sandwich” an einen weiteren Flansch einer Anlage montiert werden.
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Die hier beschriebene Anordnung eignet sich besonders zur Verwendung in gasisolierten Schaltanlagen, wobei die gasisolierten Metallgehäuse der Schaltanlagen, auch als Flanschgehäuse bezeichnet, mittels der Berstscheibe verschlossen werden, welche im Notfall einen im Flanschgehäuse der Schaltanlage entstehenden Überdruck, beispielsweise durch einen Störlichtbogen, in die Umgebung entweichen lässt und die Metallkapselung nicht durch die bei einem Störlichtbogen auftretende Druckbelastung unkontrolliert zerplatzt.
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Schäden, die an solchen Schaltanlagen durch unkorrekt ausgelöste Berstscheiben entstehen, sind beträchtlich und können aufgrund von Betriebsausfällen und Austauscharbeiten mehrere Millionen Euro an Kosten verursachen.
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In der Zeichnung zeigen
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1 eine im Einbauzustand zugbelastete Berstscheibe des Stands der Technik,
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2 eine im Einbauzustand druckbelastete Berstscheibe des Stands der Technik,
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3 eine Berstscheibe des Stands der Technik mit ebenem Kragen,
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4 eine Berstscheibe des Stands der Technik mit geneigtem Kragen,
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5 eine Berstscheibe mit einer eingepressten Kugel,
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6 eine Anordnung, bei welcher der Kragen einer Berstscheibe beim Einbau durch Nieten oder andere geeignete Stempel verbogen wurde,
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7 die Anordnung gemäß 6 in einer vergrößerten Teilansicht während der Montage, wobei der Kragen der Berstscheibe beim Einbau durch Nieten oder andere geeignete Stempel verbogen wird,
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8 eine weitere Anordnung, bei welcher der Kragen einer Berstscheibe durch einen Andruckring bei einer Vormontage umgebördelt wurde, und
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9 den Andruckring, der in der Anordnung gemäß 8 verbaut ist.
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1 zeigt eine Berstscheibe 1' des Stands der Technik, wobei die Berstscheibe 1' eine Druckangriffsmembran 2' aufweist, wobei die Druckangriffsmembran 2' von einem Kragen 3' umgeben ist und wobei der Kragen 3' zwischen zwei nicht gezeigten Flanschen kraftschlüssig aufnehmbar ist. Die Druckangriffsmembran 2' ist kuppelförmig ausgebildet und zugbelastet, wobei der Pfeil die Wirkung des Überdrucks in einem Druckraum anzeigt.
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2 zeigt eine Berstscheibe 1'' des Stands der Technik, wobei die Berstscheibe 1'' eine Druckangriffsmembran 2'' aufweist, wobei die Druckangriffsmembran 2'' von einem Kragen 3'' umgeben ist und wobei der Kragen 3'' zwischen zwei nicht gezeigten Flanschen kraftschlüssig aufnehmbar ist. Die Druckangriffsmembran 2'' ist kuppelförmig ausgebildet und druckbelastet, wobei der Pfeil die Wirkung des Überdrucks in einem Druckraum anzeigt.
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3 zeigt eine Berstscheibe 1''' des Stands der Technik, wobei die Berstscheibe 1''' eine Druckangriffsmembran 2''' aufweist, wobei die Druckangriffsmembran 2''' von einem Kragen 3''' umgeben ist und wobei der Kragen 3''' zwischen zwei nicht gezeigten Flanschen kraftschlüssig aufnehmbar ist. Die Druckangriffsmembran 2''' ist kuppelförmig ausgebildet. Der Kragen 3''' ist als ebener Kreisring ausgebildet, der vollflächig an einer Anlagefläche eines nicht gezeigten Flanschs aufliegt, bevor die Flansche zusammengefügt werden.
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4 zeigt eine Berstscheibe 1'''' des Stands der Technik, wobei die Berstscheibe 1'''' eine Druckangriffsmembran 2'''' aufweist, wobei die Druckangriffsmembran 2'''' von einem Kragen 3'''' umgeben ist und wobei der Kragen 3'''' zwischen zwei nicht gezeigten Flanschen kraftschlüssig aufnehmbar ist. Die Druckangriffsmembran 2'''' ist kuppelförmig ausgebildet. Der Kragen 3'''' ist als geneigter Kreisring ausgebildet, dessen Kreisringfläche einen Winkel mit einer Anlagefläche eines nicht gezeigten Flanschs einschließt, bevor die Flansche zusammengefügt werden.
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5 zeigt eine Anordnung von Berstscheiben 1, insbesondere zur Verwendung in gasisolierten Schaltanlagen, umfassend einen Druckraum 4 und eine zwischen zwei Flanschen 5, 6 aufgenommene Berstscheibe 1, wobei die Berstscheibe 1 eine Druckangriffsmembran 2 aufweist, wobei die Druckangriffsmembran 2 von einem Kragen 3 umgeben ist und wobei der Kragen 3 zwischen den Flanschen 5, 6 kraftschlüssig aufgenommen ist.
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Der Kragen 3 weist eine Kreisringfläche auf, welche die kuppelförmig ausgewölbte Druckangriffsmembran 2 konzentrisch umgibt. Die Kreisringfläche des Kragens 3 ist durch eine Kraft zwischen den Flanschen 5, 6 eingeklemmt.
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Die Berstscheibe 1 ist auch formschlüssig zwischen den Flanschen 5, 6 aufgenommen. Der Kragen 3 ist bereichsweise deformiert.
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Konkret ist der Kragen 3 durch einen oder mehrere Presskörper 7 deformiert, der bzw. die zwischen einem Flansch 5 und dem Kragen 3 angeordnet ist bzw. sind, wobei der bzw. die Presskörper 7 aus einem Material gefertigt ist bzw. sind, welches härter als das Material des Kragens 3 und härter als das Material des Flanschs 5 ist.
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Ein oder mehrere Presskörper 7 ist bzw. sind teilweise kugelförmig oder als Kugel ausgestaltet. Der Kragen 3 ist in dem Bereich deformiert, in dem ein Presskörper 7 an ihm anliegt. Die übrige Kreisringfläche befindet sich in dem Zustand, in welchem sie sich auch im lediglich kraftschlüssig aufgenommenen Zustand befinden würde.
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6 zeigt eine weitere Anordnung von Berstscheiben 1, insbesondere zur Verwendung in gasisolierten Schaltanlagen, umfassend einen Druckraum 4 und eine zwischen zwei Flanschen 5, 6 aufgenommene Berstscheibe 1, wobei die Berstscheibe 1 eine Druckangriffsmembran 2 aufweist, wobei die Druckangriffsmembran 2 von einem Kragen 3 umgeben ist und wobei der Kragen 3 zwischen den Flanschen 5, 6 kraftschlüssig aufgenommen ist.
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Der Kragen 3 weist eine Kreisringfläche auf, welche die kuppelförmig ausgewölbte Druckangriffsmembran 2 konzentrisch umgibt.
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Die Kreisringfläche des Kragens 3 ist nach der Montage der Flansche 5, 6 aneinander durch eine Kraft zwischen den Flanschen 5, 6 eingeklemmt.
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Die Berstscheibe 1 ist nicht nur kraftschlüssig, sondern auch formschlüssig zwischen den Flanschen 5, 6 aufgenommen.
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Der Kragen 3 ist bei der Montage bereichsweise deformiert worden. Der radial äußere Rand 8 des Kragens 3 ist umgebördelt.
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6 zeigt auch, dass am Rand 8 ein Andruckring 9 anliegt, welcher durch vorzugsweise sechs Nieten oder andere geeignete Stempel 10 bereichsweise gegen den Rand 8 gepresst wird und diesen umbördelt bzw. umbiegt.
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7 zeigt in einer detaillierten Teilansicht die Anordnung gemäß 6 während der Montage. Am Rand 8 liegt ein Andruckring 9 an, welcher bei der Montage durch vorzugsweise sechs Nieten oder andere geeignete Stempel 10 bereichsweise in Pfeilrichtung gegen den Rand 8 gepresst wird und diesen umbördelt bzw. umbiegt.
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Die Flansche 5 und 6, die Berstscheibe 1 und der Andruckring 9 sind als vormontierte Einheit ausgebildet. Der Flansch 6 ist als Diffusor ausgestaltet, unter welchem vor der Montage die Berstscheibe 1 mit dem Andruckring 9 fixiert wird.
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8 zeigt eine weitere Anordnung von Berstscheiben 1, insbesondere zur Verwendung in gasisolierten Schaltanlagen, umfassend einen Druckraum 4 und eine zwischen zwei Flanschen 5, 6 aufgenommene Berstscheibe 1, wobei die Berstscheibe 1 eine Druckangriffsmembran 2 aufweist, wobei die Druckangriffsmembran 2 von einem Kragen 3 umgeben ist und wobei der Kragen 3 zwischen den Flanschen 5, 6 kraftschlüssig aufgenommen ist.
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Der Kragen 3 weist eine Kreisringfläche auf, welche die kuppelförmig ausgewölbte Druckangriffsmembran 2 konzentrisch umgibt.
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Die Kreisringfläche des Kragens 3 ist nach der Montage der Flansche 5, 6 aneinander durch eine Kraft zwischen den Flanschen 5, 6 eingeklemmt.
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Die Berstscheibe 1 ist nicht nur kraftschlüssig, sondern auch formschlüssig zwischen den Flanschen 5, 6 aufgenommen.
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Der Kragen 3 ist bei der Montage bereichsweise deformiert worden. Der radial äußere Rand 8 des Kragens 3 ist umgebördelt. Der Rand 8 ist nicht gleichmäßig längs des Umfangs umgebördelt.
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8 zeigt auch, dass der Rand 8 durch einen Andruckring 9' umgebördelt ist.
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9 zeigt den in der Anordnung gemäß 8 verbauten Andruckring 9' detailliert. Der Rand 8 ist durch einen Andruckring 9' umgebördelt, der eine bereichsweise unterbrochene Bördelkante 11 aufweist. Die Bördelkante 11 weist Unterbrechungen 12 im Bereich von Zentrierstiften auf.
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Die Flansche 5 und 6, die Berstscheibe 1 und der Andruckring 9' sind als vormontierte Einheit ausgebildet. Der Flansch 6 ist als Diffusor ausgestaltet, unter welchem vor der Montage die Berstscheibe 1 mit dem Andruckring 9 fixiert wird. Bei der Fixierung wird der Rand 8 bereits umgebördelt.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1', 1''' 1''''
- Berstscheibe
- 2, 2', 2'', 2''', 2''''
- Druckangriffsmembran
- 3, 3' 3'' 3''' 3''''
- Kragen
- 4
- Druckraum
- 5
- Flansch
- 6
- Flansch
- 7
- Presskörper
- 8
- Rand
- 9, 9'
- Andruckring
- 10
- Niete oder anderer geeigneter Stempel
- 11
- Bördelkante
- 12
- Unterbrechung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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